混合集成型双谱段多光谱短波红外探测器

摘要

本发明提出了一种混合集成型双谱段多光谱短波红外探测器，沿光线入射的方向依次设置有：MEMS光学滤波或干涉芯片，在MEMS光学滤波或干涉芯片之下设置有双谱段多光谱红外探测器单元或阵列，在双谱段多光谱红外探测器单元或阵列之下设置有信号处理芯片或读出电路芯片，信号处理芯片或读出电路芯片完成探测器信号输出和工作点配置，并实现MEMS芯片电源输入调制。本发明实现了灵巧化的单片式宽谱段多光谱探测，而且，这种多光谱探测的光谱分辨率和调制灵活性远远优于其它片上集成方式；信号处理芯片或读出电路芯片与多光谱探测器的混合集成，既可实现产品芯片化，利于发展便携式光谱传感应用，而且可制作多光谱焦平面图像传感器，满足低成本、灵巧型成像光谱仪的应用需求。

权利要求

1.一种混合集成型双谱段多光谱短波红外探测器，其特征在于，沿光线入射的方向依次设置有：MEMS光学滤波或干涉芯片，在所述MEMS光学滤波或干涉芯片之上形成有电极；

在所述MEMS光学滤波或干涉芯片之下设置有双谱段多光谱红外探测器单元或阵列，所述双谱段多光谱红外探测器与MEMS光学滤波或干涉芯片通过贴装或耦合方式连接；

在所述双谱段多光谱红外探测器单元或阵列之下设置有信号处理芯片或读出电路芯片，所述双谱段多光谱红外探测器与信号处理芯片或读出电路芯片通过引线键合或倒装焊的方式连接，所述信号处理芯片或读出电路芯片部分暴露形成有电极；

所述MEMS光学滤波或干涉芯片的电极与信号处理芯片或读出电路芯片的电极之间通过引线互联；

所述信号处理芯片或读出电路芯片具有探测器信号输出端口以及MEMS芯片电源输入调制端口。

2.如权利要求1所述的混合集成型双谱段多光谱短波红外探测器，其特征在于，所述双谱段多光谱红外探测器包括：衬底；

在所述衬底上从下至上依次形成的第一吸收层结构、第二吸收层结构、……、第i吸收层结构、……、第N吸收层结构，所述N为大于1的正整数，所述i为大于1且小于等于N的正整数；

每一个吸收层结构具有一个下接触层、一个吸收层和一个上接触层，相邻两个吸收层结构的接触层共用；

沿光线入射方向，N个吸收层的吸收波长逐渐变长。

3.如权利要求1或2所述的混合集成型双谱段多光谱短波红外探测器，其特征在于，所述双谱段多光谱红外探测器包括如下结构之一：结构一：

InP衬底；

在所述InP衬底上形成有第一导电类型的InP作为第一吸收层结构的下接触层；

在所述第一吸收层结构的下接触层之上形成有本征Inx1Ga1-x1As作为第一吸收层，其中，0

在所述第一吸收层之上形成有第二导电类型的InP作为公共接触层；

在所述公共接触层之上形成有晶格适配缓冲层，所述晶格适配缓冲层的底层与公共接触层晶格匹配，上层与第二吸收层晶格匹配，所述晶格适配缓冲层覆盖部分公共接触层；

在所述晶格适配缓冲层之上形成有本征或者第一导电类的Inx2Ga1-x2As作为第二吸收层，其中，0x1；

在所述第二吸收层之上形成第一导电类型的Inx3Al1-x3As上接触层，其中，0

在所述下接触层、公共接触层的暴露部分和上接触层上形成有电极；

结构二：

InP衬底；

在所述InP衬底上形成有第一导电类型的InP作为第一吸收层结构的下接触层；

在所述第一吸收层结构的下接触层之上形成有本征Inx4Ga1-x4Asy4P1-y4作为第一吸收层，其中，0

在所述第一吸收层之上形成有第二导电类型的InP作为公共接触层；

在所述公共接触层之上形成有本征Inx5Ga1-x5Asy5P1-y5或者Inx6Ga1-x6As作为第二吸收层，其中，0

在所述第二吸收层之上形成有第一导电类型的InP作为上接触层；

在所述下接触层、公共接触层的暴露部分和上接触层上形成有电极。

4.如权利要求3所述的混合集成型双谱段多光谱短波红外探测器，其特征在于，在所述InP衬底与下接触层之间形成有腐蚀阻挡层，在InP衬底完全剥离后，将腐蚀阻挡层完全去除。

