一种三色探测器及其制作方法

技术领域

本发明涉及光电探测器领域，特别涉及一种三色探测器及其制作方法。

背景技术

光电探测器的原理是由辐射引起被照射材料电导率发生改变。光电探测器在军事和国民经济的各个领域有广泛用途。其中，以红外探测器最为典型，被广泛应用于天气、气象预测，卫星对地资源勘探以及监测，地物景观、农作物的光谱分析，现有红外探测器只对红外波段的光波有效，只能获得目标的单色“黑白”照片，所获得目标的信息十分有限，不能准确反映所探测目标的准确信息。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种三色探测器及其制作方法，可实现多个波段的宽光谱探测。

根据本发明第一方面实施例的一种三色探测器，包括依次层叠设置的：GaN衬底；AlGaN子探测器，所述AlGaN子探测器与所述GaN衬底之间设置有第一缓冲层；InGaAs子探测器，与所述AlGaN子探测器之间通过键合层连接；InGaNAs子探测器，与所述InGaAs子探测器之间设置有隧穿结，所述InGaNAs子探测器上设置有第二缓冲层。

根据本发明第一方面实施例的三色探测器，至少具有如下有益效果：通过在深度方向上垂直集成紫外/可见光/红外多个波段的探测结构，分别利用GaN材料响应<365nm紫外波段信息，利用InGaAs材料响应365~1700nm波段信息，利用InGaNAs材料响应1700~3000nm中红外波段的信息，实现紫外/可见光/红外波段的同时探测，获得目标的“彩色”图像，更丰富、更精确、更可靠地得到目标的信息。

根据本发明第一方面的一些实施例，所述InGaAs子探测器采用In

根据本发明第一方面的一些实施例，所述AlGaN子探测器、InGaAs子探测器、InGaNAs子探测器皆包括n型掺杂层、i型吸收层、p型掺杂层。

根据本发明第一方面的一些实施例，所述键合层由设置在AlGaN子探测器上表面的第一键合层与设置在InGaAs子探测器下表面的第二键合层键合而成。

根据本发明第二方面实施例的一种三色探测器制作方法，包括以下步骤：S100、在所述GaN衬底上依次正装生长的第一缓冲层、AlGaN子探测器、第一键合层；S200、在InP衬底依次倒装生长的第二缓冲层、InGaNAs 子探测器、隧穿结、InGaAs子探测器、第二键合层；S300、将所述第一键合层与第二键合层键合；S400、移除所述InP衬底。

根据本发明第二方面实施例的三色探测器制作方法，至少具有如下有益效果：通过在深度方向上垂直集成紫外/可见光/红外多个波段的探测结构，分别利用GaN材料响应<365nm紫外波段信息，利用InGaAs材料响应365~1700nm波段信息，利用InGaNAs材料响应1700~3000nm中红外波段的信息，实现紫外/可见光/红外波段的同时探测，获得目标的“彩色”图像，更丰富、更精确、更可靠地得到目标的信息。

根据本发明第二方面的一些实施例，所述InGaAs子探测器采用In

根据本发明第二方面的一些实施例，所述AlGaN子探测器、InGaAs子探测器、InGaNAs子探测器皆包括n型掺杂层、i型吸收层、p型掺杂层。

根据本发明第二方面的一些实施例，所述第一缓冲层、AlGaN子探测器、第一键合层、第二缓冲层、InGaNAs 子探测器、隧穿结、InGaAs子探测器、第二键合层的外延过程为晶格匹配生长。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明第一方面实施例的三色探测器结构示意图；

