CN211700284U - 一种集成光伏电池结构的红外探测器 - Google Patents

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Abstract

一种集成光伏电池结构的红外探测器，包括衬底，所述衬底上由下至上依次设置有缓冲层，下电极接触层，探测器结构层，共电极接触层，光伏电池结构层，上电极接触层。本实用新型生产工艺简单，集成度高；由于集成的光伏电池结构本身所具有吸收特定波段光的能力，通过设计不同禁带宽度的光伏电池结构，吸收不同波段光波，起到了滤波器的作用，可以将红外探测器的干扰信号光充分吸收，降低其对红外探测的影响。同时，集成的光伏电池产生的光生电动势可以作为红外探测器工作时的反向偏置电压加载于红外探测器，提高了红外探测器的灵敏度并降低了其能耗。

Description

一种集成光伏电池结构的红外探测器
技术领域
本实用新型涉及半导体探测器领域，尤其是一种集成光伏电池结构的红外探测器。
背景技术
半导体红外探测器是红外技术的核心，它的发展水平直接制约着红外技术的应用。在军事方面，以行扫描仪为代表的红外热成像技术的实现，解决了军事侦察和空间遥感、跟踪、夜视等重大问题。在海湾战争中，红外波长的预警、制导和前视等装备和武器发挥了重要作用。在民用领域，红外探伤红外测温目前已广泛应用到生产控制当中；红外夜视、红外报警系统在交通运输和安全保卫方面发挥着举足轻重的作用。为了使红外辐射分解成单色辐射，就需要适用于红外的“棱镜”，为了改变投射到探测器上的辐射通量的值和光谱成分，通常需要采用所谓的滤光器，而目前大部分红外滤光器都是独立在红外探测器芯片之外的分立器件，工艺复杂，另外，半导体红外探测器在实际工作中，均需要外电路给予其一定的反向偏置电压。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种集成光伏电池结构的红外探测器。
本实用新型的技术方案在于：一种集成光伏电池结构的红外探测器，包括衬底，所述衬底上由下至上依次设置有缓冲层，下电极接触层，探测器结构层，共电极接触层，光伏电池结构层，上电极接触层。
进一步地，所述衬底的材质为GaAs或InP。
进一步地，所述缓冲层的材质与衬底相同，厚度为200nm-2000nm。
进一步地，所述下电极接触层为重掺杂层，掺杂浓度大于5×1018cm-3，其厚度为50nm-2000nm。
进一步地，所述探测器结构层由下至上依次是光吸收层、过渡层、电荷层、倍增层。所述光吸收层的厚度为500nm-3500nm，过渡层的厚度为0nm-300nm，电荷层的厚度为0nm-1000nm，倍增层的厚度为0-1500nm。
进一步地，所述共电极接触层包括设置于其顶部的光伏电池电极接触层与设置于其底部的探测器电极接触层，所述光伏电池电极接触层与探测器电极接触层的极性相反，所述光伏电池电极接触层与探测器电极接触层之间还设置有外延生长中的材料层与器件工艺中的键合层。
进一步地，所述光伏电池结构层包括一个或多个子光伏电池结构，子光伏电池结构包括发射层、基区吸收层、背场层、窗口层。
进一步地，所述上电极接触层为光伏电池的上电极接触层。
进一步地，所述子光伏电池结构中的基区吸收层的禁带宽度大于探测器结构层中的光吸收层的禁带宽度。
与现有技术相比较，本实用新型具有以下优点：本实用新型生产工艺简单，集成度高；由于集成的光伏电池结构本身所具有吸收特定波段光的能力，通过设计不同禁带宽度的光伏电池结构，吸收不同波段光波，起到了滤波器的作用，可以将红外探测器的干扰信号光充分吸收，降低其对红外探测的影响。同时，集成的光伏电池产生的光生电动势可以作为红外探测器工作时的反向偏置电压加载于红外探测器，提高了红外探测器的灵敏度并降低了其能耗。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图中：100-衬底，200-缓冲层，300-下电极接触层，400-探测器结构层，401-光吸收层，402-过渡层，403-电荷层，404-倍增层，500-共电极接触层，600-第一光伏电池结构层，601-第一发射层，602-第一基区吸收层，603-第一背场层，604-第一窗口层，700-隧道结,800-第二光伏电池结构层，801-第二发射层，802-第二基区吸收层，803-第二背场层，804-第二窗口层，900-上电极接触层。
具体实施方式
为让本实用新型的上述特征和优点能更浅显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下，但本实用新型并不限于此。
参考图1。
一种集成光伏电池结构的红外探测器，包括有n-InP 衬底100，所述衬底上由下至上依次设置有缓冲层200，下电极接触层300，探测器结构层400，共电极接触层500，光伏电池结构层，上电极接触层900。
在本实施例中，所述的缓冲层与衬底材质相同，为n-InP，厚度为200nm-2000nm,掺杂浓度大于1×1018 cm-3 ，所使用的n型掺杂剂为Si。
在本实施例中，所述的下电极接触层为重掺杂层，其材质为n-InP，掺杂浓度大于5×1018cm-3 ，所使用的n型掺杂剂为Si，厚度为50nm-2000nm。
在本实施例中，所述探测器结构层由下至上依次是In0.53Ga0.47As光吸收层401、InGaAsP过渡层402、InP电荷层403、InP倍增层404。所述In0.53Ga0.47As光吸收层的厚度为500nm-3500nm，为非掺杂层；所述InGaAsP过渡层的厚度为0nm-300nm，为非掺杂层；InP电荷层的厚度为0nm-1000nm，为n掺杂层，掺杂浓度5×1016cm-3 ，所使用的n型掺杂剂为Si；InP倍增层的厚度为0-1500nm，为非掺杂层。
在本实施例中，所述共电极接触层包括设置于其顶部的光伏电池电极接触层与设置于其底部的探测器电极接触层，所述光伏电池电极接触层与探测器电极接触层的极性相反，所述光伏电池电极接触层与探测器电极接触层之间还设置有外延生长中的材料层与器件工艺中的键合层。
在本实施例中，所述的共电极接触层的材质为重掺p型InGaAs，其中In组分为12%-0%渐变，掺杂浓度大于1×1020cm-3，所使用的p型掺杂剂为Zn或C，厚度为10nm-30nm。
在本实施例中，所述的光伏电池结构层包括两个子光伏电池结构，分别为第一子光伏电池结构600与第二子光伏电池结构800。第一子光伏电池结构由下至上依次是第一发射层601、第一基区吸收层602、第一背场层603、第一窗口层604，所述第二子光伏电池结构由下至上依次是第二发射层801、第二基区吸收层802、第二背场层803、第二窗口层804。所述第一发射层的材质为In0.47Ga0.53P，为n型掺杂层，掺杂浓度大于2×1018cm-3，所使用的n型掺杂剂为Si，厚度为100nm-200nm；所述第一基区吸收层的材质为In0.02Ga0.98As，为非掺杂层，厚度为1500nm-3000nm；所述第一背场层的材质为In0.47Ga0.53P，为p型掺杂层，掺杂浓度大于2×1018cm-3，所使用的p型掺杂剂为Zn或C；所述第一窗口层的材质为Al0.5In0.5P，为p型掺杂层，掺杂浓度大于2×1018cm-3，所使用的p型掺杂剂为Zn或C；所述第二发射层的材质为In0.47Ga0.53P，为n型掺杂层，掺杂浓度大于2×1018 cm-3，所使用的n型掺杂剂为Si，厚度为100nm-200nm；所述第二基区吸收层的材质为In0.47Ga0.53P，为非掺杂层，厚度为1500nm-3000nm；所述第二背场层的材质为Al0.1(InGa)0.9P，为p型掺杂层，掺杂浓度大于2×1018cm-3，所使用的p型掺杂剂为Zn或C；所述第二窗口层的材质为Al0.5In0.5P，为p型掺杂层，掺杂浓度大于2×1018cm-3，所使用的p型掺杂剂为Zn或C。
在本实施例中，所述第一子光伏电池结构与第二子光伏电池结构之间设置有隧道结700，其为10nm p-InGaP和10nm n-AlGaAs，掺杂浓度大于1×1019 cm-3。
在本实施例中，所述的上电极接触层为p型GaAs层，掺杂浓度大于3×1018 cm-3，所使用的p型掺杂剂为Zn或C，厚度为50nm-200nm。
在本实施例中，所述子光伏电池结构中的基区吸收层的禁带宽度大于探测器结构层中的光吸收层的禁带宽度。
相比现有技术，本实用新型提出了一种集成光伏电池结构的红外探测器，在该探测器中，探测器结构的上部覆盖有两个基区吸收层材料禁带宽度大于探测器光吸收层材料禁带宽度的光伏子电池，该两个光伏子电池不仅起到了吸收滤除对于红外探测器来说是干扰光波的目的，而且光伏电池通过吸收光波产生的光生电动势，也作为反向偏置电压加载至红外探测器的两端，对探测器的灵敏度提升及能耗降低也起到了有益的作用。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本实用新型的涵盖范围。