5.如权利要求4所述的混合集成型双谱段多光谱短波红外探测器，其特征在于，所述腐蚀阻挡层为In0.53Ga0.47As。

6.如权利要求3所述的混合集成型双谱段多光谱短波红外探测器，其特征在于，结构一中，第一导电类型为N型，第二导电类型为P型，晶格适配缓冲层的导电类型为P型。

7.如权利要求6所述的混合集成型双谱段多光谱短波红外探测器，其特征在于，晶格适配缓冲层为Be掺杂。

8.如权利要求3所述的混合集成型双谱段多光谱短波红外探测器，其特征在于，结构一中，晶格适配缓冲层为多层结构，采用组分线性渐变或组分梯度渐变的InAlAs或InAsP材料，通过组分调制，底层与公共接触层晶格匹配，上层与第二吸收层晶格匹配。

9.如权利要求3所述的混合集成型双谱段多光谱短波红外探测器，其特征在于，结构一中，第二吸收层Inx2Ga1-x2As的In组分为0.53＜x2＜0.83，最大带隙吸收截止波长为2.6μm。

10.如权利要求3所述的混合集成型双谱段多光谱短波红外探测器，其特征在于，结构二中，公共接触层的结构由如下结构取代：在第一吸收层之上形成有第二导电类型的InP第一电子势垒层，在所述第一电子势垒层之上形成有第二导电类型的Inx7Ga1-x7Asy7P1-y7滤波层，其中，0

说明书

混合集成型双谱段多光谱短波红外探测器

技术领域

[0001] 本发明属于半导体设计及制造技术领域，涉及InP基III-V族化合物半导体光电子器件技术领域，具体涉及一种新颖结构的混合集成型双谱段多光谱短波红外探测器

背景技术

[0002] “短波红外”(1.0-2.5μm)谱段是面向光谱传感检测、光谱分析应用的重要波段范围，在工业、通信、医疗、食品、生化、农业、公共安全等领域应用需求广泛。目前，该谱段范围内，InGaAs与HgCdTe是最为主流的探测器技术。其中，InGaAs探测器基于成熟的InP基III-V族化合物半导体技术，不仅在1.7μm响应截止的谱段内拥有最优性能，而且在1.7-2.5μm范围内其灵敏度也与HgCdTe相当。目前，当截止波长延伸至2.5μm，由于探测器结构限制，单片式InGaAs探测器响应仅能有效覆盖1.3-2.5μm谱段范围，且与晶格匹配的标准响应波长(0.9-1.7μm)InGaAs探测器相比，由于暗电流显著增大，1.7μm以内的探测灵敏度相对较低。
而在多光谱应用中，拓展光谱范围、提高响应谱段灵敏度均具有重要意义。如何提升1.7μm波长以下的探测灵敏度是亟需解决的技术问题。

发明内容

[0003] 本发明旨在解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种混合集成型双谱段多光谱短波红外探测器。

[0004] 为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种混合集成型双谱段多光谱短波红外探测器，其沿光线入射的方向依次设置有：

[0005] MEMS光学滤波或干涉芯片，在所述MEMS光学滤波或干涉芯片之上形成有电极；

[0006] 在所述MEMS光学滤波或干涉芯片之下设置有双谱段多光谱红外探测器单元或阵列，所述双谱段多光谱红外探测器与MEMS光学滤波或干涉芯片通过贴装或耦合方式连接；

[0007] 在所述双谱段多光谱红外探测器单元或阵列之下设置有信号处理芯片或读出电路芯片，所述双谱段多光谱红外探测器与信号处理芯片或读出电路芯片通过引线键合或倒装焊的方式连接，所述与信号处理芯片或读出电路芯片部分暴露形成有电极；

[0008] 所述MEMS光学滤波或干涉芯片电极与信号处理芯片或读出电路芯片的电极之间通过引线互联；

[0009] 所述信号处理芯片或读出电路芯片的背面为数据和电源接口。

[0010] 本发明MEMS光学滤波或干涉芯片与双谱段多光谱红外探测器的微组装集成，实现了灵巧化的单片式宽谱段多光谱探测，与其它双多色探测器相比，如通过滤光片光窗滤波、片上集成微结构介质膜滤波、REC谐振探测器等，这种多光谱探测的光谱分辨率和调制灵活性有明显提高。

