一种紫外-红外双波段集成p-i-n型光电探测器制造技术

本实用新型专利技术提供了一种紫外‑红外双波段集成p‑i‑n型光电探测器，包括由下至上层叠设置的衬底、缓冲层、n型超短周期超晶格、非掺杂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掺杂i型超短周期超晶格的侧面具有一外露区域；外露区域的上表面设置n型欧姆接触电极，p型超短周期超晶格的上表面设置p型欧姆接触电极；非掺杂i型超短周期超晶格既能满足载流子在价带与导带量子能级间的光吸收跃迁，也能通过先紫外光照射再协同红外光入射的方式使得价带内载流子吸收光子并进行带内量子能级间的跃迁，实现针对紫外和红外双波段的光信号探测识别；红外波段的光信号通过改变p型超短周期超晶格的掺杂浓度实现响应探测。

【技术实现步骤摘要】
一种紫外-红外双波段集成p-i-n型光电探测器
本技术属于半导体光电子器件
，尤其涉及一种紫外-红外双波段集成p-i-n型光电探测器。
技术介绍
近年来，第三代宽禁带半导体材料质量改良、器件关键工艺日趋成熟，紫外乃至深紫外光电探测器已逐渐在现代化军事舞台和民用生活方面崭露头角。其中，工作波长在深紫外区域的光电探测器，利用了日盲区太阳光辐射能量极其有限甚至微弱的特点，在天然低噪声背景下便可对目标紫外光辐射信号进行分辨与识别。其在导弹羽烟成分检测、航空航天跟踪与控制、生物医药工程分析，以及紫外高保密通信等领域有着广阔的应用前景；也可与红外探测元件协同构成双波段探测系统，利用红外线远距离追踪再切换至紫外近距离进一步识辨的特性，显著地提高目标探测的准确性及可靠性。随着紫外和红外单波段探测材料质量不断提高与器件性能的持续提升，人们期待紫外-红外双波段甚至多波段的光电探测器，以获取更丰富的目标信息。紫外-红外双波段探测已成为未来探测技术发展的重要方向，也是目前国际上的研究热点。然而，当前绝大多数紫外-红外双波段探测器主要由两个分别响应不同波段的探测组件构成，如申请号为200910084157.6的中国专利公开了一种通过金属键合将紫外和红外探测器单元倒装互连以实现双波长探测的方法，既增加了异质材料生长的难度，也使得光路系统及器件制备工艺较为复杂。因此，开发一个可同时响应紫外和红外两个波段的探测器件单元，将极大地简化结构设计，并推进紫外-红外双波段探测器单片集成的研究。
技术实现思路
本技术旨在克服当前紫外-红外双波段探测技术和原理的不足，提供一种紫外-红外双波段集成p-i-n型光电探测器，以实现利用同一材料结构进行紫外和红外双波段目标探测的同时，极大地简化传统双波段探测的系统结构及制备工艺。为了解决上述的技术问题，本技术提供了一种紫外-红外双波段集成p-i-n型光电探测器，包括由下至上层叠设置的衬底、缓冲层、n型超短周期超晶格、非掺杂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掺杂i型超短周期超晶格的侧面具有一外露区域；所述外露区域的上表面设置n型欧姆接触电极，所述p型超短周期超晶格的上表面设置p型欧姆接触电极；所述非掺杂i型超短周期超晶格既能满足载流子在价带与导带量子能级间的光吸收跃迁，也能通过先紫外光照射再协同红外光入射的方式使得价带内载流子吸收光子并进行带内量子能级间的跃迁，实现针对紫外和红外双波段的光信号探测识别；红外波段的光信号通过改变p型超短周期超晶格的掺杂浓度实现响应探测。在一较佳实施例中：所述衬底为同质衬底或异质衬底。在一较佳实施例中：所述同质衬底为氮化镓或氮化铝单晶；所述异质衬底为蓝宝石或碳化硅或石英或单晶硅。在一较佳实施例中：所述n型超短周期超晶格、非掺杂i型超短周期超晶格、p型超短周期超晶格均由第一介质膜层与第二介质膜层周期性交替生长构成，且第一介质膜层的禁带完全落在第二介质膜层的禁带中。在一较佳实施例中：所述第一介质膜层为氮化镓单晶或铝镓氮混晶，单个周期其生长厚度为1-10个原子层；所述第二介质膜层为氮化铝单晶或铝镓氮混晶，单个周期其生长厚度为4-10个原子层。在一较佳实施例中：所述周期为20-200个。在一较佳实施例中：所述n型超短周期超晶格采用硅杂质掺杂，所掺杂浓度为1017-1019cm-3；所述p型超短周期超晶格采用镁杂质掺杂，所掺杂浓度为1017-3.5×1018cm。在一较佳实施例中：所述p型超短周期超晶格的阱宽窄于非掺杂i型超短周期超晶格的阱宽，使从正面入射的深紫外光穿透至非掺杂i层被载流子所吸收。在一较佳实施例中：改变所述第一介质膜层的原子层数以调控量子能级差来改变紫外光的探测波长，所探测波长范围为230-270nm。在一较佳实施例中：所述n型超短周期超晶格、非掺杂i型超短周期超晶格、p型超短周期超晶格的侧面朝向衬底一侧进行研磨，使之呈45°角，以实现针对波长为2-5μm红外光的响应探测。与现有技术比较，本技术的有益效果如下：1、本技术提供的紫外-外双波段集成p-i-n型光电探测器，采用非掺杂i型超短周期超晶格作为紫外光的吸收层，其电子结构分立的量子能级特征使得吸收光子的能量因两量子能级间特定的差值而固定，通过改变第一介质膜层的原子层数可以调控量子能级间能差，从而实现针对230-270nm波段范围内深紫外光子的吸收。2、本技术提供的紫外-红外双波段集成p-i-n型光电探测器，非掺杂i型超短周期超晶格可同时作为红外光的吸收层。在上述紫外光照射的前提下，载流子吸收外界光子并从价带量子能级跃迁至导带相应量子能级，从而为价带提供一定数量的空穴。此时当红外光进一步入射时，载流子将由能量较低的价带量子能级跃迁至能量相对较高的价带量子能级，且所需跃迁能量较低；通过调控量子能级间的能量恰好对应于被探测的红外辐射光子能量，便可实现红外波段的光响应探测。3、本技术提供的紫外-红外双波段集成p-i-n型光电探测器，其红外波段的吸收也可通过p型掺杂超短周期超晶格实现。对超短周期超晶格进行一定浓度的镁杂质掺杂，相当于引入了空穴，从而为价带带内量子能级间载流子的光吸收跃迁提供可能，有利于获得红外波段光子的选择性吸收。所述p型超短周期超晶格的阱宽相比于非掺杂i型超短周期超晶格的阱宽更窄，以获得更高量子能级间能差的载流子跃迁，并使得从正面入射的深紫外光穿透至非掺杂i层被载流子所吸收。4、本技术提供的紫外-红外双波段集成p-i-n型光电探测器，采用集成化的超短周期超晶格结构，即n型和p型掺杂都在同类超晶格材料基础上实现。生长过程较容易控制，材料的结晶质量较高，而且制备工艺极大地简化，器件关键性能得到提升。附图说明图1为本技术优选实施例1的结构示意图。图2为本技术优选实施例1中非掺杂i型超短周期超晶格，即本征吸收层的能带结构图。图3为本技术优选实施例1中吸收深紫外光后i型超短周期超晶格的价带能带结构图。图4为本技术实施例2中的结构示意图。图5为本技术实施例2中p型超短周期超晶格价带能带结构图。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本技术做进一步的详细说明。如图1所示，本技术所述的紫外-红外双波段集成p-i-n型光电探测器，其结构由下至上依次包括：衬底1、在衬底上外延的AlN缓冲层2、n型超短周期超晶格3、非掺杂i型超短周期超晶格4、p型超短周期超晶格5。所述n型超短周期超晶格3在非掺杂i型超短周期超晶格4的侧面具有一外露区域；所述外露区域的上表面设置n型欧姆接触电极6，所述p型超短周期超晶格5的上表面设置p型欧姆接触电极7。所述衬底1为同质衬底或异质衬底。如果为同质衬底，则同质衬底为氮化镓或氮化铝单晶；如果为异质衬底，则异质衬底为蓝宝石或碳化硅或石英或单晶硅。所述n型超短周期超晶格3、非掺杂i型超短周期超晶格4、p型超短周期超晶格5均由第一介质膜层与第二介质膜层周期性交替生长构成，且第一介质膜层的禁带完全落在第二介质膜层的禁带中。所述第一介质膜层为氮化镓单晶或铝镓氮混晶，单个周期其生长厚度为1-10个原子层；所述第二介质膜层为氮化铝单晶或铝镓氮混晶，单个周期其生长厚度为4-10个原子层。所述周期为20-200个。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种紫外‑红外双波段集成p‑i‑n型光电探测器，其特征在于：包括由下至上层叠设置的衬底、缓冲层、n型超短周期超晶格、非掺杂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掺杂i型超短周期超晶格的侧面具有一外露区域；所述外露区域的上表面设置n型欧姆接触电极，所述p型超短周期超晶格的上表面设置p型欧姆接触电极；所述非掺杂i型超短周期超晶格既能满足载流子在价带与导带量子能级间的光吸收跃迁，也能通过先紫外光照射再协同红外光入射的方式使得价带内载流子吸收光子并进行带内量子能级间的跃迁，实现针对紫外和红外双波段的光信号探测识别；红外波段的光信号通过改变p型超短周期超晶格的掺杂浓度实现响应探测。

