一种紫外-可见光-短波红外三波段光电探测器及其制备方法

本发明涉及光电探测器，具体来说涉及一种紫外-可见光-短波红外三波段光电探测器及其制备方法。

背景技术：

1、目标信息的增加可以有效降低探测系统的虚警率，提高其抗干扰能力和可靠性。因此，多波段光电探测器应运而生。在现有技术中，在“尾刺”地空导弹的导引头上同时安装了紫外和红外光电探测器，实现了紫外/红外双色制导，能够有效对抗机载有源干扰及红外诱饵弹。在红外激光光谱法(tdlas)气体探测器里增加紫外光电探测器，可以同时实现电晕探测和火焰预警，进一步提高应急措施的有效性。在光通信领域，增加紫外波段光电探测器，可以实现双波段耦合的加密通信，有效提高特殊通讯的安全性。

2、基于ingaas吸收层的光电探测器一般工作在短波红外波段，在去除inp窗口后，可以拓展到可见光波段，在激光通讯、气体探测、卫星遥感、红外制导和红外识别等民用和军用领域具有广阔的应用空间。高性能ingaas光电探测器长期被美日等发达国家垄断，因此，ngaas探测器的研发具有一定的战略意义。相较之下，紫外光电探测器的材料和器件仍处于研发阶段。其中，日盲紫外光电探测器可以无需滤光片即可屏蔽波长大于280nm的紫外光、可见光和红外光，免受近地日光背景影响，因此，是紫外探测器的重点研究对象之一，常用吸收层材料为超宽带隙半导体材料，如氧化镓(gao)。

3、然而，传统的多波段光电探测器，如si-ingaas可见光-短波红外双波段光电探测器，一般采用分别探测光信号的方法，即使采用芯片金属键合等工艺集成后，仍然需要不同的入光窗口和电极进行信号检测，需要在系统集成度、可靠性和生产成本上对传统双波段光电探测器进行改进。

技术实现思路

1、为了解决上述技术方案的不足，本发明的目的在于提供一种紫外-可见光-短波红外三波段光电探测器的制备方法。

2、本发明的另一目的在于提供上述制备方法制备的三波段光电探测器。

3、本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。

4、一种紫外-可见光-短波红外三波段光电探测器的制备方法，包括以下步骤：

5、步骤一：利用mocvd或者mbe的沉积方式在n型inp衬底上依次生长n型inp缓冲层、n型ingaas腐蚀截止层、n型inp窗口层、非故意掺杂ingaas吸收层和n型inp盖层；

6、步骤二：利用pecvd的淀积方式在所述n型inp盖层的上表面沉积sin薄膜；

7、步骤三：利用光刻胶在所述sin薄膜的表面形成zn扩散窗口图形，利用刻蚀的方法去除zn扩散窗口图形上的所述sin薄膜，以使下方的所述n型inp盖层暴露出来，刻蚀完成后去除光刻胶，形成zn扩散窗口；

8、步骤四：利用mocvd或者炉管法在所述zn扩散窗口区域进行zn扩散，形成p型zn扩散区域，其中，p型zn扩散区域自上而下依次从n型inp盖层到非故意掺杂ingaas吸收层内，在非故意掺杂ingaas吸收层的深度为0.1～0.5μm；

9、步骤五：利用电子束蒸镀或者磁控溅射的方法在在所有裸露在外的上表面上蒸镀金属，退火，得到p金属电极，其上表面的接触为欧姆接触，所述p金属电极中间位置向下凹陷；

10、步骤六：将所述n型inp衬底减薄并在背面进行抛光；

11、步骤七：在所述p金属电极的上表面涂抹导电胶，将表面导电的基板通过导电胶键合到p金属电极上，以使表面导电的基板通过导电胶与p金属电极形成良好的导电接触；

12、步骤八：将所述n型inp衬底再次减薄；

13、步骤九：利用选择性湿法腐蚀的方法，将n型inp缓冲层和剩余的n型inp衬底全部腐蚀掉，腐蚀停止在n型ingaas腐蚀截止层的下表面；

14、步骤十：利用选择性湿法腐蚀的方法，将n型ingaas腐蚀截止层全部腐蚀掉，腐蚀停止在n型inp窗口层的下表面；

15、步骤十一：利用磁控溅射的方法在所述n型inp窗口层的下表面淀积gao薄膜；

16、步骤十二：利用pecvd、磁控溅射、电子束蒸发或者热蒸发的方法在所述gao薄膜的下表面淀积多层减反膜；

17、步骤十三：利用光刻胶在最外层减反膜的下表面形成via孔洞图形，利用刻蚀的方法去除via孔洞图形上方的多层减反膜，以使gao薄膜暴露出来，刻蚀完成后去除光刻胶，在gao薄膜表面形成金属接触，得到via孔洞；

18、步骤十四：利用光刻胶在所述via孔洞上形成n金属图形，利用电子束蒸发或者磁控溅射蒸镀金属并进行金属剥离、退火，得到n金属电极，n金属电极与gao薄膜表面的接触为欧姆接触。

