本發(fā)明涉及光電探測,特別是涉及一種日盲紫外光電探測器以及日盲紫外光電探測器的制備方法。
背景技術(shù):
1、太陽光入射到地球表面,需要穿透大氣層。大氣層中的臭氧層對波長介于200nm到280nm波段的太陽光具有強烈的吸收效果,從而使該波段的太陽光幾乎無法到達地球表面附近,該波段被稱為“日盲紫外”波段。與可見光和紅外光光電探測器相比,工作于該“日盲紫外”波段光電探測器受太陽背景輻射的干擾很小,可實現(xiàn)對地球表面非自然因素紫外輻射實現(xiàn)高效、精準的探測與成像;日盲紫外光電探測器在軍事和民用領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景和巨大的市場需求。
2、日盲紫外波段的光子能量遠大于可見和紅外波段的光子的能量,這意味著在相同的輻射功率下,日盲紫外光子的數(shù)量遠少于可見光和紅外光光子的數(shù)量,且日盲紫外光子與大氣中的分子和懸浮粒子相互作用而產(chǎn)生散射和吸收使得日盲紫外光信號迅速衰減。這些因素導(dǎo)致從被探測源發(fā)出的日盲紫外光能被有效探測的光信號極其微弱,對日盲紫外探測器的靈敏度提出了嚴峻的挑戰(zhàn),只有高增益、低噪聲的探測器才能滿足這種極微弱的日盲紫外光信號的檢測要求。
3、傳統(tǒng)使用的高增益日盲紫外光電探測器主要是基于光電陰極的光電倍增管(pmt),其需要依賴高截止比的日盲紫外帶通濾波器,探測能力嚴重受制于濾波器的透光率,而目前國際上性能最佳的日盲紫外濾波器的透光率低于20%。具有直接帶隙的algan三元合金半導(dǎo)體材料在室溫下帶隙覆蓋3.4ev到6.2ev,對應(yīng)的光譜范圍涵蓋200-365?nm,是發(fā)展日盲紫外光電探測器的理想材料?,F(xiàn)有的基于algan基半導(dǎo)體材料制備的日盲紫外光電探測器主要是pin結(jié)構(gòu)的無增益型光電探測器,無法滿足微弱信號探測需求。而增益型的algan日盲紫外光電探測器主要是基于分離-吸收-倍增結(jié)構(gòu)的雪崩光電二極管,又存在材料結(jié)構(gòu)復(fù)雜,材料缺陷密度高,信噪比高等缺陷。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的是提供一種日盲紫外光電探測器及其制備方法,能夠在保證日盲紫外光電探測器高增益高靈敏的探測性能的基礎(chǔ)上,降低探測器材料結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度,進而降低探測器的制備難度。
2、為解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明提供一種日盲紫外光電探測器,包括:依次堆疊設(shè)置的襯底、aln層、第一非故意摻雜algan層、si-δ摻雜n型algan層、第二非故意摻雜algan層和金屬叉指電極對;
3、其中,所述第一非故意摻雜algan層、所述si-δ摻雜n型algan層和所述第二非故意摻雜algan層中的al組分逐層遞減。
4、在本技術(shù)的一種可選地實施例中,所述aln層包括圖形化aln層以及在所述圖像化aln層上二次生長形成的外延aln層;
5、所述圖形化aln層包括平鋪設(shè)置的多個正六邊形aln層,所述正六邊形aln層的直徑為3μm~5μm,相鄰兩個所述正六邊形aln層的兩個相鄰邊長之間相互平行且間距為1μm~3μm。
6、在本技術(shù)的一種可選地實施例中,所述金屬叉指電極為依次沉積ti金屬層、al金屬層、ti金屬層以及au金屬層形成的復(fù)合金屬層;
7、所述金屬叉指電極的叉指間距為100μm~500μm,叉指長度為500μm~5mm。
8、在本技術(shù)的一種可選地實施例中,所述的si-δ摻雜n型algan層包括si均勻摻雜的n型algan層和si-δ層周期性交替排布的多層結(jié)構(gòu)層,周期數(shù)為15~30。
9、在本技術(shù)的一種可選地實施例中,單層所述si均勻摻雜的n型algan層和單層所述si-δ層的總厚度為8nm~10nm;
10、所述第一非故意摻雜algan層的厚度為300nm~500nm;
11、所述第二非故意摻雜algan層的厚度為50nm~80nm。
