[发明专利]一种氧化镓日盲光电探测器及其制备方法

说明书

本发明提供一种氧化镓日盲光电探测器及其制备方法，包括：衬底(001)；氧化镓吸光层(002)，为3D S形循环结构；3D叉指电极(003)，设于氧化镓吸光层(002)的3D S形循环结构的两侧壁，形成一对相互交叉的叉指结构的电极；3D叉指电极(003)的高度不低于氧化镓吸光层(002)的高度。本发明提供的方法能够使电场分布更加均匀，电极收集光生载流子的能力更强，同时减少了表面缺陷对载流子传输的影响，有利于提高器件的响应度、响应速度等性能参数。

技术领域

本发明涉及光电探测器技术领域，具体涉及一种氧化镓日盲光电探测器及其制备方法。

背景技术

光电探测器是一类能将光信号转化为电信号的光电子器件。日盲波段指波长范围在200-280nm的紫外光，日盲光电探测器具有背景干扰小的突出优点，在导弹预警、火灾遥感、高压电监测、非视距保密光通信等领域具有广阔的应用前景。日盲光电探测器主要包括外光电效应探测器和内光电效应探测器。外光电效应探测器基于材料中电子在吸收一定波长光后可以获得足够能量，从材料内部发射出来的原理制成，主要包括光电倍增管、光电管等。需要高真空和高电压、体积大、易碎等缺点限制了外光电效应探测器在现代电子系统中的应用。半导体中电子吸收一定波长光子后可以发生从价带到导带的跃迁，产生光生电子和光生空穴(统称为光生载流子)，这被称为内光电效应。内光电效应日盲探测器不需要真空，可以微型化，是目前的研究热点。内光电效应光电探测器的探测机理主要有两种，若器件内部不存在内建电场，光生载流子使得半导体的电导率上升，通过器件的电流增大，这称为光电导效应。若器件内部存在内建电场，光生电子和空穴会在内建电场的推动下分离并分别向器件两端运动，产生光生电动势，这称为光伏效应。当两种类型不同的半导体相互接触时，由于能带不匹配，在两种半导体的接触面两侧会产生内建电场。内建电场通常由pn结构建，金属-半导体(肖特基结)间也存在内建电场。

氧化镓是理想的日盲探测材料，目前报道的基于氧化镓的日盲光电探测器所采用的结构可以分为两类：垂直结构和平面结构。垂直结构中电极分别生长在氧化镓层的上下两侧，平面结构中电极生长在氧化镓层的同一侧。垂直结构的制备过程较为复杂，增加了生产制造成本。平面结构的制备简单，但电极产生的电场集中在氧化镓的表面，氧化镓内部几乎没有电场分布，这导致器件的有效吸光区域存在于氧化镓的表面，器件的光电流也主要在表面区域流动。然而半导体表面常常存在大量由悬挂键、吸附物等带来的缺陷，这导致平面结构光探测器的性能较差。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对上述问题，本发明提供了一种氧化镓日盲光电探测器及其制备方法，用于至少部分解决传统平面型日盲光电探测器电场分布不均匀、探测性能较差等技术问题。

(二)技术方案

本发明一方面提供了一种氧化镓日盲光电探测器，包括：衬底001；氧化镓吸光层002，为3D S形循环结构；3D叉指电极003，设于氧化镓吸光层002的3D S形循环结构的两侧壁，形成一对相互交叉的叉指结构的电极；3D叉指电极003的高度不低于氧化镓吸光层002的高度。

进一步地，氧化镓吸光层002的3D S形循环结构的高度大于2nm。

进一步地，3D S形循环结构线条宽度为0.01-500μm，线条空隙宽度为0.01-500tm。

进一步地，衬底001的材料为氧化镓、蓝宝石、硅、氧化硅、玻璃以及PEN中的一种或多种。

进一步地，3D叉指电极003的材料为Ti、Cr、Ni、Pt、Au、Ag、W、In、Al、Ru、Pd、TiN、Ta、TaN和ITO的一种或多种。

进一步地，3D叉指电极003的高度为2nm-2μm。

进一步地，3D叉指电极003超出氧化镓吸光层002的高度为0-500nm。