[發(fā)明專利]紫外-紅外雙波段集成p-i-n型光電探測(cè)器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810162471.0
• 申請(qǐng)日: 2018-02-26
• 公開（公告）號(hào): CN108470793A
• 公開（公告）日: 2018-08-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高娜;馮向;黃凱;葛樹成;李書平;康俊勇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廈門大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L31/105
• 分類號(hào): H01L31/105
• 代理公司: 廈門市首創(chuàng)君合專利事務(wù)所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭;張迪

本發(fā)明提供了一種紫外?紅外雙波段集成p?i?n型光電探測(cè)器，包括由下至上層疊設(shè)置的襯底、緩沖層、n型超短周期超晶格、非摻雜i型超短周期超晶格、p型超短周期超晶格；n型超短周期超晶格在非摻雜i型超短周期超晶格的側(cè)面具有一外露區(qū)域；外露區(qū)域的上表面設(shè)置n型歐姆接觸電極，p型超短周期超晶格的上表面設(shè)置p型歐姆接觸電極；非摻雜i型超短周期超晶格既能滿足載流子在價(jià)帶與導(dǎo)帶量子能級(jí)間的光吸收躍遷，也能通過(guò)先紫外光照射再協(xié)同紅外光入射的方式使得價(jià)帶內(nèi)載流子吸收光子并進(jìn)行帶內(nèi)量子能級(jí)間的躍遷，實(shí)現(xiàn)針對(duì)紫外和紅外雙波段的光信號(hào)探測(cè)識(shí)別；紅外波段的光信號(hào)通過(guò)改變p型超短周期超晶格的摻雜濃度實(shí)現(xiàn)響應(yīng)探測(cè)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體光電子器件技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種紫外-紅外雙波段集成p-i-n型光電探測(cè)器。

背景技術(shù)

近年來(lái)，第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料質(zhì)量改良、器件關(guān)鍵工藝日趨成熟，紫外乃至深紫外光電探測(cè)器已逐漸在現(xiàn)代化軍事舞臺(tái)和民用生活方面嶄露頭角。其中，工作波長(zhǎng)在深紫外區(qū)域的光電探測(cè)器，利用了日盲區(qū)太陽(yáng)光輻射能量極其有限甚至微弱的特點(diǎn)，在天然低噪聲背景下便可對(duì)目標(biāo)紫外光輻射信號(hào)進(jìn)行分辨與識(shí)別。其在導(dǎo)彈羽煙成分檢測(cè)、航空航天跟蹤與控制、生物醫(yī)藥工程分析，以及紫外高保密通信等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景；也可與紅外探測(cè)元件協(xié)同構(gòu)成雙波段探測(cè)系統(tǒng)，利用紅外線遠(yuǎn)距離追蹤再切換至紫外近距離進(jìn)一步識(shí)辨的特性，顯著地提高目標(biāo)探測(cè)的準(zhǔn)確性及可靠性。

隨著紫外和紅外單波段探測(cè)材料質(zhì)量不斷提高與器件性能的持續(xù)提升，人們期待紫外-紅外雙波段甚至多波段的光電探測(cè)器，以獲取更豐富的目標(biāo)信息。紫外-紅外雙波段探測(cè)已成為未來(lái)探測(cè)技術(shù)發(fā)展的重要方向，也是目前國(guó)際上的研究熱點(diǎn)。

然而，當(dāng)前絕大多數(shù)紫外-紅外雙波段探測(cè)器主要由兩個(gè)分別響應(yīng)不同波段的探測(cè)組件構(gòu)成，如申請(qǐng)?zhí)枮?00910084157.6的中國(guó)專利公開了一種通過(guò)金屬鍵合將紫外和紅外探測(cè)器單元倒裝互連以實(shí)現(xiàn)雙波長(zhǎng)探測(cè)的方法，既增加了異質(zhì)材料生長(zhǎng)的難度，也使得光路系統(tǒng)及器件制備工藝較為復(fù)雜。因此，開發(fā)一個(gè)可同時(shí)響應(yīng)紫外和紅外兩個(gè)波段的探測(cè)器件單元，將極大地簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并推進(jìn)紫外-紅外雙波段探測(cè)器單片集成的研究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在克服當(dāng)前紫外-紅外雙波段探測(cè)技術(shù)和原理的不足，提供一種紫外-紅外雙波段集成p-i-n型光電探測(cè)器，以實(shí)現(xiàn)利用同一材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行紫外和紅外雙波段目標(biāo)探測(cè)的同時(shí)，極大地簡(jiǎn)化傳統(tǒng)雙波段探測(cè)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及制備工藝。

為了解決上述的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種紫外-紅外雙波段集成p-i-n型光電探測(cè)器，包括由下至上層疊設(shè)置的襯底、緩沖層、n型超短周期超晶格、非摻雜i型超短周期超晶格、p型超短周期超晶格；

所述n型超短周期超晶格在非摻雜i型超短周期超晶格的側(cè)面具有一外露區(qū)域；所述外露區(qū)域的上表面設(shè)置n型歐姆接觸電極，所述p型超短周期超晶格的上表面設(shè)置p型歐姆接觸電極；

所述非摻雜i型超短周期超晶格既能滿足載流子在價(jià)帶與導(dǎo)帶量子能級(jí)間的光吸收躍遷，也能通過(guò)先紫外光照射再協(xié)同紅外光入射的方式使得價(jià)帶內(nèi)載流子吸收光子并進(jìn)行帶內(nèi)量子能級(jí)間的躍遷，實(shí)現(xiàn)針對(duì)紫外和紅外雙波段的光信號(hào)探測(cè)識(shí)別；紅外波段的光信號(hào)通過(guò)改變p型超短周期超晶格的摻雜濃度實(shí)現(xiàn)響應(yīng)探測(cè)。

在一較佳實(shí)施例中：所述襯底為同質(zhì)襯底或異質(zhì)襯底。

在一較佳實(shí)施例中：所述同質(zhì)襯底為氮化鎵或氮化鋁單晶；所述異質(zhì)襯底為藍(lán)寶石或碳化硅或石英或單晶硅。

在一較佳實(shí)施例中：所述n型超短周期超晶格、非摻雜i型超短周期超晶格、p型超短周期超晶格均由第一介質(zhì)膜層與第二介質(zhì)膜層周期性交替生長(zhǎng)構(gòu)成，且第一介質(zhì)膜層的禁帶完全落在第二介質(zhì)膜層的禁帶中。

在一較佳實(shí)施例中：所述第一介質(zhì)膜層為氮化鎵單晶或鋁鎵氮混晶，單個(gè)周期其生長(zhǎng)厚度為1-10個(gè)原子層；所述第二介質(zhì)膜層為氮化鋁單晶或鋁鎵氮混晶，單個(gè)周期其生長(zhǎng)厚度為4-10個(gè)原子層。