Claims (9)

1.一种集成光伏电池结构的红外探测器，包括衬底，其特征在于，所述衬底上由下至上依次设置有缓冲层，下电极接触层，探测器结构层，共电极接触层，光伏电池结构层，上电极接触层。
2.根据权利要求1所述的一种集成光伏电池结构的红外探测器，其特征在于，所述衬底的材质为GaAs或InP。
3.根据权利要求2所述的一种集成光伏电池结构的红外探测器，其特征在于，所述缓冲层的材质与衬底相同，厚度为200nm-2000nm。
4.根据权利要求1所述的一种集成光伏电池结构的红外探测器，其特征在于，所述下电极接触层为重掺杂层，其厚度为50nm-2000nm。
5.根据权利要求1所述的一种集成光伏电池结构的红外探测器，其特征在于，所述探测器结构层由下至上依次是光吸收层、过渡层、电荷层、倍增层，所述光吸收层的厚度为500nm-3500nm，过渡层的厚度为0nm-300nm，电荷层的厚度为0nm-1000nm，倍增层的厚度为0-1500nm。
6.根据权利要求1所述的一种集成光伏电池结构的红外探测器，其特征在于，所述共电极接触层包括设置于其顶部的光伏电池电极接触层与设置于其底部的探测器电极接触层，所述光伏电池电极接触层与探测器电极接触层的极性相反，所述光伏电池电极接触层与探测器电极接触层之间还设置有外延生长中的材料层与器件工艺中的键合层。
7.根据权利要求5所述的一种集成光伏电池结构的红外探测器，其特征在于，所述光伏电池结构层包括一个或多个子光伏电池结构，子光伏电池结构包括发射层、基区吸收层、背场层、窗口层。
8.根据权利要求1所述的一种集成光伏电池结构的红外探测器，其特征在于，所述上电极接触层为光伏电池的上电极接触层。
9.根据权利要求7所述的一种集成光伏电池结构的红外探测器，其特征在于，所述子光伏电池结构中的基区吸收层的禁带宽度大于探测器结构层中的光吸收层的禁带宽度。
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