[發明專利]紫外-紅外雙波段集成p-i-n型光電探測器

在審

• 申請號: 201810162471.0
• 申請日: 2018-02-26
• 公開（公告）號: CN108470793A
• 公開（公告）日: 2018-08-31
• 發明（設計）人: 高娜;馮向;黃凱;葛樹成;李書平;康俊勇
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: H01L31/105
• 分類號: H01L31/105
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭;張迪

本發明提供了一種紫外?紅外雙波段集成p?i?n型光電探測器，包括由下至上層疊設置的襯底、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面具有一外露區域；外露區域的上表面設置n型歐姆接觸電極，p型超短周期超晶格的上表面設置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帶與導帶量子能級間的光吸收躍遷，也能通過先紫外光照射再協同紅外光入射的方式使得價帶內載流子吸收光子并進行帶內量子能級間的躍遷，實現針對紫外和紅外雙波段的光信號探測識別；紅外波段的光信號通過改變p型超短周期超晶格的摻雜濃度實現響應探測。

技術領域

本發明屬于半導體光電子器件技術領域，尤其涉及一種紫外-紅外雙波段集成p-i-n型光電探測器。

背景技術

近年來，第三代寬禁帶半導體材料質量改良、器件關鍵工藝日趨成熟，紫外乃至深紫外光電探測器已逐漸在現代化軍事舞臺和民用生活方面嶄露頭角。其中，工作波長在深紫外區域的光電探測器，利用了日盲區太陽光輻射能量極其有限甚至微弱的特點，在天然低噪聲背景下便可對目標紫外光輻射信號進行分辨與識別。其在導彈羽煙成分檢測、航空航天跟蹤與控制、生物醫藥工程分析，以及紫外高保密通信等領域有著廣闊的應用前景；也可與紅外探測元件協同構成雙波段探測系統，利用紅外線遠距離追蹤再切換至紫外近距離進一步識辨的特性，顯著地提高目標探測的準確性及可靠性。

隨著紫外和紅外單波段探測材料質量不斷提高與器件性能的持續提升，人們期待紫外-紅外雙波段甚至多波段的光電探測器，以獲取更豐富的目標信息。紫外-紅外雙波段探測已成為未來探測技術發展的重要方向，也是目前國際上的研究熱點。

然而，當前絕大多數紫外-紅外雙波段探測器主要由兩個分別響應不同波段的探測組件構成，如申請號為200910084157.6的中國專利公開了一種通過金屬鍵合將紫外和紅外探測器單元倒裝互連以實現雙波長探測的方法，既增加了異質材料生長的難度，也使得光路系統及器件制備工藝較為復雜。因此，開發一個可同時響應紫外和紅外兩個波段的探測器件單元，將極大地簡化結構設計，并推進紫外-紅外雙波段探測器單片集成的研究。

發明內容

本發明旨在克服當前紫外-紅外雙波段探測技術和原理的不足，提供一種紫外-紅外雙波段集成p-i-n型光電探測器，以實現利用同一材料結構進行紫外和紅外雙波段目標探測的同時，極大地簡化傳統雙波段探測的系統結構及制備工藝。

為了解決上述的技術問題，本發明提供了一種紫外-紅外雙波段集成p-i-n型光電探測器，包括由下至上層疊設置的襯底、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面具有一外露區域；所述外露區域的上表面設置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帶與導帶量子能級間的光吸收躍遷，也能通過先紫外光照射再協同紅外光入射的方式使得價帶內載流子吸收光子并進行帶內量子能級間的躍遷，實現針對紫外和紅外雙波段的光信號探測識別；紅外波段的光信號通過改變p型超短周期超晶格的摻雜濃度實現響應探測。

在一較佳實施例中：所述襯底為同質襯底或異質襯底。

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

在一較佳實施例中：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膜層與第二介質膜層周期性交替生長構成，且第一介質膜層的禁帶完全落在第二介質膜層的禁帶中。

在一較佳實施例中：所述第一介質膜層為氮化鎵單晶或鋁鎵氮混晶，單個周期其生長厚度為1-10個原子層；所述第二介質膜層為氮化鋁單晶或鋁鎵氮混晶，單個周期其生長厚度為4-10個原子層。