CN107731953A - 一种光电探测器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光电探测器及其制备方法，采用液相法生长的高质量单晶衬底为基础，制作的光电探测器结构简单，无需进行复杂的气相外延即可实现光电探测器的制备，工艺简单，有利于大幅度降低生产成本；设置于衬底层与Al金属反射层之间的Ag或者Pt纳米粒子层，对光具有很高的反射率，能够改变光的传播路径，大幅度提高探测器对光的二次吸收；设置于电极与衬底层之间的Pt纳米粒子层能够改善探测器与电极的接触特性，提高探测器响应灵敏度等电学特性。
Description
技术领域
本发明涉及光电探测器领域，提供一种光电探测器及其制备方法。
背景技术
光电探测器是将光能转化为电能以便于放大检测的器件，在军事和国民经济的各个领域有广泛用途。目前，光电探测器一般采用气相外延法制备，工艺复杂，器件的质量，尤其是晶体质量较差(X射线摇摆曲线半高宽通常大于200arcsec)，导致器件性能不理想。
以液相法生长高质量InGaAs(InAlAs、InGaAsP等)单晶衬底为基础(X射线摇摆曲线半高宽为30-50arcsec)，制作光电探测器，工艺简单，无需复杂的大型设备进行复杂的气相外延，有望在中低端光电探测器市场发挥重要作用。另外，在器件中添加金属纳米粒子，可以有效改善器件的电学性能。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种光电探测器及其制备方法，制作的光电探测器结构和工艺简单，性能优异。
本发明解决其问题所采用的技术方案是：
一种光电探测器，包括衬底层、设置于衬底层正面的电极、设置于电极与衬底层之间的Pt纳米粒子层、设置于衬底层背面的Al金属反射层，和设置于衬底层与Al金属反射层之间的Ag或者Pt纳米粒子层。该光电探测器结构简单，无需进行复杂的气相外延，设置于衬底层与Al金属反射层之间的Ag或者Pt纳米粒子层，对光具有很高的反射率，能够改变光的传播路径，大幅度提高探测器对光的二次吸收；设置于电极与衬底层之间的Pt纳米粒子层能够改善探测器与电极的接触特性，提高探测器响应灵敏度等电学特性。
进一步，所述电极为Au电极，其厚度为100-300nm。
进一步，所述衬底层的材料为以液相法生长的InGaAs、InAlAs或者InGaAsP单晶棒，衬底层的厚度为550-600um，衬底层的X射线摇摆曲线半高宽为30-50arcsec，衬底层的表面均方根粗糙度小于1nm；所述单晶棒的直径为2-6英寸，其纯度为99.995％以上。采用液相法生长的高质量单晶衬底为基础，制作的光电探测器结构简单，无需进行复杂的气相外延即可实现光电探测器的制备，工艺简单，有利于大幅度降低生产成本。
进一步，所述Ag或者Pt纳米粒子层包括一层直径为2-150nm的Ag或者Pt纳米点。
进一步，所述Al金属反射层厚度为750-1500nm。
一种光电探测器的制备方法，包括以下步骤：
A、以液相法生长直径为2-6英寸、纯度为99.995％以上、X射线摇摆曲线半高宽为30-50arcsec的单晶棒；
B、使用线性切割机将单晶棒切割成衬底层，并使用金刚石化学抛光液进行抛光，使衬底层表面均方根粗糙度小于1nm；
C、室温下，在衬底层背面使用电子束蒸发一层Ag或者Pt膜，然后快速转移至退火炉，在700-1200℃下退火30-120s，形成Ag或者Pt纳米粒子层；
D、接着在Ag或者Pt纳米粒子层上蒸镀Al金属反射层；
E、制备露出电极图案的掩膜板，掩盖在衬底层正面上，蒸镀一层10-50nm的Pt膜，在700-950℃下快速退火形成Pt纳米粒子层；
F、接着在Pt纳米粒子层上蒸镀Au电极；
G、按照标准的探测器制备工艺进行裂片、刷选和封装。
本方法采用液相法生长的高质量单晶衬底为基础，制作的光电探测器结构简单，无需进行复杂的气相外延即可实现光电探测器的制备，工艺简单，有利于大幅度降低生产成本；设置于衬底层与Al金属反射层之间的Ag或者Pt纳米粒子层，对光具有很高的反射率，能够改变光的传播路径，大幅度提高探测器对光的二次吸收；设置于电极与衬底层之间的Pt纳米粒子层能够改善探测器与电极的接触特性，提高探测器响应灵敏度等电学特性。
进一步，步骤A所述单晶棒为InGaAs、InAlAs或者InGaAsP单晶棒，步骤B所述衬底层厚度为550-600um。
进一步，步骤C所述Ag或者Pt膜厚度为10-30nm，所述Ag或者Pt纳米粒子层包括一层直径为2-150nm的Ag或者Pt纳米点。
进一步，步骤D所述的Al金属反射层厚度为750-1500nm。
进一步，步骤F所述的Au电极厚度为100-300nm。
