本发明特别涉及一种msm结构ga2o3光电探测器及提高msm结构ga2o3光电探测器的探测能力的方法,属于半导体器件。
背景技术:
1、日盲紫外光电探测器对波长范围为220-280nm的光敏感,可以有效避免空间太阳背景辐射的影响,具有高灵敏度、高探测率、低背景干扰、抗复杂环境等特点,在光学跟踪、光通信、成像等领域有着广泛的军事和商业应用。氧化镓(ga2o3)是一种新兴的超宽带隙半导体材料,其具有α,β,γ,δ,ε五种不同的结构,其禁带宽度直接对应日盲波段,且其高质量单晶衬底的制备工艺已相对完善,是天然的日盲探测的候选材料,是国际上研发新一代日盲紫外光电探测器的重点前沿方向。目前已报道的氧化镓光电探测器中,金属-半导体-金属(msm)结构的探测器因制备工艺简单,受到了广泛关注和研究。
2、目前,关于非晶/多晶/单晶ga2o3 msm结构的光电探测器研究已取得了显著进展,但基于这些ga2o3 msm结构的光电探测器因其表面缺陷态会产生高的本征载流子浓度,在一定程度上导致器件具有较大的暗电流和低的光暗电流比,从而严重影响了器件的探测性能。
技术实现思路
1、本发明的主要目的在于提供一种msm结构ga2o3光电探测器及提高msm结构ga2o3光电探测器的探测能力的方法,减少ga2o3表面缺陷以降低暗电流,提高光暗电流比,从而提高器件的探测能力,克服现有技术中的不足。
2、为实现前述发明目的,本发明采用的技术方案包括:
3、本发明一方面提供了一种提高msm结构ga2o3光电探测器的探测能力的方法,包括制作ga2o3外延层以及在ga2o3外延层表面的第一区域制作电极,以及,还包括:在所述ga2o3外延层表面的第二区域形成钝化层,所述钝化层能够消除ga2o3外延层表面的悬挂键,从而降低ga2o3外延层的表面缺陷。
4、进一步的,所述的方法包括:采用磁控溅射的方式制作形成所述钝化层。
5、进一步的,所述磁控溅射的溅射功率为50-100w,氧氩比为0.05-2%。
6、具体的,所述钝化层的制作过程可以包括:将包含ga2o3外延层的外延片、氧化物靶材置于磁控溅射设备的生长室内,向生长室内通入氧气和氩气的混合气体,氧氩比为0.05-2%,将生长室内的温度、压力调节至选定范围,并保持溅射功率为50-100w,在ga2o3外延层上沉积形成所述钝化层。
7、进一步的,所述的方法还包括:于氮气气氛、400-600℃条件下对所述钝化层进行热处理,以激活所述钝化层钝化效果。
8、进一步的,所述钝化层的材质包括具有介电特性的金属氧化物或非金属氧化物。
9、进一步的,所述金属氧化物包括al2o3或mgo。
10、进一步的,所述非金属氧化物包括sio2。
11、进一步的,所述钝化层的厚度为3-200nm,尤其优选为3-120nm。
12、进一步的,所述ga2o3外延层的材质包括非晶氧化镓、多晶氧化镓或单晶氧化镓。
13、本发明实施例还提供了一种msm结构ga2o3光电探测器,包括ga2o3外延层以及设置在ga2o3外延层表面的第一区域的电极,所述ga2o3外延层表面的第二区域还设置有钝化层,所述钝化层能够消除ga2o3外延层表面的悬挂键,从而降低ga2o3外延层的表面缺陷。
14、进一步的,所述钝化层的材质包括具有介电特性的金属氧化物或非金属氧化物。
15、进一步的,所述金属氧化物包括al2o3或mgo。
16、进一步的,所述非金属氧化物包括sio2。
17、进一步的,所述钝化层的厚度为3-200nm,尤其优选为3-120nm。
18、进一步的,所述ga2o3外延层的材质包括非晶氧化镓、多晶氧化镓或单晶氧化镓。
19、与现有技术相比,本发明利用al2o3、sio2、mgo等具有介电特性的材料对ga2o3薄膜表面缺陷进行钝化,降低了氧化镓薄膜的表面缺陷,抑制缺陷态的产生和光生载流子复合,从而降低了ga2o3光电探测器件的暗电流,提高了ga2o3光电探测器件的光暗电流比,提升了响应速度,解决了ga2o3 msm结构光电探测器暗电流大的问题,本发明提供的ga2o3光电探测器件的暗电流可降低至10-10a,响应度可达到~105a/w。
1.一种提高ga2o3光电探测器的探测能力的方法,包括制作ga2o3外延层以及在ga2o3外延层表面的第一区域制作电极,其特征在于,还包括:在所述ga2o3外延层表面的第二区域形成钝化层,所述钝化层能够消除ga2o3外延层表面的悬挂键。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,包括:采用磁控溅射的方式制作形成所述钝化层;
3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述的方法还包括:于氮气气氛、400-600℃条件下对所述钝化层进行热处理。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述钝化层的材质包括具有介电特性的金属氧化物或非金属氧化物;
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述钝化层的厚度为3-200nm,尤其优选为3-120nm。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述ga2o3外延层的材质包括非晶氧化镓、多晶氧化镓或单晶氧化镓。
7.一种ga2o3光电探测器,包括ga2o3外延层以及设置在ga2o3外延层表面的第一区域的电极,其特征在于:所述ga2o3外延层表面的第二区域还设置有钝化层,所述钝化层能够降低ga2o3外延层的表面缺陷。
8.根据权利要求7所述的ga2o3光电探测器,其特征在于:所述钝化层的材质包括具有介电特性的金属氧化物或非金属氧化物;
9.根据权利要求7所述的ga2o3光电探测器,其特征在于:所述钝化层的厚度为3-200nm,尤其优选为3-120nm。
10.根据权利要求7所述的ga2o3光电探测器,其特征在于:所述ga2o3外延层的材质包括非晶氧化镓、多晶氧化镓或单晶氧化镓。