本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光電探測(cè)器，尤其涉及一種聲表面波紫外探測(cè)器及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、日盲紫外光電探測(cè)器在保密通信、火災(zāi)預(yù)警、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。近年來(lái)由寬禁帶半導(dǎo)體構(gòu)建的日盲紫外光電探測(cè)器的發(fā)展取得了重大進(jìn)展。這些全固態(tài)光電探測(cè)器被認(rèn)為是光電倍增管的替代品，但其存在工作電壓高、易碎和外部光學(xué)濾波器的限制。可用的帶隙超過(guò)4.4?ev的寬禁帶半導(dǎo)體包括合金化mgzno（3.35~7.8?ev），合金化algan（3.4~6.2?ev），和氧化鎵ga2o3（4.5~4.9?ev）。氧化鎵因其具有超寬的帶隙和顯著的熱、化學(xué)穩(wěn)定性而備受關(guān)注。氧化鎵有 α相、 β相、 γ相、 δ相、 ε相、 κ相等6種不同的晶相結(jié)構(gòu)， ε相氧化鎵是僅次于 β相氧化鎵的亞穩(wěn)相。 ε相氧化鎵與 β相氧化鎵相比，具有相近的寬禁帶（~4.9ev）、較高的晶格對(duì)稱性、較低的各向異性和較低的生長(zhǎng)溫度?？紤]到 ε相氧化鎵獨(dú)特的壓電特性（壓電系數(shù)為0.94?c/m2）和鐵電特性（剩余極化強(qiáng)度為5~6?μc/cm）可以同時(shí)作為壓電層和光敏層，利用聲表面波傳播提升探測(cè)器性能成為可能。

2、聲表面波是在叉指電極之間施加交變電壓時(shí)沿壓電材料表面?zhèn)鞑サ膹椥圆?。聲表面波器件可以通過(guò)聲-電效應(yīng)與伴隨的聲表面波傳播的壓電場(chǎng)進(jìn)行相互作用。研究表明，聲表面波可以促進(jìn)光生載流子的分離，并抑制電子-空穴復(fù)合，同時(shí)這種調(diào)制并沒(méi)有導(dǎo)致半導(dǎo)體材料的結(jié)構(gòu)或組成的改變或惡化。此外， ε相氧化鎵有著明顯低于其他常規(guī)壓電材料的相對(duì)介電常數(shù) εr=3.6，可以高效進(jìn)行電能和機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)換。因此，綜合考慮后認(rèn)為基于 ε相氧化鎵的聲表面波紫外探測(cè)器可能滿足人們對(duì)高性能紫外探測(cè)的需求。

3、近年來(lái)人們致力于開(kāi)發(fā)高性能的 ε相氧化鎵薄膜日盲探測(cè)器，但是同時(shí)實(shí)現(xiàn)低暗電流、高比探測(cè)率、高紫外-可見(jiàn)抑制比和快速響應(yīng)速度仍然是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。 ε相氧化鎵薄膜中存在大量氧空位是導(dǎo)致上述問(wèn)題的原因之一。氧氣下的熱退火是鈍化 ε相氧化鎵中氧空位缺陷的常用方法之一。然而， ε相氧化鎵的亞穩(wěn)態(tài)特性使得高溫氧退火工藝很難完全抑制氧空位缺陷對(duì)其光電探測(cè)性能的不利影響。一些研究結(jié)果表明，在氧化鎵中引入雜質(zhì)可以顯著抑制氧空位缺陷?，F(xiàn)有技術(shù)通過(guò)在 ε相氧化鎵薄膜摻雜zn提高了 ε相氧化鎵亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)的晶體質(zhì)量和穩(wěn)定性，抑制了氧空位的形成，使得制備得的摻zn的 ε相氧化鎵薄膜m-s-m（金屬-氧化物-金屬）結(jié)構(gòu)的光電探測(cè)器的性能得以提升。此外，有人提出將薄層氧化鋁作為覆蓋層這一方法，可以有效地鈍化外延 ε相氧化鎵薄膜的表面缺陷，以此大幅提高光電探測(cè)器的性能。通過(guò)引入氧化鋁層， ε相氧化鎵m-s-m結(jié)構(gòu)的光電探測(cè)器的暗電流顯著降低了3個(gè)數(shù)量級(jí)以上，光電流和響應(yīng)速度同時(shí)得到提高。這些方法雖然可行，但無(wú)疑增加了生產(chǎn)成本、提升了生產(chǎn)技術(shù)的復(fù)雜性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為解決上述問(wèn)題，提供一種聲表面波紫外探測(cè)器及其制備方法。

