[发明专利]一种氮化铝日盲光电探测器及其制备方法

说明书

一种氮化铝日盲光电探测器及其制备方法，属于半导体光电探测技术领域。本发明以c面蓝宝石为衬底，采用反应射频磁控溅射技术在衬底上生长氮化铝薄膜，然后以“面对面”的退火方式改善氮化铝薄膜的结晶质量，再通过磁控溅射或电子束蒸发的方式在氮化铝薄膜上制备金属叉指电极，最终得到氮化铝日盲光电探测器。本发明制得的氮化铝探测器对波长小于210nm的日盲波段光有着较高的响应，其在50V偏压下的光电流高达291nA，响应度为0.51A/W。本发明工艺流程简单，成本低廉，适合批量生产，制备的氮化铝探测器可应用于日盲光电探测领域。

技术领域

本发明属于半导体光电探测技术领域，具体涉及一种氮化铝日盲光电探测器及其制备方法。

背景技术

在太阳光射向地球的过程中，波长小于280nm的深紫外光几乎会被大气层完全吸收，无法到达地球表面，因而被称为日盲区。由于到达地面的太阳光对日盲探测的干扰极小，因此日盲探测器可以全天候工作，有着极高的信噪比，被广泛应用于许多领域，诸如导弹尾焰预警、火焰控制检测、紫外通讯等。目前，工作在日盲区波段的光电探测器并不多，且制备成本很高，无法进行批量生产及大规模应用。

氮化铝作为第三代超宽禁带半导体材料，禁带宽度在6.2eV左右，吸光系数较大，理论截止波长约为200nm，适合应用于日盲波段光的探测领域。目前能生长出高质量氮化铝材料的方法主要有：金属有机物化学气相沉积法(MOCVD)、物理气相传输法、分子束外延法等。美国德克萨斯理工大学江红星教授课题组以三甲基铝和氨气为源，使用MOCVD的方法生长出了截止波长约为207nm的氮化铝材料，并制备了氮化铝日盲光电探测器，其在100V偏压下的响应度约为0.4A/W(Li J,Fan Z Y,Dahal R,et al.200nm deep ultravioletphotodetectors based on AlN[J].Applied Physics Letters,2006,89(21):213510)。但MOCVD的设备十分昂贵，氮化铝的生长温度要求高，通用的MOCVD系统一般无法满足氮化铝的生长温度要求，需要对设备进行特定的改造，且制备工艺较为复杂。

为了降低制备氮化铝探测器的成本，所采用的氮化铝生长设备以及原材料要尽可能经济廉价，制备探测器的工艺流程要尽可能简单，同时又要满足器件具有较高的响应度，适用于批量化生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种成本低廉、易于操作、安全可靠且响应度较高的氮化铝日盲光电探测器及其制备方法。该方法以低成本的高纯铝靶和高纯氮气为源，采用反应射频磁控溅射的方法在c面蓝宝石衬底上生长氮化铝薄膜，然后通过高温“面对面”退火的方法改善氮化铝薄膜的结晶质量，最后通过磁控溅射或电子束蒸发的方法制备叉指电极。

如图4所示，本发明所述的氮化铝日盲光电探测器，由c面蓝宝石衬底、高质量氮化铝薄膜和金属叉指电极组成。

本发明所述的氮化铝日盲光电探测器的制备方法，其步骤如下：

(1)使用丙酮、乙醇、去离子水依次超声清洗c面蓝宝石衬底，然后用高纯氮气吹干备用；

(2)在步骤(1)获得的c面蓝宝石衬底上使用反应射频磁控溅射法生长氮化铝薄膜60～120min，铝源为高纯铝靶材(纯度大于等于99.95％)，工作气体为高纯氮气(纯度大于等于99.999％)，溅射气压为0.3～0.5Pa，射频功率为225～250W，溅射温度为350～450℃，得到的氮化铝薄膜的厚度为300～600nm；

(3)将步骤(2)制备的氮化铝薄膜进行“面对面”热退火处理，退火温度为1500～1600℃，退火气氛为高纯氮气(纯度大于等于99.999％)，退火时间为60～120min；所述的“面对面”热退火处理是将步骤(2)制备的氮化铝薄膜连同衬底切割为两半，将生长有氮化铝薄膜的一面“面对面”地贴合在一起并压紧，使氮化铝薄膜更紧密接触，然后进行高温退火；