[0011] 本发明ASICs或ROIC专用IC芯片与多光谱探测器的混合集成，既可实现产品芯片化，利于发展便携式光谱传感应用，而且可制作多光谱焦平面图像传感器，满足低成本、灵巧型成像光谱仪的应用需求。

[0012] 在本发明的一种优选实施方式中，双谱段多光谱红外探测器包括：

[0013] InP衬底；

[0014] 在所述InP衬底上形成有第一导电类型的InP作为第一吸收层结构的下接触层；

[0015] 在所述第一吸收层结构的下接触层之上形成有本征Inx1Ga1-x1As作为第一吸收层，其中，0

[0016] 在所述第一吸收层之上形成有第二导电类型的InP作为公共接触层；

[0017] 在所述公共接触层之上形成有晶格适配缓冲层，所述晶格适配缓冲层的底层与公共接触层晶格匹配，上层与第二吸收层晶格匹配，所述晶格适配缓冲层覆盖部分公共接触层；

[0018] 在所述晶格适配缓冲层之上形成有本征或者第一导电类的Inx2Ga1-x2As作为第二吸收层，其中，0x1；

[0019] 在所述第二吸收层之上形成第一导电类型的Inx3Al1-x3As上接触层，其中，0

[0020] 在所述下接触层、公共接触层的暴露部分和上接触层上形成有电极。

[0021] 本发明采用双色探测器设计方案，将标准波长响应PIN探测器(PD1)与延伸波长响应PIN探测器(PD2)相结合，利用PD1响应1.7μm以下谱段，利用PD2响应1.7-2.5μm谱段。PD1与PD2共用P电极，形成背入射式的n-i-p-i-n型器件结构，通过电极偏置的切换实现响应光谱的调制。

[0022] 本发明使得1.7μm以下谱段的量子效率大幅提升，暗电流显著降低，探测灵敏度得到明显改善。

[0023] 本发明根据波谱信号的分布特征，1.7μm以下谱段主要基于光反射探测，1.7-2.5μm谱段范围主要基于热辐射探测，本发明的探测器结构不仅满足宽谱段探测需求，而且可满足部分特定应用的双色探测要求，应用灵活。

[0024] 在本发明的一种优选实施方式中，在所述InP衬底与下接触层之间形成有腐蚀阻挡层，优选In0.53Ga0.47As。本发明可有效拓展InGaAs探测器的光谱响应范围，工作波长覆盖
0.95-2.5μm宽谱范围，若InP衬底被完全剥离，则工作波长将有效覆盖0.75-2.5μm的近红外-短波红外宽光谱范围，最宽响应光谱可覆盖0.4-2.5μm的可见短波谱段范围。

[0025] 在本发明的另一种优选实施方式中，第一导电类型为N型，第二导电类型为P型，晶格适配缓冲层的导电类型为P型，优选Be掺杂。Be掺杂更有利于改善缓冲层的外延晶体质量，有助于提升第二吸收层的外延质量，提高延伸波长响应灵敏度。

[0026] 在本发明的另一种优选实施方式中，晶格适配缓冲层为多层结构，采用组分线性渐变或组分梯度渐变的InAlAs或InAsP材料，通过组分调制，底层与公共接触层晶格匹配，上层与第二吸收层晶格匹配。提高了第二吸收层的外延生长质量。

[0027] 在本发明的另一种优选实施方式中，双谱段多光谱红外探测器包括：

[0028] 衬底；

[0029] 在所述衬底上从下至上依次形成的第一吸收层结构、第二吸收层结构、……、第i吸收层结构、……、第N吸收层结构，所述N为大于1的正整数，所述i为大于1且小于等于N的正整数；

[0030] 每一个吸收层结构具有一个下接触层、一个吸收层和一个上接触层，相邻两个吸收层结构的接触层共用；

[0031] 沿从衬底向上的方向，N个吸收层的吸收波长逐渐变长。

[0032] 本发明采用多色探测器结构设计，能够实现宽光谱段范围内的多色同步探测。

[0033] 在本发明的一种优选实施方式中，在衬底与所述第一吸收层结构之间形成有腐蚀阻挡层。通过设置腐蚀阻挡层，可将衬底完全剥离，扩宽了可检测的光谱范围，实现可见光波段的拓展。

