[发明专利]一种全光固态超快光探测器的制备方法

说明书

本发明属于超快诊断技术和半导体技术领域，具体涉及一种全光固态超快光探测器的制备方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：1)在GaAs衬底上生长腐蚀停层，然后在腐蚀停层上低温生长2‑5um的低温GaAs作为功能材料层，所述GaAs衬底、腐蚀停层和功能材料层共同组成外延片；2)在外延片的功能材料层上蒸镀多层介质膜作为上DBR；3)在石英基片上旋涂紫外固化胶，然后将镀完上DBR的外延片倒扣在带胶的石英基片上；4)将GaAs衬底逐渐减薄，直至使GaAs衬底消失并露出腐蚀停层；5)在露出的腐蚀停层上镀多层介质膜作为下DBR。主要解决了全光固态超快光探测器制作难度高的问题。

技术领域

本发明属于超快诊断技术和半导体技术领域，具体涉及一种全光固态超快光探测器的制备方法。

背景技术：

由于聚变能量的洁净、高效和可持续性，推动越来越多的国家和科研单位投入可控核聚变的研究中，利用核聚变产生能量的研究主要集中在惯性约束聚变和磁约束聚变上。在对聚变反应过程的监控和诊断的需求推动下，分幅相机经过几十年的发展逐渐成熟，并推广到了其他物理、化学等超快反应过程的诊断中，为基础科学的研究和应用做出突出贡献。

传统分幅相机包括：成像针孔阵列、带有微带的微通道板像增强器、皮秒高压选通脉冲和图像记录。主要通过高压皮秒脉冲在微带上的传输，对不同位置的光斑进行选通倍增。随着诊断技术的深入发展，分幅相机性能指标已经达到时间分辨率为60ps，空间分辨率为20lp/mm，同时受成像原理的限制，将时间、空间分辨率继续提升的难度较大，随着性能指标的继续提升对材料成本和技术要求会成倍增加，这就迫使研发新一代的分幅相机。

随着半导体制造工艺水平的逐渐提高，全固态超快图像传感器得到了很大的发展，这也为半导体材料在超快光电信息测量领域的应用提供了可能。半导体材料中存在电子和空穴两种载流子，电子和空穴在材料中不断产生和复合，并在很短时间内达到动态平衡。将电子-空穴对的复合时间称为载流子寿命，一般半导体材料载流子寿命在微秒量级。但是，经过低温生长、高掺杂生长获得的外延，由于复合中心密度大，其载流子寿命可以达到皮秒甚至亚皮秒。

在超快诊断领域，半导体材料载流子的这种超快变化过程同样可以被很好地利用。到目前为止，关于硅、GaAs或者其他半导体材料的大量的研究工作表明，入射射线本身的强度与其对材料产生的影响之间存在一些线性和非线性的关系，但两者之间依然是一一对应的。目前，全光固态分幅相机主要集中在GaAs材料方面。由于入射射线的单光子能量较大，当入射射线照射在半导体材料GaAs表面时，将会在材料表面局部地区激发产生大量的自由电子和空穴。这些自由电子和空穴能够影响对应的材料很小空间范围内的光学参数，这些参数可以用另一束对材料影响较小的光探测到。

全光固态分幅相机通过测量携带载流子浓度信息的探针光的光强来获取泵浦光的信息，一般通过测量探针光透射或者反射光的光强的方法。该技术有望达到皮秒/亚皮秒的时间分辨率，且探测灵敏度提升至单光子，有望解决未来激光等离子诊断中的瓶颈问题。

相比于传统的电真空成像分幅相机，全光固态分幅相机具有飞秒时间响应、皮秒时间分辨、紧促灵活等优点，并可推广至中子、伽马射线等强场粒子的超高时间分辨探测。由此组成的超高速成像系统，对超快现象和超短过程的测量及认知具有重要意义，在深空探测、核物理、高能密度物理等诸多学科领域有广泛应用前景。

不足之处在于该方法对全光固态分幅相机的核心器件全光固态超快光探测器的制作难度较高，不仅仅需要具有低温生长功能材料层的能力，同时需要具备在功能材料层上下“在位”生长AlGaAs DBR的能力。

发明内容

为了降低全光固态超快光探测器的制作难度，本发明提供一种全光固态超快光探测器的制备方法。该制备方法在简单的外延结构基础上，通过改变后续工艺可以较容易达到反射式和透射式两种全光固态超快光探测器的制备。

本发明的技术解决方案是：一种全光固态超快光探测器的制备方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：