一种紫外光和可见光双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光和可见光双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。现有技术中在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。在激光跟踪瞄准系统里增加紫外光电探测器，可以同时实现火焰检测，进一步提高系统在目标不同状态下的检测准确性。在光通信领域，增加紫外光电探测器，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gaas吸收层的光电探测器主要工作在可见光波段和波长为300~870nm（常用通讯波长为850nm）近红外波段，在短距高速光通讯、可见光成像和激光预警等民用和军用领域具有广阔的应用空间。相较之下，紫外光电探测器的材料和光电探测器仍处于研发阶段。其中，日盲紫外光电探测器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，免受近地日光背景的影响，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，传统的双波段光电探测器，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。因此，本发明中在材料上实现gao-gaas集成制备，共用光入射窗口和检测电极，从而在成本、集成度和焦平面拓展等方面具有更高的产业应用价值。

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光和可见光双波段光电探测器的制备方法。

2、本发明的另一个目的在于提供一种上述制备方法得到的紫外光和可见光双波段光电探测器。

3、本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。

4、一种紫外光和可见光双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gaas衬底上依次生长n型gaas缓冲层、n型algaas背面空穴阻挡层、非故意掺杂gaas吸收层、p型algaas窗口层和p型gaas接触层；

6、步骤二，在p型gaas接触层的上表面涂抹光刻胶，以形成gaas欧姆接触图形，在剩余未涂抹光刻胶的p型gaas接触层的上表面，利用选择性湿法刻蚀向下腐蚀，腐蚀停止在p型algaas窗口层的上表面，刻蚀完成后去除光刻胶，形成gaas欧姆接触图形；

7、步骤三，利用光刻胶在gaas欧姆接触图形上形成p金属图形，利用电子束蒸发或者磁控溅射在p金属图形上蒸镀金属并进行金属剥离，退火，得到p金属电极，p金属电极的上表面的接触为欧姆接触；

8、步骤四，在algaas窗口层上表面，以及p金属电极的上表面涂抹光刻胶，形成mesa图形，在未涂抹光刻胶的区域，利用干法刻蚀或湿法刻蚀，从algaas窗口层上表面向下腐蚀，腐蚀停止在n型gaas缓冲层的内部，腐蚀完成后，去除光刻胶，形成mesa凸台区域；

9、步骤五，利用旋涂的方法在所述mesa凸台区域的顶部的外缘涂抹一圈pbo或bcb光敏环氧树脂材料，以及其外侧面和底部外缘涂抹pbo或bcb光敏环氧树脂材料，在所有pbo或bcb光敏环氧树脂材料的外表面利用光刻法进行曝光和显影，形成pbo或bcb环氧树脂图形，对环氧树脂图形进行固化处理，形成对mesa凸台侧壁的钝化保护；

10、步骤六，在所述n型gaas衬底的背面进行减薄和抛光；

11、步骤七，利用磁控溅射的方法在所述n型gaas衬底的背面淀积gao薄膜；

12、步骤八，利用pecvd、磁控溅射、电子束蒸发或者热蒸发的方法在所述gao表面淀积多层减反膜；

13、步骤九，利用光刻胶在最底层的减反膜的表面形成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，使得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；

14、步骤十，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薄膜的接触为欧姆接触。

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

16、在上述技术方案中，所述步骤一中，所述n型algaas背面空穴阻挡层的厚度为0.5~2μm，掺杂浓度为1×1017/cm3~2×1018/cm3，al组分为10%~30%，algaas背面空穴阻挡层可以阻挡光生空穴载流子向其n型区域的扩散，从而进一步提高空穴的寿命，提高探测器的探测效率。

17、在上述技术方案中，所述步骤一中，所述非故意掺杂gaas吸收层的厚度为1~5μm，可有效吸收波长为300~850nm的可见光。

18、在上述技术方案中，所述步骤一中，所述p型algaas窗口层的厚度为0.5~2μm，掺杂浓度为1×1016/cm3~2×1018/cm3，al组分为10%~30%，p型algaas窗口层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。

19、在上述技术方案中，所述步骤一中，所述p型gaas接触层的厚度为0.1~1μm，掺杂浓度为1×1018/cm3~2×1019/cm3。

20、在上述技术方案中，所述步骤二中，所述gaas欧姆接触图形为圆环形或方环型，其内直径为10~5000μm，环的宽度为2~50μm。

21、在上述技术方案中，所述步骤四中，所述mesa凸台区域的横截面为圆形或方形，其直径或边长为2~50μm。

22、在上述技术方案中，所述步骤五中，所述涂抹的pbo或bcb光敏环氧树脂材料的厚度为小于等于10μm。

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

24、在上述技术方案中，所述步骤七中，所述gao薄膜中氧原子和镓原子的比值为1.2~1.5，gao薄膜为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。

25、在上述技术方案中，所述步骤八中，多层所述减反膜的层数大于等于2，其对200~900nm波长光的透射率大于等于70%。

26、上述制备方法获得的紫外光和可见光双波段光电探测器。

27、本发明的优点和有益效果为：

28、1、本发明的探测器的algaas背面空穴阻挡层可以阻挡光生空穴载流子向n型区域的扩散，从而进一步提高空穴的寿命，提高探测器的探测效率，p型algaas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；

29、2、本发明的探测器gao薄膜中氧原子和镓原子的比值为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；

30、3、本发明的探测器多层减反膜的层数大于等于2，其对200~900nm波长光的透射率大于等于70%；

31、4、本发明中在材料上实现gao-gaas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。gao为n型半导体材料，阴极位于gao上，阳极位于另一侧的p型gaas接触层中的gaas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。