[0034] 在本发明的另一种优选实施方式中，相邻两个吸收层结构之间形成有滤波层，所述滤波层的吸收波长介于其接触的两个吸收层结构的吸收波长之间。大大增加了探测谱段范围调制的自由度，可实现窄带通多色探测。

[0035] 在本发明的另一种优选实施方式中，N为2。

[0036] 在本发明的另一种优选实施方式中，双谱段多光谱红外探测器包括：

[0037] InP衬底；在所述InP衬底上形成有第一导电类型的InP作为第一吸收层结构的下接触层；在所述第一吸收层结构的下接触层之上形成有本征Inx4Ga1-x4Asy4P1-y4作为第一吸收层，其中，02.2×(1-x5)；x4

[0038] 本发明采用双色探测器结构设计，利用InxGa1-xAsyP1-y吸收层的带隙调节，可实现0.95-1.7μm谱段范围内的双色探测，双色谱段范围可连续调制。

[0039] 在本发明的另一种优选实施方式中，在所述InP衬底与下接触层之间形成有腐蚀阻挡层(优选In0.53Ga0.47As)。设置腐蚀阻挡层便于剥离InP衬底，若InP衬底被完全剥离，则工作波长将有效覆盖0.6-1.7μm的宽光谱范围。扩展了可探测光谱范围。

[0040] 在本发明的另一种优选实施方式中，公共接触层的结构由如下结构取代：在第一吸收层之上形成有第二导电类型的InP第一电子势垒层，在所述第一电子势垒层至上形成有第二导电类型的Inx7Ga1-x7Asy7P1-y7滤波层，其中，0

[0041] 本发明插入p-InGaAsP滤波层作为公共接触层，不仅大大增加了双色探测谱段范围调制的自由度，可实现窄带通双色探测，而且，以宽带隙的p-InP作为电子势垒层，有利于降低探测器暗电流。本发明设计的探测器结构不仅满足双色宽谱段探测需求，而且可满足部分特定光谱识别应用的窄带通双色探测要求，应用灵活。

[0042] 在本发明的另一种优选实施方式中，双谱段多光谱红外探测器中：

[0043] 第一吸收层的厚度为2.0-3.5μm，带隙截止波长为λC1；

[0044] 第二吸收层的厚度为2.0-3.5μm，带隙截止波长λC2≤1.7μm，

[0045] 滤波层厚度为2.0μm-3.5μm，带隙截止波长λC1≤λCF≤λC2。

[0046] 防止待探测信号被先经过的吸收层吸收，保证探测效果。

[0047] 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

[0048] 本发明的上述和或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：

[0049] 图1是本发明一种优选实施例中(结构一)衬底完全剥离后的室温光谱响应示意图；

[0050] 图2是本发明一种优选实施例中(结构一)衬底未剥离时的室温光谱响应示意图。

[0051] 图3是本发明另一种优选实施例中双谱段多光谱红外探测器的结构示意图；

[0052] 图4是图3所示结构衬底完全剥离后的室温光谱响应示意图；

[0053] 图5是图3所示结构衬底未剥离的室温光谱响应示意图；

[0054] 图6是本发明第三种优选实施例中双谱段多光谱红外探测器的结构示意图；

[0055] 图7是图6所示结构衬底未剥离的室温光谱响应示意图；

[0056] 图8是本发明混合集成型双谱段多光谱短波红外探测器的结构示意图。

具体实施方式

[0057] 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。

[0058] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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。

[0059] 在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

[0060] 本发明提供了一种混合集成型双谱段多光谱短波红外探测器，如图8所示，其沿光线入射的方向依次设置有：

[0061] MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)光学滤波或干涉芯片，在所述MEMS光学滤波或干涉芯片之上形成有电极；在本实施方式中，MEMS光学滤波芯片可以采用现有的结构Fabry-Perot可调谐滤波MEMS芯片，MEMS干涉芯片可以采用现有的Michelson光学干涉芯片。具体MEMS光学滤波或干涉芯片可采用硅基、锗基或者砷化镓基工艺制作。

[0062] 在所述MEMS光学滤波或干涉芯片之下设置有双谱段多光谱红外探测器单元或阵列，所述双谱段多光谱红外探测器与MEMS光学滤波或干涉芯片通过光学结构胶贴装或光学耦合方式连接,具体工艺可采用现有技术。