2、本發(fā)明第一目的在于提供一種聲表面波紫外探測(cè)器，包括自下而上設(shè)置的襯底、 ε相氧化鎵層和金屬電極層；

3、所述金屬電極層包括對(duì)稱設(shè)置的兩組換能器和反射柵，一端的換能器用于接收射頻信號(hào)，另一端的換能器用于接直流偏置電壓；所述換能器為均勻換能器或非均勻換能器；所述反射柵為短路反射柵或開(kāi)路反射柵。

4、優(yōu)選的，金屬電極層厚度為50~500?nm；所述金屬電極層的材料為鉬、鎳、金、鈦、鋁或鉑中的至少一種；所述金屬電極層被激發(fā)的聲表面波的頻率波段為甚高頻波段30~300mhz。

5、優(yōu)選的， ε相氧化鎵層的厚度為0.1~10?μm。

6、優(yōu)選的， ε相氧化鎵層的厚度為300?nm；所述襯底為藍(lán)寶石。

7、優(yōu)選的，換能器為均勻換能器；所述換能器的叉指寬度 a和叉指間距 p相等，對(duì)應(yīng)的諧振聲波波長(zhǎng) λ=4 a=4 p；所述換能器的叉指指長(zhǎng)為50~60?μm。

8、優(yōu)選的，換能器的叉指寬度 a=5?μm，叉指對(duì)數(shù)為100。

9、優(yōu)選的，反射柵為短路反射柵，短路反射柵條數(shù)為60。

10、本發(fā)明第二目的在于提供一種聲表面波紫外探測(cè)器的制備方法，具體包括如下步驟：

11、s1.對(duì)襯底進(jìn)行清洗，清洗后將襯底放置于金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相淀積反應(yīng)腔室中；

12、s2.在襯底上進(jìn)行 ε相氧化鎵層的生長(zhǎng)；

13、s3.在 ε相氧化鎵層上涂抹光刻膠，光刻膠上方覆蓋掩模版，進(jìn)行前烘、曝光、后烘、顯影；刻蝕光刻膠未被掩模版遮蓋的區(qū)域，制作金屬電極圖案；

14、s4.采用電子束沉積的方法，在金屬電極圖案區(qū)域上沉積金屬；

15、s5.進(jìn)行剝離工藝，剝離后得到金屬電極層，完成聲表面紫外波探測(cè)器制備。

16、優(yōu)選的，步驟s2中 ε相氧化鎵薄膜的生長(zhǎng)溫度為600~650?℃，生長(zhǎng)時(shí)間為150~200分鐘，生長(zhǎng)壓強(qiáng)為800~900?pa。

17、優(yōu)選的，步驟s1中，反應(yīng)腔室中反應(yīng)的有機(jī)源鎵源為三乙基鎵，有機(jī)源冷阱溫度設(shè)定為8~15?℃，有機(jī)源鎵源的載氣流量為5~5.5?sccm，氧氣流量為500?sccm；所述步驟s4中的沉積金屬靶材為鉑，沉積時(shí)間為20分鐘。

18、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能夠取得如下有益效果：

19、本發(fā)明提出了一種基于 ε相氧化鎵薄膜的聲表面波探測(cè)器，通過(guò)金屬氧化物化學(xué)氣相沉積（mocvd）技術(shù)在c面藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)高質(zhì)量 ε相氧化鎵薄膜，并在薄膜表面制備金屬電極，構(gòu)建一種聲表面波紫外探測(cè)器，利用聲表面波的聲-電效應(yīng)和壓電效應(yīng)的相互作用，提升 ε相氧化鎵光電探測(cè)器的性能。優(yōu)點(diǎn)在于：一方面無(wú)需對(duì) ε相氧化鎵薄膜引入摻雜、表面處理或者高溫退火等技術(shù)手段；另一方面，換能器一端用于接收rf信號(hào)，換能器所激發(fā)的聲表面波在 ε相氧化鎵薄膜層中傳播，傳播到反射柵時(shí)，選擇性地增強(qiáng)特定頻率的聲表面波。利用聲表面波可以促進(jìn)光生載流子的分離，抑制電子-空穴復(fù)合的優(yōu)勢(shì)從而有效的提升探測(cè)器性能。