本发明的有益效果是：本发明采用的一种光电探测器及其制备方法，采用液相法生长的高质量单晶衬底为基础，制作的光电探测器结构简单，无需进行复杂的气相外延即可实现光电探测器的制备，工艺简单，有利于大幅度降低生产成本；设置于衬底层与Al金属反射层之间的Ag或者Pt纳米粒子层，对光具有很高的反射率，能够改变光的传播路径，大幅度提高探测器对光的二次吸收；设置于电极与衬底层之间的Pt纳米粒子层能够改善探测器与电极的接触特性，提高探测器响应灵敏度等电学特性。
附图说明
下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。
图1是本发明一种光电探测器的结构示意图；
图2是本发明一种光电探测器制备方法的流程图。
具体实施方式
参照图1，本发明的一种光电探测器，包括衬底层13、设置于衬底层13正面的电极15、设置于电极15与衬底层13之间的Pt纳米粒子层14、设置于衬底层13背面的Al金属反射层11，和设置于衬底层13与Al金属反射层11之间的Ag或者Pt纳米粒子层12。该光电探测器结构简单，无需进行复杂的气相外延，设置于衬底层13与Al金属反射层11之间的Ag或者Pt纳米粒子层12，对光具有很高的反射率，能够改变光的传播路径，大幅度提高探测器对光的二次吸收；设置于电极15与衬底层13之间的Pt纳米粒子层14能够改善探测器与电极的接触特性，提高探测器响应灵敏度等电学特性。
进一步，所述电极15为Au电极15，其厚度为100-300nm。
进一步，所述衬底层13的材料为以液相法生长的InGaAs、InAlAs或者InGaAsP单晶棒，衬底层13的厚度为550-600um，衬底层13的X射线摇摆曲线半高宽为30-50arcsec，衬底层13的表面均方根粗糙度小于1nm；所述单晶棒的直径为2-6英寸，其纯度为99.995％以上。采用液相法生长的高质量单晶衬底为基础，制作的光电探测器结构简单，无需进行复杂的气相外延即可实现光电探测器的制备，工艺简单，有利于大幅度降低生产成本。
进一步，所述Ag或者Pt纳米粒子层12包括一层直径为2-150nm的Ag或者Pt纳米点。
进一步，所述Al金属反射层11厚度为750-1500nm。
参照图2，本发明的一种光电探测器的制备方法，包括以下步骤：
A、以液相法生长直径为2-6英寸、纯度为99.995％以上、X射线摇摆曲线半高宽为30-50arcsec的单晶棒；
B、使用线性切割机将单晶棒切割成衬底层13，并使用金刚石化学抛光液进行抛光，使衬底层13表面均方根粗糙度小于1nm；
C、室温下，在衬底层13背面使用电子束蒸发一层Ag或者Pt膜，然后快速转移至退火炉，在700-1200℃下退火30-120s，形成Ag或者Pt纳米粒子层12；
D、接着在Ag或者Pt纳米粒子层12上蒸镀Al金属反射层11；
E、制备露出电极15图案的掩膜板，掩盖在衬底层13正面上，蒸镀一层10-50nm的Pt膜，在700-950℃下快速退火形成Pt纳米粒子层14；
F、接着在Pt纳米粒子层14上蒸镀Au电极15；
G、按照标准的探测器制备工艺进行裂片、刷选和封装。
本方法采用液相法生长的高质量单晶衬底为基础，制作的光电探测器结构简单，无需进行复杂的气相外延即可实现光电探测器的制备，工艺简单，有利于大幅度降低生产成本；设置于衬底层13与Al金属反射层11之间的Ag或者Pt纳米粒子层12，对光具有很高的反射率，能够改变光的传播路径，大幅度提高探测器对光的二次吸收；设置于电极15与衬底层13之间的Pt纳米粒子层14能够改善探测器与电极的接触特性，提高探测器响应灵敏度等电学特性。
进一步，步骤A所述单晶棒为InGaAs、InAlAs或者InGaAsP单晶棒，步骤B所述衬底层13厚度为550-600um。
进一步，步骤C所述Ag或者Pt膜厚度为10-30nm，所述Ag或者Pt纳米粒子层12包括一层直径为2-150nm的Ag或者Pt纳米点。
进一步，步骤D所述的Al金属反射层11厚度为750-1500nm。
进一步，步骤F所述的Au电极15厚度为100-300nm。
下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
一种光电探测器的制备方法，包括以下步骤：
A、以液相法生长直径为2-6英寸、纯度为99.995％以上、X射线摇摆曲线半高宽为40arcsec的n型InGaAs、InAlAs或者InGaAsP单晶棒；
B、使用线性切割机将单晶棒切割成厚度为550um的衬底层13，并使用金刚石化学抛光液进行抛光，使衬底层13表面均方根粗糙度小于1nm；
C、室温下，在衬底层13背面使用电子束蒸发一层10nm厚的Ag膜，然后快速转移至退火炉，在800℃下退火30s，形成Ag纳米粒子层，其直径为2-4nm；
D、接着在Ag纳米粒子层上蒸镀厚度为750nm的Al金属反射层11；