[0063] 在所述双谱段多光谱红外探测器单元或阵列之下设置有信号处理芯片或读出电路芯片，所述双谱段多光谱红外探测器与信号处理芯片或读出电路芯片通过引线键合或倒装焊的方式连接，所述信号处理芯片或读出电路芯片部分暴露形成有电极。

[0064] 所述MEMS光学滤波或干涉芯片电极与信号处理芯片或读出电路芯片的电极之间通过引线互联；通过引线键合实现电学互连，对MEMS芯片的电源偏压进行调制。具体MEMS光学滤波或干涉芯片优选采用硅基的现有结构。

[0065] 具体可采用ASICs信号处理芯片/ROIC读出电路芯片,所述ASICs(Application Specific Integrated Circuit，专用集成电路)信号处理芯片/ROIC(Readout Integrated Circuit，读出电路)读出电路芯片具有探测器信号输出端口以及MEMS芯片电源输入调制端口。在本实施方式中，ASIC芯片主要包含偏置电源、跨阻放大器、ADC、寄存器、数据接口等功能电路单元；ROIC采用CTIA型像元读出电路架构，具体电路结构设计与探测器阻抗及容抗特性相匹配。

[0066] 本发明提供一种双谱段多光谱红外探测器，以解决目前延伸型短波红外InGaAs探测器存在的短波方向量子效率偏低、光谱响应范围较窄的问题，并且，可显著提升1.7μm波长以下的探测灵敏度。

[0067] 在本实施方式中，双谱段多光谱红外探测器包括衬底，可选择任意的半导体衬底，具体可以为但不限于通用的Ⅳ族，Ⅲ-Ⅴ族，Ⅱ-Ⅵ族的半导体衬底，或蓝宝石衬底，例如InP衬底。还包括在衬底上从下至上(设定从衬底至外延测层的方向为从下至上的方向)依次形成的第一吸收层结构、第二吸收层结构、……、第i吸收层结构、……、第N吸收层结构，所述N为大于1的正整数，所述i为大于1且小于等于N的正整数。优选的N为2。每一个吸收层结构具有一个下接触层、一个吸收层和一个上接触层，相邻两个吸收层结构的接触层共用，沿从衬底向上的方向，N个吸收层的吸收波长逐渐变长。

[0068] 本发明一种优选实施方式中，双谱段多光谱红外探测器，其包括：

[0069] InP衬底；

[0070] 在所述InP衬底上形成有第一导电类型的InP作为第一吸收层结构的下接触层；

[0071] 在所述第一吸收层结构的下接触层之上形成有本征Inx1Ga1-x1As作为第一吸收层，其中，0

[0072] 在所述第一吸收层之上形成有第二导电类型的InP作为公共接触层；

[0073] 在所述公共接触层之上形成有晶格适配缓冲层，所述晶格适配缓冲层的底层与公共接触层晶格匹配，上层与第二吸收层晶格匹配，所述晶格适配缓冲层覆盖部分公共接触层；

[0074] 在所述晶格适配缓冲层之上形成有本征或者第一导电类的Inx2Ga1-x2As作为第二吸收层，其中，0x1；

[0075] 在所述第二吸收层之上形成第一导电类型的Inx3Al1-x3As上接触层，其中，0

[0076] 在所述下接触层、公共接触层的暴露部分和上接触层上形成有电极。

[0077] 在本发明的一种优选实施方式中，具体组分选择和制备流程为：

[0078] 利用MOCVD或MBE外延技术，在InP单晶衬底上依次生长p-on-n型PD1结构与n-on-p型PD2结构层次，InP衬底材料采用掺Fe的I型半绝缘衬底或掺S的N型衬底；

[0079] 首选，在InP单晶衬底上生长N+-InP下接触层，N+-InP下接触层厚度为0.2μm-1.0μm，掺杂浓度≥2E+18cm-3，施主杂质为Si；若需剥离InP衬底拓展响应光谱，则在N+-InP下接触层与InP衬底之间插入一层In0.53Ga0.47As腐蚀阻挡层。若需剥离衬底，设置该腐蚀阻挡层；若不剥离衬底，不需要设置该腐蚀阻挡层。

