一种二硫化钼基可见至近红外InGaAs探测器及其制备方法技术

本发明专利技术属于探测器技术领域，具体为一种二硫化钼基可见至近红外InGaAs探测器及其制备方法。本发明专利技术探测器结构包括：采用磷化铟作为衬底材料，在衬底上依次生长InP接触层、铟镓砷吸收层、氧化硅介质层；氧化硅介质层中央开方孔，在氧化硅介质层上转移二硫化钼层，二硫化钼层填充氧化硅介质层方孔，与所述铟镓砷吸收层形成肖特基接触，在二硫化钼层与氧化硅介质层接触区域上方生长上金属电极，在所述InP接触层一侧上生长下金属电极。本发明专利技术InGaAs探测器能够实现近红外到可见光范围的宽光谱探测。

【技术实现步骤摘要】
一种二硫化钼基可见至近红外InGaAs探测器及其制备方法
本专利技术属于探测器
，具体涉及一种二硫化钼基可见-近红外InGaAs探测器及其制备方法。该探测器能够实现包括可见光和近红外光在内的宽波段探测。
技术介绍
铟镓砷探测器的传统结构为InP/InGaAs/InP结构，其在近红外波段内拥有良好的性能，这使得其在民用、军事和航空航天领域有着广泛的应用价值。InGaAs吸收层材料的截至波长位于近红外波段，这意味着InGaAs材料的吸收谱能够覆盖波长小于近红外的可见光，但是由于InP衬底和InP帽层的吸收作用，抑制了InP/InGaAs/InP探测器对可见光波段的探测，致使传统的InGaAs探测器无法探测可见光波段的目标，无法识别一些广泛应用的波长较短的激光。此外，对于某些需要同时探测可见光和短波红外的应用，需要多个分离的探测器分别进行探测，导致探测系统复杂，系统尺寸和重量较大等缺点。因此需要一种新型结构的宽波段铟镓砷探测器，既能够实现近红外光探测，又能够探测可见光波段。
技术实现思路
基于上述提到传统InGaAs探测器存在的问题和发展需求，本专利技术的目的在于提出一种二硫化钼基可见至近红外InGaAs探测器。本专利技术是在传统的InGaAs探测器基础之上进行结构和技术改进，首先，利用二硫化钼材料取代InP帽层材料；其次，采用异质结肖特基结构。该探测器不仅能够探测传统InGaAs探测器覆盖的近红外区域，而且能够将探测波段延伸到可见光波段，实现可见光区域和近红外区域的同时探测。本专利技术提供的二硫化钼基可见至近红外InGaAs探测器，其剖面结构示意图如图1所示，它由InP衬底1、InP接触层2、InGaAs吸收层3、SiO2介质层4、二硫化钼层5、上金属电极6和下金属电极7组成。其中InP接触层2和InGaAs吸收层3通过外延技术生长在InP衬底之上；在InGaAs层3上淀积有一层SiO2介质层4，通过光刻和刻蚀等半导体工艺在SiO2介质层4上开方孔，将原子层数为1～5层的二硫化钼5转移在方孔之上并覆盖方孔，最后在方孔左右或者上下两侧的二硫化钼5上蒸镀淀积源极上金属电极6，在被刻蚀开的InP接触层2上淀积下金属电极7。本专利技术中，所述的磷化铟衬底1厚度为330μm～370μm。本专利技术中，所述的磷化铟（InP）接触层2厚度为400～800nm，优选厚度为500nm。本专利技术中，所述的铟镓砷（InGaAs）吸收层3厚度为1.5～5μm，优选厚度为2.5μm。本专利技术中，所述的SiO2介质层4的厚度为90nm～300nm。本专利技术中，所述的二硫化钼层5层数为：1～5层，方孔内的二硫化钼层5与InGaAs吸收层3形成良好的异质结接触。本专利技术中，所述的上金属电极6为Ti/Pt/Au金属电极，与二硫化钼层5形成良好的欧姆接触。本专利技术中，所述的下金属电极7为Cr/Au金属电极，与InP接触层2之间形成良好的欧姆接触。本专利技术的二硫化钼基可见至近红外InGaAs探测器的制备方法，如图2所示，具体步骤为：（1）取样清洗，依次采用丙酮、乙醇和去离子水超声清洗样品8～3mins；（2）淀积SiO2介质层4，采用等离子体增强化学气相淀积（PECVD）技术淀积厚度90nm～300nm的SiO2介质层，衬底温度为330±20℃，RF功率为40±10W；（3）刻蚀开方孔，采用感应耦合等离子体(ICP)刻蚀技术在SiO2介质层4上开方孔，刻蚀条件为：ICP功率为1500W，RF功率为25～50W，腔体压强为9.4mTorr，温度为3-6℃；（5）转移二硫化钼5，采用干法转移技术，将层数为1～5层的二硫化钼，转移至方孔之上，覆盖整个方孔，并且二硫化钼层5与InGaAs吸收层3接触；（6）刻蚀开栅电极接触层，采用Ar离子刻蚀技术进行刻蚀，刻蚀条件为：离子能量150～400eV，束流40～80cm-3；（7）淀积金属电极，采用离子束溅射工艺淀积金属电极，真空度为2～5×10-2Pa，离子束能量为80eV～250eV。本专利技术的优点在于：A.该新型InGaAs探测器利用先进的二维二硫化钼材料与InGaAs体材料形成了肖特基光电二极管，实现了二维与三维材料的结合，并能实现光谱探测；B.该新型InGaAs探测器使用禁带宽度较大的薄层二维二硫化钼材料（1.8eV）代替InP(1.344eV)帽层，使得更宽的光谱和更多的光子被InGaAs吸收层吸收，拓宽了探测器的光谱至可见光区域，同时可以提高探测器的光响应；C.该新型InGaAs探测器使用先进的二维二硫化钼材料，使得该新型探测器的制备工艺更简单，制备成本更低。附图说明图1为本专利技术的二硫化钼基可见至近红外InGaAs探测器结构示意图。图2为本专利技术的二硫化钼基可见至近红外InGaAs探测器制备工艺流程图。图中标号：1为InP衬底，2为InP接触层，3为InGaAs吸收层，4为SiO2介质层，5为二硫化钼层，6为上金属接触电极，7为下金属接触电极。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方法作详细的说明。如图2所示。实施例1，具体工艺流程为：1、取样清洗，依次采用丙酮、乙醇和去离子水超声清洗样品8～3mins；2、淀积SiO2介质层4，等离子体增强化学气相淀积（PECVD）技术淀积厚度90nm的SiO2介质层，衬底温度为330±20℃、RF功率为40±10W；3、刻蚀开方孔，采用感应耦合等离子体(ICP)刻蚀技术在SiO2介质层4上开方孔，刻蚀条件为：ICP功率为1500W、RF功率为25～50W、腔体压强为9.4mTorr、温度为5℃；4、转移二硫化钼5，采用干法转移技术，将层数为1层的二硫化钼，转移至方孔之上，覆盖整个方孔，并且二硫化钼5与InGaAs吸收层3接触；5、刻蚀开栅电极接触层，采用Ar离子刻蚀技术进行刻蚀，刻蚀条件为：离子能量150～400eV，束流40～80cm-3；6、淀积金属电极，采用离子束溅射工艺淀积金属电极，真空度为2～5×10-2Pa，离子束能量为80eV～250eV。实施例2，具体工艺流程为：1、取样清洗，依次采用丙酮、乙醇和去离子水超声清洗样品8～3mins；2、淀积SiO2介质层4，等离子体增强化学气相淀积（PECVD）技术淀积厚度300nm的SiO2介质层，衬底温度为330±20℃、RF功率为40±10W；3、刻蚀开方孔，采用感应耦合等离子体(ICP)刻蚀技术在SiO2介质层4上开方孔，刻蚀条件为：ICP功率为1500W、RF功率为25～50W、腔体压强为9.4mTorr、温度为5℃；4、转移二硫化钼5，采用干法转移技术，将层数为3层的二硫化钼，转移至方孔之上，覆盖整个方孔，并且二硫化钼5与InGaAs吸收层3接触；5、刻蚀开栅电极接触层，采用Ar离子刻蚀技术进行刻蚀，刻蚀条件为：离子能量150～400eV，束流40～80cm-3；6、淀积金属电极，采用离子束溅射工艺淀积金属电极，真空度为2～5×10-2Pa，离子束能量为80eV～250eV。实施例3，具体工艺流程为：1、取样清洗，依次采用丙酮、乙醇和去离子水超声清洗样品8～3mins；2、淀积SiO2介质层4，等离子体增强化学气相淀积（PECVD）技术淀积厚度300nm的SiO2介质层，衬底温度为330±20℃、RF功率为40±1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二硫化钼基可见至近红外InGaAs探测器，其特征在于，采用磷化铟作为衬底材料（1），在衬底上依次生长有InP接触层（2）、铟镓砷吸收层（3）、氧化硅介质层（4）；所述氧化硅介质层（4）中央开有方孔，在氧化硅介质层（4）上转移有二硫化钼层（5），所述二硫化钼层（5）填充氧化硅介质层（4）方孔，与所述铟镓砷吸收层（3）形成肖特基接触；在所述二硫化钼层（5）与氧化硅介质层（4）接触区域上方生长有上金属电极（6），在所述InP接触层（2）一侧上生长有下金属电极（7）。