图2为Si探测器和不同组分的InGaAs探测器在不同波段的量子效率示意图；

图3为第二方面实施例的三色探测器制作方法流程图；

图4为第二方面实施例的正装生长结构视图；

图5为第二方面实施例的倒装生长结构视图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

参考图1所示，为本技术方案第一方面实施例的一种三色探测器，包括依次层叠设置的：GaN衬底；AlGaN子探测器，所述AlGaN子探测器与所述GaN衬底之间设置有第一缓冲层，第一缓冲层可以采用AlN或GaN材料；InGaAs子探测器，与所述AlGaN子探测器之间通过键合层连接；InGaNAs子探测器，与所述InGaAs子探测器之间设置有隧穿结，所述InGaNAs子探测器上设置有第二缓冲层，第二缓冲层可以采用InP材料。

本方案通过在深度方向上垂直集成紫外/可见光/红外多个波段的探测结构，分别利用GaN材料响应<365nm紫外波段信息，利用InGaAs材料响应365~1700nm波段信息，利用InGaNAs材料响应1700~3000nm中红外波段的信息，实现紫外/可见光/红外波段的同时探测，获得目标的“彩色”图像，更丰富、更精确、更可靠地得到目标的信息。

在本发明第一方面的一些实施例中，所述InGaAs子探测器采用In0.53Ga0.47As材料，如图2所示，In0.53Ga0.47As材料的量子效率大于80%，明显高于同波段Si探测器的量子效率，相应的In0.82Ga0.18As和In0.74Ga0.26As在各自的响应波长范围内的量子效率也只有70%，主要因为随着In组分的提高InGaAs材料与InP材料的失配增大，会在InGaAs材料的禁带中引入缺陷能级，从而导致量子效率会减小。

在本发明第一方面的一些实施例中，所述AlGaN子探测器、InGaAs子探测器、InGaNAs子探测器皆包括n型掺杂层、i型吸收层、p型掺杂层。

在本发明第一方面的一些实施例中，所述键合层由设置在AlGaN子探测器上表面的第一键合层与设置在InGaAs子探测器下表面的第二键合层键合而成。

如图3所示，为本发明第二方面实施例的一种三色探测器制作方法，包括以下步骤：

S100、在所述GaN衬底上依次正装生长的第一缓冲层、AlGaN子探测器、第一键合层，如图4；其中，第一缓冲层可以采用AlN或GaN材料；

S200、在InP衬底依次倒装生长的第二缓冲层、InGaNAs 子探测器、隧穿结、InGaAs子探测器、第二键合层，如图5；其中，第二缓冲层可以采用InP材料；

S300、将所述第一键合层与第二键合层键合；

S400、移除所述InP衬底。

本方案通过在深度方向上垂直集成紫外/可见光/红外多个波段的探测结构，分别利用GaN材料响应<365nm紫外波段信息，利用InGaAs材料响应365~1700nm波段信息，利用InGaNAs材料响应1700~3000nm中红外波段的信息，实现紫外/可见光/红外波段的同时探测，获得目标的“彩色”图像，更丰富、更精确、更可靠地得到目标的信息。

在本发明第一方面的一些实施例中，所述InGaAs子探测器采用In0.53Ga0.47As材料，如图2所示，In0.53Ga0.47As材料的量子效率大于80%，明显高于同波段Si探测器的量子效率，相应的In0.82Ga0.18As和In0.74Ga0.26As在各自的响应波长范围内的量子效率也只有70%，主要因为随着In组分的提高InGaAs材料与InP材料的失配增大，会在InGaAs材料的禁带中引入缺陷能级，从而导致量子效率会减小。

其中，在本发明第二方面的一些实施例中，所述AlGaN子探测器、InGaAs子探测器、InGaNAs子探测器皆包括n型掺杂层、i型吸收层、p型掺杂层。

在本发明第二方面的一些实施例，所述第一缓冲层、AlGaN子探测器、第一键合层、第二缓冲层、InGaNAs 子探测器、隧穿结、InGaAs子探测器、第二键合层的外延过程为晶格匹配生长。通过引入晶格匹配的InGaNAs材料，可以通过调节InGaNAs材料中的In组分和N组分来根据实际需要调整器件的截止波长，避免了大失配结构引入的缺陷，提升探测器量子效率。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。