[发明专利]一种多波段氧化镓基紫外光电探测器阵列的制备方法

说明书

本发明提供一种多波段氧化镓基紫外光电探测器阵列的制备方法，首先利用磁控溅射在叉指电极上沉积氧化镓薄膜，通过控制溅射功率、气体压强和气体配比等参数或引入半导体杂质，调控氧化镓薄膜的氧空位和杂质缺陷浓度，实现不同波段紫外光响应的氧化镓光电探测器单元的制备。其次，将制备的氧化镓光电探测器单元，置入气氛炉中进行退火处理，实现对氧化镓光电探测器单元紫外截止波长的调整。最后，将不同波段的氧化镓紫外光电探测器单元组装成探测器阵列，各个光电探测器单元在电学上相互独立。本发明制备的氧化镓紫外光电探测器阵列具有光谱选择性强、响应波段范围宽和稳定性高等优点。

技术领域

本发明属于紫外光电探测器的制备领域，具体涉及到一种多波段氧化镓基紫外光电探测器阵列的制备方法。

背景技术

近年来，已有多种宽禁带半导体材料被用于研究紫外光电探测，包括铝镓氮(AlGaN)、氧化镁锌(MgZnO)和氧化镓(Ga₂O₃)等。其中，氧化镓是直接带隙半导体材料，禁带宽度约为4.3～5.1eV，具有优良的光电性能、稳定性的物理化学性能和较高的机械强度。氧化镓有5种晶相结构，单斜相β-Ga₂O₃最为稳定，其它晶相均为亚稳态；目前基于β-Ga₂O₃已成为日盲紫外光电探测研究的热点。2007年，T.Oshima等人利用分子束外延在c面蓝宝石上生长出β-Ga₂O₃薄膜，首次制备出基于氧化镓欧姆接触的MSM型光电探测器。2014年，Feng W等人通过热氧化二维GaSe纳米片，制备出准二维β-Ga₂O₃光电探测器，光谱响应最高峰位于254nm。2017年，Wu ZP研究小组通过激光分子束外延，制备出β-Ga₂O₃/Ga:ZnO异质结探测器，具有优异的光谱选择性。2019年，Li MQ等人利用磁控溅射技术沉积高度择优取向的氧化镓，具有较高的深紫外探测性能。关于β-Ga₂O₃紫外光电探测，国内外做了大量的研究工作，但利用β-Ga₂O₃制备宽波段紫外光电探测器，还很少有相关的报道。

发明内容

本发明目的是提供一种多波段氧化镓基紫外光电探测器阵列的制备方法。利用氧化镓因内部缺陷产生截止波长位置的不同，磁控溅射沉积氧化镓光电探测薄膜，通过控制溅射功率、气体压强和气体配比等参数有效改变氧空位浓度以及引入半导体杂质的方法，有效调控氧化镓薄膜截止波长的位置，制备出不同波段响应的氧化镓光电探测器单元，组装成一种氧化镓多波段紫外光电探测器阵列，实现宽波段紫外光的检测。该紫外光电探测器阵列具有光谱选择性强、稳定性高和工艺简单等优势，可以完成宽波段紫外光的检测。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种多波段氧化镓基紫外光电探测器阵列的制备方法，首先，利用磁控溅射技术在叉指电极上射频沉积氧化镓薄膜，控制溅射功率、气体压强和气体配比等参数或引入半导体杂质，制备不同波段紫外光响应的氧化镓光电探测器单元；其次，将探测器单元在保护气体中进行退火处理，实现对氧化镓紫外光电探测器单元截止波长的调整；最后，将不同波段的氧化镓基紫外光电探测器单元组装成探测器阵列。

当要求截止波长在200～290nm范围内时，本底压强优于6×10^-4Pa，射频溅射功率为60～200W；溅射气压为0.5～3Pa；氧氩比为1:40～6:40；溅射时间1～4h。

当要求截止波长大于380nm时，本底压强优于6×10^-4Pa，射频溅射功率为60～200W；溅射气压为0.5～3Pa；氧氩比为0:40；溅射时间1～4h。