19、在上述技术方案中，所述步骤一中，所述n型inp缓冲层的厚度为0.5～2μm，掺杂浓度为1×1017/cm3～2×1018/cm3。

20、在上述技术方案中，所述步骤一中，所述n型ingaas腐蚀截止层中in的组分为53％，其晶格常数与n型inp缓冲层和n型inp衬底的晶格常数匹配，n型ingaas腐蚀截止层的厚度为0.1～2μm，掺杂浓度为1×1016/cm3～2×1018/cm3。

21、在上述技术方案中，所述步骤一中，所述n型inp窗口层的厚度为0.1～1μm，掺杂浓度为1×1016/cm3～2×1018/cm3。

22、在上述技术方案中，所述步骤一中，所述非故意掺杂ingaas层中in的组分为53％，其室温荧光波长大于等于1650nm，其室温截止波长大于等于1700nm；所述非故意掺杂ingaas吸收层的晶格常数与n型inp缓冲层和n型inp衬底的晶格常数匹配，非故意掺杂ingaas吸收层的厚度为1～5μm；非故意掺杂ingaas吸收层的感光波长范围为500～1700nm的可见光和短波红外波段。

23、在上述技术方案中，所述步骤一中，所述n型inp盖层的厚度为0.5～5μm，掺杂浓度为1×1015/cm3～1×1017/cm3，n型inp盖层用于后续zn扩散工艺形成有源区域，并提供高带隙的窗口层，降低表面复合电流，降低探测器整体的暗电流。

24、在上述技术方案中，所述步骤二中，所述sin薄膜的厚度为100～500nm。

25、在上述技术方案中，所述步骤三中，所述zn扩散窗口为圆形或者方形，其直径或边长均为10～5000μm。

26、在上述技术方案中，所述步骤六中，减薄、抛光后所述n型inp衬底的厚度为50～200μm。

27、在上述技术方案中，所述步骤八中，所述再次减薄后，n型inp衬底的厚度为3～20μm。

28、在上述技术方案中，所述步骤九中，所述选择性湿法腐蚀中的选择性腐蚀液对n型inp缓冲层和n型inp衬底的腐蚀速率为对n型ingaas腐蚀截止层的腐蚀速率的5倍及以上；去除n型inp衬底，可以有效提高探测器对500～900nm可见光波段的吸收效率，从而实现对500～1700nm可见光-短波红外双波段的吸收。

29、在上述技术方案中，所述步骤十中，所述选择性湿法腐蚀中的选择性腐蚀液对n型ingaas腐蚀截止层的腐蚀速率为对n型inp窗口层的腐蚀速率的5倍及以上。

30、在上述技术方案中，所述步骤十一中，所述gao薄膜中氧和镓的原子比为1.2～1.5，为n型半导体材料，通过控制氧空位的浓度来调节电子浓度和光学带隙，gao薄膜的室温荧光波长小于等于255nm，室温截止波长小于等于280nm，处于日盲紫外波段。所述gao薄膜的厚度为0.1～1μm，电子浓度为1×1014/cm3～1×1018/cm3。

31、在上述技术方案中，所述步骤十二中，所述多层减反膜的层数大于等于2，其对200～1700nm波长光的透射率大于等于70％。

32、上述制备方法获得的三波段光电探测器。

33、本发明的优点和有益效果为：

34、1.本发明的探测器的非故意掺杂ingaas吸收层中in组分为53％，其室温荧光(pl)波长大于1550nm，对于短波红外光十分敏感，可以有效探测到短波红外光。

35、2.非故意掺杂inp盖层的作用是用于后续zn扩散工艺形成有源区域，并提供高带隙的窗口层，从而降低表面复合电流，降低光电探测器整体的暗电流，非n型inp盖层的晶格常数与非故意掺杂ingaas吸收层匹配。

36、3.本发明的探测器的gao薄膜对深紫外光十分敏感，且对280nm以上的波长具有良好的透射效果，不会影响器件对于短波红外波段的响应，实现了紫外-短波红外的双波段探测。

37、4.本发明的探测器将其底部的inp衬底及n型inp缓冲层减薄刻蚀后去除，光线在入射后可见光波长不会被inp阻隔，探测器吸收可见光产生光生载流子，实现了对可见光的探测，制备出对紫外-可见光-短波红外三个波段有响应的光电探测器。

38、5.本发明中在材料上实现gao-ingaas集成制备，gao是宽带隙材料，对于ingaas敏感的近红外波段是高透过率的，所以gao既可以作为紫外光吸收层，也可作为近红外光的入射窗口。同时，gao为n型半导体材料，阴极位于gao上，阳极位于另一侧的n型inp盖层上，共用检测电极不会影响电流的正常流动，从而实现共用光入射窗口和检测电极，在成本、集成度和焦平面拓展等方面具有更高的商用价值。