一种GaO-InGaAs紫外-短波红外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gao-ingaas紫外-短波红外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。在现有技术中，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，增加紫外和红外双波段光电探测器，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主要工作在短波红外波段，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。对ingaas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)。因此，本发明中通过gao-ingaas材料制备出高性能的紫外-短波红外双波段光电探测器。

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。

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gao-ingaas紫外-短波红外双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gao-ingaas紫外-短波红外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inp衬底上依次生长n型inp缓冲层、非故意掺杂ingaas吸收层和n型inp盖层，其中，非故意掺杂ingaas吸收层的感光波长为900～1700nm的短波红外波段；

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；

10、步骤六：在所述n型inp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inp衬底的背面淀积gao薄膜；

12、步骤八：利用光刻胶在所述gao薄膜的背面形成一个环形的n金属图形，利用电子束蒸发或者磁控溅射的方法在所述n金属图形上蒸镀金属并进行金属剥离，退火，得到n金属电极，n金属电极和gao薄膜的接触为欧姆接触。

13、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。

14、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吸收层的晶格常数分别与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。

15、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，以降低探测器整体的暗电流。

16、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。

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

18、在上述技术方案中，所述其特征在于，在步骤六中，减薄、抛光后所述n型inp衬底的厚度为50～200μm。

19、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，处于日盲紫外光波段，所述gao薄膜的厚度为0.1～1μm，电子浓度为1×1014/cm3～1×1018/cm3。

20、上述制备方法获得的双波段光电探测器。

21、本发明的优点和有益效果为：

22、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。

23、2.n型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，降低器件整体的暗电流，n型inp盖层的晶格常数与非故意掺杂ingaas吸收层匹配。

24、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，不会影响探测器对于短波红外波段的响应，实现了紫外和短波红外的双波段探测。

25、4.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。

技术特征：

1.一种gao-ingaas紫外-短波红外双波段光电探测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，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。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，所述非故意掺杂ingaas层中in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吸收层的晶格常数分别与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。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，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。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，所述sin薄膜的厚度为100～500nm。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤三中，所述zn扩散窗口为圆形或方形，其直径或边长均为10～5000μm。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述其特征在于，在步骤六中，减薄、抛光后所述n型inp衬底的厚度为50～200μm。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述gao薄膜中氧原子和镓原子比值为1.2～1.5，gao薄膜为n型半导体材料。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，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，处于日盲紫外光波段，所述gao薄膜的厚度为0.1～1μm，电子浓度为1×1014/cm3～1×1018/cm3。

10.如权利要求1～9中任一项所述的制备方法获得的双波段光电探测器。

技术总结本发明公开了一种GaO‑InGaAs紫外‑短波红外双波段光电探测器及其制备方法。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，不会影响探测器对于短波红外波段的响应，实现了紫外和短波红外的双波段探测。同时，在材料上实现GaO‑InGaAs集成制备。技术研发人员：王迪,何林安,弭伟,朱岩受保护的技术使用者：天津理工大学技术研发日：技术公布日：2024/7/29