12、在本技術(shù)的一種可選地實施例中,所述第一非故意摻雜algan層為alxga1-xn層,其中0.75≥x≥0.65;
13、所述si均勻摻雜的n型algan層為載流子濃度大于等于3×1018/cm3的si-δ摻雜n型alyga1-yn層,其中0.65>y>0.58;
14、所述第二非故意摻雜algan層為alzga1-zn層,其中0.58≥z≥0.5。
15、一種日盲紫外光電探測器的制備方法,用于制備如上任一項所述的日盲紫外光電探測器,所述制備方法包括:
16、在襯底上外延生長aln層;
17、在所述aln層上沉積形成第一非故意摻雜algan層;
18、在所述第一非故意摻雜algan層上生長形成si-δ摻雜n型algan層;
19、在所述si-δ摻雜n型algan層上沉積形成第二非故意摻雜algan層;其中,所述第一非故意摻雜algan層、所述si-δ摻雜n型algan層和所述第二非故意摻雜algan層中的al組分逐層遞減;
20、在所述第二非故意摻雜algan層上制備形成金屬叉指電極對。
21、在本技術(shù)的一種可選地實施例中,在所述第一非故意摻雜algan層上生長形成si-δ摻雜n型algan層,包括:
22、采用al源和ga源周期性中斷,摻雜劑硅烷持續(xù)供給的生長方式,形成si均勻摻雜的n型algan層和si-δ層周期性交替結(jié)構(gòu)。
23、在本技術(shù)的一種可選地實施例中,在襯底上外延生長aln層,包括:
24、在所述襯底上外延生長形成厚度為100nm~300nm的aln薄層;
25、對所述aln薄層進行圖案化處理,形成圖形化aln層;其中所述圖形化aln層包括平鋪設(shè)置的多個正六邊形aln層,所述正六邊形aln層的直徑為3μm~5μm,相鄰兩個所述正六邊形aln層的兩個相鄰邊長之間相互平行且間距為1μm~3μm;
26、在所述圖形化aln層上沉積形成二次外延的外延aln層。
27、在本技術(shù)的一種可選地實施例中,在所述第二非故意摻雜algan層上制備形成金屬叉指電極對,包括:
28、在所述第二非故意摻雜algan層上制備具有設(shè)定金屬叉指圖形的光刻膠層;
29、依次沉積ti金屬層、al金屬層、ti金屬層、au金屬層,形成復(fù)合金屬層;
30、將所述第二非故意摻雜algan層上,所述光刻膠層覆蓋的區(qū)域的復(fù)合金屬層刻蝕去除,形成所述金屬叉指電極對,其中,所述金屬叉指電極的叉指間距為100μm~500μm,叉指長度為500μm~5mm。
31、本發(fā)明所提供的一種日盲紫外光電探測器及其制備方法,該日盲紫外光電探測器包括:依次堆疊設(shè)置的襯底、aln層、第一非故意摻雜algan層、si-δ摻雜n型algan層、第二非故意摻雜algan層和金屬叉指電極對;其中,第一非故意摻雜algan層、si-δ摻雜n型algan層和第二非故意摻雜algan層中的al組分逐層遞減。
32、本技術(shù)的日盲紫外光電探測器中的感光層為第一非故意摻雜algan層、si-δ摻雜n型algan層和第二非故意摻雜algan層三種結(jié)構(gòu)層組成,三種結(jié)構(gòu)層本質(zhì)上屬于同一類型的材料結(jié)構(gòu),制備簡單,也更容易制備形成高質(zhì)量的材料結(jié)構(gòu);且以si-δ摻雜n型algan層作為光電導(dǎo)層,可以在光照下實現(xiàn)光電導(dǎo)增益,同時n型摻雜的algan層的摻雜難度低,并且整個光電探測器也只需采用金屬-半導(dǎo)體-金屬(msm)電極結(jié)構(gòu),使得光電探測器的制備難度低;在此基礎(chǔ)上,第一非故意摻雜algan層、si-δ摻雜n型algan層和第二非故意摻雜algan層三種結(jié)構(gòu)層中的al組分依次遞減,也即使得三層結(jié)構(gòu)層之間的晶格常數(shù)依次遞增,從而在三種結(jié)構(gòu)層之間的異質(zhì)界面形成具有特定極化方向的應(yīng)變極化場,從而在該感光層接收日盲紫外光照時該應(yīng)變極化場可以促進光生電子-空穴對分離,進而有助于提高光電探測器的光電流輸出,從而提高整個探測器的探測能力,實現(xiàn)光電探測器的高增益和高靈敏度。