[发明专利]多波段探测结构及其制作方法

说明书

本发明揭示了一种多波段探测结构，包括衬底以及形成于衬底上纳米线阵列，所述纳米线阵列至少包括：一维结构的第一半导体纳米线，具有第一吸收波长；一维结构的第二半导体纳米线，具有第二吸收波长，第一吸收波长和第二吸收波长不同，且第一半导体纳米线和第二半导体纳米线并列设置。本发明还揭示了一种多波段探测结构的制作方法，第一半导体纳米线或第二半导体纳米线在催化剂作用下外延生长于衬底表面。本发明通过双层掩膜的手段实现β‑Ga₂O₃和GaAs系材料纳米线的横向分布阵列集成，利用纳米线的二维方向应力释放特性实现异质材料的高质量单片集成，并利用纳米线阵列的光陷阱效应提高光吸收率，从而为高性能多波段光探测器研发制备提供器件结构支持。

技术领域

本发明属于光电子器件技术领域，具体涉及一种多波段探测结构及其制作方法。

背景技术

红外光是波长介于可见光与太赫兹波之间的电磁波，通常将红外光谱分为三个区域：近红外区(0.75～2.5μm)、中红外区(2.5～25μm)和远红外区(25～300μm)。一般说来，近红外光谱是由分子的倍频、合频产生的；中红外光谱属于分子的基频振动光谱；远红外光谱则属于分子的转动光谱和某些基团的振动光谱。红外探测器将红外光信号转变成某种可测量的物理量，从而实现感知。只要不处在绝对零度，地球温度环境下的物体都存在红外辐射。因此，地球环境下的目标探测，红外具有特别重要的地位。相比其他手段，红外探测具有隐蔽性强、恶劣天气影响小，适于夜间使用，识别目标能力强的特点，被广泛应用于气象预测、对地成像、军事侦察、环境监测、安全检查等领域。

紫外光的波长范围是10～380nm，它分为两个区段。波长在10～200nm的紫外光能够被空气中的氮、氧、二氧化碳和水所吸收，因此只能在真空中进行研究，相应光谱范围称为真空紫外波段。波长在200～280nm的紫外线在经过地球表面同温层时被臭氧层吸收，不能到达地球表面，相应光谱范围称为日盲紫外波段，相应的光探测器称日盲紫外探测器。在地表，由于日盲紫外探测器的使用不受太阳光的干扰，其灵敏度高且能在任何环境下都能准确进行光探测，因此在军事、民用领域均有广泛应用。在军事上，根据导弹尾焰发射的日盲紫外线信号可进行导弹预警，与红外探测相比，其探测目标准确率更高。民用上，其广泛应用在医疗杀菌和火焰探测、电弧探测、臭氧空洞检测等环境检测方面。

综上，日盲紫外探测与红外探测在地球环境应用中各有优势，可以互补不足，制备双色探测器结合两项探测技术一起使用具有巨大的科研价值和应用潜力。

β-Ga₂O₃材料是直接带隙，禁带宽度约4.9eV，其吸收峰(～253nm)处在日盲紫外波段，在可见光波段表现为透明材料,因而在日盲紫外探测方面具有极大的应用潜力。GaAs材料的禁带宽度约1.424eV，吸收峰(～871nm)在近红外波段，而其同系的InGaAs、InAs材料可将吸收波长进一步向中红外波段拓展至3.54μm。通过在同一衬底上集成β-Ga₂O₃和GaAs系材料可以实现紫外红外双色探测器的制备。

现有技术中，基于传统薄膜结构实现双色探测器的方案包括多层薄膜堆叠外延和掩膜分区二次外延，但不可避免的是基于单质半导体或二元/三元化合物半导体材料的材料集成一般不可避免的存在晶格失配问题，晶格失配引入的应力以及随之而来的位错都会严重影响光电器件的性能，而可控性更高的四元化合物则存在外延控制困难的问题。

发明内容

本发明一实施例提供一种多波段探测结构及其制作方法，用于解决现有技术中晶格失配问题的问题，包括：

一实施例中，一种多波段探测结构，包括衬底以及形成于衬底上纳米线阵列，所述纳米线阵列至少包括：

一维结构的第一半导体纳米线，具有第一吸收波长；

一维结构的第二半导体纳米线，具有第二吸收波长，所述第一吸收波长和第二吸收波长不同，且第一半导体纳米线和第二半导体纳米线并列设置。