[發(fā)明專利]日盲紫外光電探測器及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111470865.0
• 申請日: 2021-12-03
• 公開（公告）號: CN114171634A
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳一仁;張志偉;周星宇;孫曉娟;黎大兵;繆國慶;蔣紅;宋航
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
• 主分類號: H01L31/109
• 分類號: H01L31/109;C30B25/18;C30B29/40;H01L31/0224;H01L31/18
• 代理公司: 長春中科長光知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 22218
• 代理人: 高一明

本發(fā)明提供一種日盲紫外光電探測器及其制備方法，日盲紫外光電探測器包括從下至上依次設(shè)置的基底、緩沖層、多周期薄膜層、金屬叉指電極；多周期薄膜層至少為雙層結(jié)構(gòu)，多周期薄膜層的各層由GaN、Al_xGa_1?xN和AlN中的任意兩種或三種材料依次疊加構(gòu)成。本發(fā)明提供的日盲紫外光電探測器及其制備方法，通過設(shè)置具有折射率差異的多層結(jié)構(gòu)的多周期薄膜層，通過控制多周期薄膜層厚度、周期數(shù)實現(xiàn)可選擇的對特定波段輻射的反射率增強(qiáng)，實現(xiàn)雙波段日盲紫外光電探測的新思路，解決單一光學(xué)帶隙半導(dǎo)體材料無法實現(xiàn)雙波段探測的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體紫外探測和制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種日盲紫外光電探測器及其制備方法。

背景技術(shù)

深紫外探測技術(shù)是繼紅外和激光探測技術(shù)之后開發(fā)的一種新型光電檢測技術(shù)。特別是位于日盲波段的深紫外探測，可以避免環(huán)境光(主要是太陽的電磁輻射信號)對探測器的影響，具有高紫外/可見抑制比的優(yōu)勢。日盲紫外光電探測器被公認(rèn)為在超高壓(UHV)電網(wǎng)的漏電電暈檢測、重要軍事和民用目標(biāo)防御導(dǎo)彈威脅以及公共生物安全的化學(xué)/生物制劑檢測等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用和市場前景。目前商用的日盲紫外波段的探測器主要有硅基光電二極管、光電倍增管和本征截止的半導(dǎo)體探測器。硅基光電二極管對于可見光和近紅外同樣敏感，需要濾光片才能實現(xiàn)日盲紫外波段的無干擾探測。光電倍增管需要在高壓下工作，而且體積大、效率低、易損壞，而且同樣依賴于濾光片排除其他波段光的干擾。本征截止的半導(dǎo)體材料相對于傳統(tǒng)的深紫外探測器具有攜帶方便、造價低廉、響應(yīng)度高等優(yōu)點(diǎn)而受到了廣泛的關(guān)注。

氮化鋁鎵材料(AlGaN)為直接帶隙寬禁帶半導(dǎo)體，且禁帶寬度從3.4eV(GaN)到6.2eV(AlN)連續(xù)可調(diào)，具有高的擊穿場強(qiáng)、高導(dǎo)熱率、高化學(xué)和熱穩(wěn)定性以及良好的光學(xué)和力學(xué)性能，已被認(rèn)為是開發(fā)深紫外(DUV)光電器件的核心材料之一，可應(yīng)用于本征截止日盲紫外光電探測器的制備。為了增強(qiáng)AlGaN基日盲紫外光電探測器在實際應(yīng)用中達(dá)到選擇性波段的目標(biāo)識別能力，以適應(yīng)日益復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境，人們將關(guān)注焦點(diǎn)轉(zhuǎn)移到了實現(xiàn)雙波段甚至多波段探測等具有波段選擇功能的探測器研究上。然而，對于具有單一光學(xué)帶隙的半導(dǎo)體材料，同時實現(xiàn)不同波段的光譜檢測存在著巨大的挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種紫外光電探測器及其制備方法。

本發(fā)明提供一種日盲紫外光電探測器，包括從下至上依次設(shè)置的基底、緩沖層、多周期薄膜層、金屬叉指電極；

多周期薄膜層至少為雙層結(jié)構(gòu)，多周期薄膜層的各層由GaN、Al_xGa_1-xN和AlN中的任意兩種或三種材料依次疊加構(gòu)成；其中，0x1。

進(jìn)一步地，多周期薄膜層的周期數(shù)為10-100個。

進(jìn)一步地，多周期薄膜層的每個周期中各層的厚度為10-50nm，各層的厚度與各層的折射率滿足以下公式：

λ/4＝nt；

其中，λ表示反射增強(qiáng)的中心波長；t表示各層的厚度；n表示各層的折射率。

進(jìn)一步地，緩沖層為AlN薄膜，厚度為500nm-1000nm。

進(jìn)一步地，基底的材料為藍(lán)寶石、硅或者碳化硅中的任意一種。

進(jìn)一步地，金屬叉指電極的材料為Ni和Au組成的雙層電極。

進(jìn)一步地，金屬叉指電極的寬度為5-10μm，長度為50-200μm，電極間距為5-10μm，對數(shù)為5-100對。

本發(fā)明還提供一種日盲紫外光電探測器的制備方法，包括如下步驟：

S1、在基底上外延生長緩沖層；

S2、在緩沖層上生長多周期薄膜層，控制多周期薄膜層的厚度滿足以下公式：