[0080] 在N+-InP下接触层之上外延生长本征i-In0.53Ga0.47As第一吸收层，厚度为2.0-3.5μm，背景载流子浓度≤1E+15cm-3。

[0081] 在第一吸收层之上生长形成p-InP公共接触层，厚度为0.5μm-1.0μm，有效掺杂浓度≥1E+18cm-3，受主杂质为Zn。

[0082] 在p-InP公共接触层之上外延生长晶格适配缓冲层，晶格适配缓冲层该多层结构，采用组分线性渐变或组分梯度渐变的InAlAs或InAsP材料，通过组分调制，底层与p_InP公共接触层晶格匹配，上层与N--InxGa1-xAs第二吸收层晶格匹配，外延厚度为1-10μm，有效掺杂浓度≥1E+18cm-3，受主杂质为Zn或Be。

[0083] 延伸波长探测器采用n-on-p结构，使得p型晶格适配缓冲层可选用Be掺杂，相比于n型缓冲层的Si掺杂，Be掺杂更有利于改善缓冲层的外延晶体质量，有助于提升第二吸收层的外延质量，提高延伸波长响应灵敏度。

[0084] 在晶格适配缓冲层之上外延生长N--Inx2Ga1-x2As第二吸收层，第二吸收层的In组分为0.53＜x2＜0.83，最大带隙吸收截止波长为2.6μm(在制冷低温工作条件下，保证截止波长不低于2.5μm)，外延厚度为1.5-2.5μm，掺杂浓度为1-5E+16cm-3，施主杂质为Si。

[0085] 第二吸收层之上外延生长N+-Inx3Al1-x3As上接触顶层，上接触顶层的In组分与第二吸收层相同(即x2＝x3)，厚度为0.2-1.0μm，掺杂浓度≥1E+18cm-3，施主杂质为Si。

[0086] 采用台面工艺制作探测器器件，利用干法刻蚀或湿法腐蚀形成器件台面；器件台面采用SiNx或Al2O3介质膜进行钝化；在下接触层、公共接触层的暴露部分和上接触层上形成有电极(被测光从衬底入射)。上下电极、公共电极采用Cr/Au双层金属或Ti/Pt/Au多层金属。

[0087] 若需拓展PD1短波响应波长范围，则采用选择性湿法腐蚀剥离InP衬底。

[0088] 本发明采用双色探测器结构设计，可有效拓展InGaAs探测器的光谱响应范围，工作波长覆盖0.95-2.5μm宽谱范围，如图2所示；若InP衬底被完全剥离，则工作波长将有效覆盖0.75-2.5μm的近红外-短波红外宽光谱范围，如图1所示。

[0089] 在本发明的另一个优选实施方式中，如图3所示(图中仅仅是示意的给出了各区域的尺寸，具体的尺寸可以根据器件参数的要求进行设计)，本发明提供一种双谱段多光谱红外探测器，基于InP/InGaAs(P)材料体系的能带调制原理，解决目前同类探测器存在的多片式结构问题与单/双色探测选择调控难题。该双谱段多光谱红外探测器包括：

[0090] InP衬底；

[0091] 在所述InP衬底上形成有第一导电类型(优选为N型)的InP作为第一吸收层结构的下接触层；

[0092] 在所述第一吸收层结构的下接触层之上形成有本征Inx4Ga1-x4Asy4P1-y4作为第一吸收层，其中，0

[0093] 在所述第一吸收层之上形成有第二导电类型的InP作为公共接触层；

[0094] 在所述公共接触层之上形成有本征Inx5Ga1-x5Asy5P1-y5或者Inx6Ga1-x6As作为第二吸收层，其中，0

[0095] 在所述第二吸收层之上形成有第一导电类型的InP作为上接触层；

[0096] 在所述下接触层、公共接触层的暴露部分和上接触层上形成有电极。

[0097] 在本实施方式中，在InP衬底与下接触层之间可形成有In0.53Ga0.47As腐蚀阻挡层。

[0098] 在本发明另外的优选实施方式中，如图6所示，公共接触层的结构由如下结构取代：

[0099] 在第一吸收层之上形成有第二导电类型的InP第一电子势垒层，在所述第一电子势垒层之上形成有第二导电类型的Inx7Ga1-x7Asy7P1-y7滤波层，其中，02.2×(1-x7)；x4