【技术特征摘要】
1.一种紫外-红外双波段集成p-i-n型光电探测器，其特征在于：包括由下至上层叠设置的衬底、缓冲层、n型超短周期超晶格、非掺杂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掺杂i型超短周期超晶格的侧面具有一外露区域；所述外露区域的上表面设置n型欧姆接触电极，所述p型超短周期超晶格的上表面设置p型欧姆接触电极；所述非掺杂i型超短周期超晶格既能满足载流子在价带与导带量子能级间的光吸收跃迁，也能通过先紫外光照射再协同红外光入射的方式使得价带内载流子吸收光子并进行带内量子能级间的跃迁，实现针对紫外和红外双波段的光信号探测识别；红外波段的光信号通过改变p型超短周期超晶格的掺杂浓度实现响应探测。2.根据权利要求1所述的紫外-红外双波段集成p-i-n型光电探测器，其特征在于：所述衬底为同质衬底或异质衬底。3.根据权利要求2所述的紫外-红外双波段集成p-i-n型光电探测器，其特征在于：所述同质衬底为氮化镓或氮化铝单晶；所述异质衬底为蓝宝石或碳化硅或石英或单晶硅。4.根据权利要求1所述的紫外-红外双波段集成p-i-n型光电探测器，其特征在于：所述n型超短周期超晶格、非掺杂i型超短周期超晶格、p型超短周期超晶格均由第一介质膜层与第二介质膜层周期性交替生长构成，且第一介质膜层的禁带完全落在第二介质膜层的禁带中。5.根据权利要求4所述的紫外-红外双波段集...

【专利技术属性】
技术研发人员：高娜，冯向，黄凯，葛树成，李书平，康俊勇，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：新型
国别省市：福建,35