[发明专利]紫外-红外双波段集成p-i-n型光电探测器

说明书

本发明提供了一种紫外‑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。

技术领域

本发明属于半导体光电子器件技术领域，尤其涉及一种紫外-红外双波段集成p-i-n型光电探测器。

背景技术

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。

发明内容

本发明旨在克服当前紫外-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，本发明提供了一种紫外-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。