[0100] 本发明将短波波长响应PIN探测器(PD1)与长波波长响应PIN探测器(PD2)相结合，PD1采用p-on-n结构，PD2采用n-on-p结构，PD1与PD2共用P电极，形成背入射式的n-i-p-i-n型器件结构，通过电极偏置的切换实现响应光谱的调制。如图6所示，采用双色探测+片内滤波设计方案，在短波波长响应PIN探测器(PD1)与长波波长响应PIN探测器(PD2)之间插入p-InGaAsP滤波层(公共接触层)，实现双色探测谱段的连续调制。

[0101] 在本发明的一种优选实施方式中，具体组分选择和制备流程为：

[0102] 利用MOCVD或MBE外延技术，在InP单晶衬底上依次生长p-on-n型PD1结构与n-on-p型PD2结构层次，InP衬底材料采用掺Fe的I型半绝缘衬底或掺S的N型衬底。

[0103] 首选，在InP单晶衬底上生长N+-InP下接触层，N+-InP下接触层厚度为0.2μm-1.0μm，掺杂浓度≥2E+18cm-3，施主杂质为Si。在本发明的更加优选的实施方式中，若需剥离InP衬底拓展响应光谱，则在N+-InP下接触层与InP衬底之间插入一层In0.53Ga0.47As腐蚀阻挡层。

[0104] 在N+-InP下接触层之上生长本征i-Inx1Ga1-x1Asy1P1-y1第一吸收层，第一吸收层的厚度为2.0-3.5μm，背景载流子浓度≤1E+16cm-3，带隙截止波长为λC1。

[0105] 如图3所示，在第一吸收层之上生长形成p-InP公共接触层，厚度为0.5μm-1.0μm，有效掺杂浓度≥1E+18cm-3，受主杂质为Zn或Be。

[0106] 如图4所示，在第一吸收层之上生长形成p-InP第一电子势垒层，厚度为0.5μm-1.0μm，有效掺杂浓度≥1E+18cm-3，受主杂质为Zn或Be。在第一电子势垒层之上生长p-Inx4Ga1-x4Asy4P1-y4公共接触层/滤波层，厚度为2.0μm～3.5μm，有效掺杂浓度≥1E+18cm-3，受主杂质为Zn或Be；带隙截止波长λC1≤λCF≤λC2。在公共接触层/滤波层之上生长p-InP第二电子势垒层，厚度为0.5μm-1.0μm，有效掺杂浓度≥1E+18cm-3，受主杂质为Zn或Be。

[0107] 在p-InP之上生长本征i-Inx2Ga1-x2Asy2P1-y2第二吸收层，其厚度为2.0-3.5μm，背景载流子浓度≤1E+16cm-3，带隙截止波长λC2≤1.7μm。在第二吸收层之上生长N+-InP上接触顶层厚度为0.2-1.0μm，掺杂浓度≥1E+18cm-3，施主杂质为Si。

[0108] 采用台面工艺制作探测器器件，利用干法刻蚀或湿法腐蚀形成器件台面；器件台面采用SiNx或Al2O3介质膜进行钝化；在下接触层、公共接触层的暴露部分和上接触层上形成有电极(如图3)，或者在下接触层、滤波层的暴露部分和上接触层上形成有电极(如图6)。上下电极、公共电极采用Cr/Au双层金属或Ti/Pt/Au多层金属。

[0109] 若需拓展PD1短波响应波长范围，则采用选择性湿法腐蚀剥离InP衬底。

[0110] 本发明采用双色探测器结构设计，利用InxGa1-xAsyP1-y吸收层的带隙调节，可实现0.95-1.7μm谱段范围内的双色探测，双色谱段范围可连续调制，如图5所示；若InP衬底被完全剥离，则工作波长将有效覆盖0.6-1.7μm的宽光谱范围，如图4所示。插入p-InGaAsP滤波层作为公共接触层，不仅大大增加了双色探测谱段范围调制的自由度，可实现窄带通双色探测，如图7所示。而且，以宽带隙的p-InP作为电子势垒层，有利于降低探测器暗电流。

[0111] 本发明采用台面工艺制作探测器器件，利用干法刻蚀或湿法腐蚀形成器件台面；器件台面采用SiNx或Al2O3介质膜进行钝化；上下电极、公共电极采用Cr/Au双层金属或Ti/Pt/Au多层金属。

[0112] 需要说明的是，图3、6、8的光线入射方向不同，本发明中结构的层级描述都是以光线入射方向进行，具体工作时，双谱段多光谱红外探测器采用倒装结构，光线按照图8所示的光线方向进入器件。

[0113] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“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。

[0114] 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。