【技术特征摘要】
1.一种二硫化钼基可见至近红外InGaAs探测器，其特征在于，采用磷化铟作为衬底材料（1），在衬底上依次生长有InP接触层（2）、铟镓砷吸收层（3）、氧化硅介质层（4）；所述氧化硅介质层（4）中央开有方孔，在氧化硅介质层（4）上转移有二硫化钼层（5），所述二硫化钼层（5）填充氧化硅介质层（4）方孔，与所述铟镓砷吸收层（3）形成肖特基接触；在所述二硫化钼层（5）与氧化硅介质层（4）接触区域上方生长有上金属电极（6），在所述InP接触层（2）一侧上生长有下金属电极（7）。2.如权利要求1所述的二硫化钼基可见至近红外InGaAs探测器，其特征在于，所述的磷化铟衬底（1）厚度为330μm～370μm。3.如权利要求1所述的二硫化钼基可见至近红外InGaAs探测器，其特征在于，所述的磷化铟（InP）接触层（2）厚度为400～800nm。4.如权利要求1所述的二硫化钼基可见至近红外InGaAs探测器，其特征在于，所述的铟镓砷（InGaAs）吸收层（3）厚度为1.5～5μm。5.如权利要求1所述的二硫化钼基可见至近红外InGaAs探测器，其特征在于，所述的SiO2介质层（4）的厚度为90nm～300nm。6.如权利要求1所述的二硫化钼基可见至近红外InGaAs探测器，其特征在于，所述的二硫化钼层（5）层数为：1～5层，方孔内的二硫化钼层（5）与InGaAs吸收层（3）形成良好的异质结接触。7.如权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：丛春晓，曹高奇，仇志军，单亚兵，汤乃云，王倩倩，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：上海,31