E、制备露出电极15图案的掩膜板，掩盖在衬底层13正面上，蒸镀一层30nm的Pt膜，在750℃下快速退火形成Pt纳米粒子层14；
F、接着在Pt纳米粒子层14上蒸镀厚度为200nm的Au电极15；
G、按照标准的探测器制备工艺进行裂片、刷选和封装。
实施例2
一种光电探测器的制备方法，包括以下步骤：
A、以液相法生长直径为2-6英寸、纯度为99.995％以上、X射线摇摆曲线半高宽为40arcsec的n型或者p型InGaAs、InAlAs或者InGaAsP单晶棒；
B、使用线性切割机将单晶棒切割成厚度为550um的衬底层13，并使用金刚石化学抛光液进行抛光，使衬底层13表面均方根粗糙度小于1nm；
C、使用表面扩散炉在衬底层13背面掺杂，掺杂深度为距离表面1-5um，掺杂浓度为1-9×1020cm-3的Mg，并通过750-1050℃下快速退火30-120min，空穴浓度为1-9×1018cm-3，形成p-n结，做成结构最简单的光电倍增二极管；
D、室温下，在衬底层13背面使用电子束蒸发一层10nm厚的Ag膜，然后快速转移至退火炉，在800℃下退火30s，形成Ag纳米粒子层，其直径为2-4nm；
E、接着在Ag纳米粒子层上蒸镀厚度为750nm的Al金属反射层11；
F、制备露出电极15图案的掩膜板，掩盖在衬底层13正面上，蒸镀一层30nm的Pt膜，在750℃下快速退火形成Pt纳米粒子层14；
G、接着在Pt纳米粒子层14上蒸镀厚度为200nm的Au电极15；
H、按照标准的探测器制备工艺进行裂片、刷选和封装。
以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种光电探测器，其特征在于：包括衬底层(13)、设置于衬底层(13)正面的电极(15)、设置于电极(15)与衬底层(13)之间的Pt纳米粒子层(14)、设置于衬底层(13)背面的Al金属反射层(11)，和设置于衬底层(13)与Al金属反射层(11)之间的Ag或者Pt纳米粒子层(12)。
2.根据权利要求1所述的一种光电探测器，其特征在于，所述电极(15)为Au电极(15)，其厚度为100-300nm。
3.根据权利要求1所述的一种光电探测器，其特征在于，所述衬底层(13)的材料为以液相法生长的InGaAs、InAlAs或者InGaAsP单晶棒，衬底层(13)的厚度为550-600um，衬底层(13)的X射线摇摆曲线半高宽为30-50arcsec，衬底层(13)的表面均方根粗糙度小于1nm；所述单晶棒的直径为2-6英寸，其纯度为99.995％以上。
4.根据权利要求1所述的一种光电探测器，其特征在于，所述Ag或者Pt纳米粒子层(12)包括一层直径为2-150nm的Ag或者Pt纳米点。
5.根据权利要求1所述的一种光电探测器，其特征在于，所述Al金属反射层(11)厚度为750-1500nm。
6.一种光电探测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、以液相法生长直径为2-6英寸、纯度为99.995％以上、X射线摇摆曲线半高宽为30-50arcsec的单晶棒；
B、使用线性切割机将单晶棒切割成衬底层(13)，并使用金刚石化学抛光液进行抛光，使衬底层(13)表面均方根粗糙度小于1nm；
C、室温下，在衬底层(13)背面使用电子束蒸发一层Ag或者Pt膜，然后快速转移至退火炉，在700-1200℃下退火30-120s，形成Ag或者Pt纳米粒子层(12)；
D、接着在Ag或者Pt纳米粒子层(12)上蒸镀Al金属反射层(11)；
E、制备露出电极(15)图案的掩膜板，掩盖在衬底层(13)正面上，蒸镀一层Pt膜，在700-950℃下快速退火形成Pt纳米粒子层(14)；
F、接着在Pt纳米粒子层(14)上蒸镀Au电极(15)；
G、按照标准的探测器制备工艺进行裂片、刷选和封装。
7.根据权利要求6所述的一种光电探测器的制备方法，其特征在于，步骤A所述单晶棒为InGaAs、InAlAs或者InGaAsP单晶棒，步骤B所述衬底层(13)厚度为550-600um。
8.根据权利要求6所述的一种光电探测器的制备方法，其特征在于，步骤C所述Ag或者Pt膜厚度为10-30nm，所述Ag或者Pt纳米粒子层(12)包括一层直径为2-150nm的Ag或者Pt纳米点。
9.根据权利要求6所述的一种光电探测器的制备方法，其特征在于，步骤D所述的Al金属反射层(11)厚度为750-1500nm。
10.根据权利要求6所述的一种光电探测器的制备方法，其特征在于，步骤F所述的Au电极(15)厚度为100-300nm。
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