[发明专利]一种多光吸收层结构的宽光谱光电探测器及其制备方法

说明书

一种多光吸收层结构的宽光谱光电探测器及其制备方法，属于半导体光电探测技术领域。由硅衬底层1、氧化锌层2(厚度50～200nm)、具有叉指结构的掩埋式电极层3(叉指间距和叉指宽度均为3～20μm，对数为20～40对，厚度50～100nm，电极材料为金、铂或钛)和氧化镓覆盖层4(厚度50～150nm)组成，掩埋式电极层3的叉指结构掩埋于氧化镓覆盖层4中，掩埋式电极层3连接叉指结构的两侧电极未被氧化镓覆盖层4全部覆盖，裸露部分用于施加偏压。本发明利用不同禁带宽度的半导体材料作为光吸收层，在电场的作用下，叉指电极可以分离收集到不同光吸收层的光生电子‑空穴对而形成光电流，达到宽光谱探测的作用。

技术领域

本发明属于半导体光电探测技术领域，具体涉及一种多光吸收层结构的宽光谱光电探测器及其制备方法。

背景技术

随着光电探测技术的成熟，光电探测技术在光通信、光谱检测、光成像等领域有着广泛的应用。由于光电探测技术的成熟，对于光电探测器的响应光谱宽度有了新的要求，宽光谱探测器引起了人们的关注。宽光谱探测器具有适用范围广、集成度高、适用于多种应用环境的特点，可适用于热反射成像、光谱检测、多波段通信等应用场景。现有宽光谱探测器中，对紫外光区进行扩宽的种类并不多。氧化锌作为氧化物半导体，禁带宽度3.4eV，为立方纤锌矿结构，对近紫外光区具有良好的吸收，是十分常见的紫外探测器选择的材料。氧化镓禁带宽度约为4.9eV，对深紫外光区具有良好的吸收能力，是深紫外光电探测器的优选材料之一。利用氧化锌和氧化镓可以有效扩宽硅光电探测器的响应光谱。目前大部分宽光谱探测器响应光谱集中在可见-红外光区，本发明利用不同的光吸收层，考虑不同材料的光吸收特性，提出了多光吸收层结构的宽光谱探测器及其制备方法，拓宽了传统硅光电探测器的响应光谱。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多光吸收层的宽光谱光电探测器及其制备方法。

传统的宽光谱光电探测器具有以下不足之处：(1)光谱响应范围较窄，大部分只覆盖了可见-红外光区；(2)光吸收材料不易制备；(3)器件不适合与硅芯片进行集成；(4)器件稳定性较差。为了克服这些问题，本发明提出了一种多光吸收层结构的宽光谱光电探测器。

本发明所述的一种多光吸收层的宽光谱探测器，如图1所示，自下而上由硅衬底层1、氧化锌层2(厚度50～200nm)、具有叉指结构的掩埋式电极层3(叉指间距和叉指宽度均为3～20μm，对数为20～40对，厚度为50～100nm)和氧化镓覆盖层4(厚度为50～150nm)组成，掩埋式电极层3的叉指结构掩埋于氧化镓覆盖层4中，掩埋式电极层3连接叉指结构的两侧电极未被氧化镓覆盖层4全部覆盖，裸露部分用于施加偏压。

本发明所述的一种多光吸收层的宽光谱探测器的制备方法，如图2所示，其步骤如下：

(a)利用丙酮、乙醇、去离子水依次对硅衬底层1进行超声清洗，然后用氮气枪吹干；

(b)利用离子束溅射法(IBS)、金属有机物化学气相沉积法(MOCVD)、溶胶凝胶法(Sol-Gel)、磁控溅射法(MS)或低压化学气相沉积法(LPCVD)等方法在步骤(a)得到的硅衬底层1表面生长50～200nm厚的氧化锌层2；

(c)在步骤(b)得到的氧化锌层2表面均匀旋涂一层光刻胶层；

(d)通过前烘、曝光、显影、后烘，在氧化锌层2的表面形成与拟制备的掩埋式电极层3结构互补的图案化光刻胶层；

(e)利用步骤(d)得到的图案化光刻胶层作掩膜，利用蒸镀或磁控溅射的方法在图案化光刻胶层和氧化锌层2上沉积金属层(可以为金、铂或钛等金属)；

(f)将步骤(e)得到的器件放入剥离液中超声清洗，去除图案化光刻胶层及其上面的金属层，在氧化锌层2表面得到具有叉指结构的掩埋式电极层3；