一种紫外-可见双色探测器的制作方法

1.本公开一般涉及半导体光电探测器技术领域，具体涉及一种紫外-可见双色探测器。


背景技术：

2.光电探测器在国民经济以及军事等各个领域有广泛的用途。基于不同波段探测的光电探测器，对不同领域的探测有着重要作用。在可见以及近红外，光电探测器主要应用于射线测量和探测、工业自动控制、光度测量等方面；在紫外波段主要用途由紫外制导、紫外告警、紫外通信、紫外对抗、电力监测等军用和民用领域。传统以氮化镓/铝镓氮体系为代表的iii族氮化物材料体系，是实现紫外探测的最佳材料，但难以实现可见及近红外的探测，基于锑基超晶格材料光探测器在可见光及近红外方面日益成熟，然而难以向紫外探测扩展，所以单靠一种材料体系难以实现紫外、可见波段探测。因此，我们提出一种紫外-可见双色探测器，用以解决上述的单一材料的光探测器响应低，波段范围窄，难以实现紫外、可见波段探测的问题。


技术实现要素：

3.鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种提高器件响应度，可调控，集成简单且易于实现的紫外-可见双色探测器。
4.第一方面，本技术提供一种紫外-可见双色探测器，包括：探测器本体；
5.所述探测器本体包括：自下至上依次堆叠设置的p型gan材料层、bn二维材料层和p型拓扑绝缘体薄膜材料层；
6.所述p型拓扑绝缘体薄膜材料层具备上金属电极；所述p型gan材料层具备下金属电极；
7.分别调节所述上金属电极及所述下金属电极所施加的偏压，以使所述p型gan材料层可探测紫外波段，所述p型拓扑绝缘体薄膜材料层可探测可见光波段。
8.根据本技术实施例提供的技术方案，所述p型gan材料层包括：
9.p型gan衬底层，
10.p型gan接触层，设置在所述p型gan衬底层的上表面；
11.p型algan匹配层，设置在所述p型gan接触层的上表面；所述下金属电极位于所述p型gan接触层的上表面，且其环设在所述p型algan匹配层的周围；
12.algan紫外吸收层，设置在所述p型algan匹配层的上表面。
13.根据本技术实施例提供的技术方案，所述p型gan衬底层的厚度为0.3-0.5毫米；所述p型gan接触层的掺杂浓度≥10
17
cm3，且其厚度为400nm
±
20nm；所述p型algan匹配层的掺杂浓度范围为10
16
cm3～10
17
cm3，且其厚度为200nm
±
30nm；所述algan紫外吸收层的掺杂浓度≤10
16
cm3，且其厚度为150nm
±
10nm。
14.根据本技术实施例提供的技术方案，所述bn二维材料层为二维氮化硼薄膜势垒
层，且其位于所述algan紫外吸收层的上表面。
15.根据本技术实施例提供的技术方案，所述二维氮化硼薄膜势垒层为非掺杂或弱p-型掺杂结构，其掺杂浓度≤10
16
cm3，且其厚度为30-50nm。
16.根据本技术实施例提供的技术方案，所述p型拓扑绝缘体薄膜材料层包括：
17.p型拓扑绝缘体可见光吸收层，设置在所述二维氮化硼薄膜势垒层的上表面；
18.p型扑绝缘体薄膜接触层，设置在所述p型拓扑绝缘体可见光吸收层的上表面；所述上金属电极位于所述p型扑绝缘体薄膜接触层的上表面。
19.根据本技术实施例提供的技术方案，所述p型拓扑绝缘体可见光吸收层的掺杂浓度≤10
16
cm3；所述p型扑绝缘体薄膜接触层的掺杂浓度≥10
17
cm3，且其厚度范围为10nm-30nm。
20.根据本技术实施例提供的技术方案，所述上金属电极及所述下金属电极均为环状电极，且均具有p型焊盘。
21.根据本技术实施例提供的技术方案，所述探测器本体与所述上金属电极以及所述下金属电极未接触的区域为外露区域；所述外露区域铺设有钝化层。
22.根据本技术实施例提供的技术方案，所述钝化层的材料为氧化硅、氮化硅、聚酰亚胺或bcb。
23.综上所述，本技术方案具体地公开了一种紫外-可见双色探测器的具体结构。本技术具体地利用自下至上依次堆叠设置的p型gan材料层、bn二维材料层和p型拓扑绝缘体薄膜材料层形成探测器本体，且p型拓扑绝缘体薄膜材料层具备上金属电极，p型gan材料层具备下金属电极，通过分别调节上金属电极及下金属电极所施加的偏压，以使p型gan材料层可探测紫外波段，p型拓扑绝缘体薄膜材料层可探测可见光波段，实现紫外与可见波段探测，有效提高器件响应度。
附图说明
24.通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
25.图1为一种紫外-可见双色探测器的整体结构示意图。
26.图2为一种紫外-可见双色探测器的俯视结构示意图。
27.图中标号：1、p型gan衬底层；2、p型gan接触层；3、下金属电极；4、p型algan匹配层；5、algan紫外吸收层；6、二维氮化硼薄膜势垒层；7、p型拓扑绝缘体可见光吸收层；8、p型扑绝缘体薄膜接触层；9、钝化层；10、上金属电极；11、p型焊盘。
具体实施方式
28.下面结合附图和实施例对本技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
29.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
30.实施例1
31.请参考图1所示的本技术提供的一种紫外-可见双色探测器的第一种实施例的结构示意图，包括：探测器本体；
32.探测器本体为pbp型堆叠结构，具体地，探测器本体包括：自下至上依次堆叠设置的p型gan材料层、bn二维材料层和p型拓扑绝缘体薄膜材料层；
33.p型gan材料层、bn二维材料层和p型拓扑绝缘体薄膜材料层形成纵向垂直的异质结结构；并且，p型拓扑绝缘体薄膜材料层具备上金属电极10，p型gan材料层具备下金属电极3；
34.通过分别调节上金属电极10及下金属电极3所施加的偏压，以使p型gan材料层可探测紫外波段，p型拓扑绝缘体薄膜材料层可探测可见光波段，实现紫外与可见波段探测；
35.其中，传统的pn、pin型探测器中，空穴和电子作为载流子传输，存在载流子复合快、响应度低的问题；而本技术所采用的p型gan材料层在紫外波段的光吸收特性好，响应度高；所采用的p型拓扑绝缘体薄膜材料层在可见光波段的光吸收特性好，且易于与其他半导体材料集成；
36.并且，通过调节金属电极所加的偏压方向实现双波段探测，此外采用pbp型单一载流子探测结构，主要依赖少子电子输运产生光生电流，可以降低产生复合电流和表面漏电流，改善器件响应特性。
37.进一步地，p型gan材料层包括：
38.p型gan衬底层1，p型gan衬底层1的厚度为0.3-0.5毫米；
39.p型gan接触层2，设置在p型gan衬底层1的上表面；p型gan接触层2的掺杂浓度≥10
17
cm3，且其厚度为400nm
±
20nm；
40.p型algan匹配层4，设置在p型gan接触层2的上表面；p型algan匹配层4的掺杂浓度范围为10
16
cm3～10
17
cm3，且其厚度为200nm
±
30nm；
41.下金属电极3位于p型gan接触层2的上表面，且其环设在p型algan匹配层4的周围；
42.algan紫外吸收层5，设置在p型algan匹配层4的上表面；algan紫外吸收层5的掺杂浓度≤10
16
cm3，且其厚度为150nm
±
10nm；其禁带宽度在3.4-6.2ev范围内。
43.进一步地，bn二维材料层为二维氮化硼薄膜势垒层6，且其位于algan紫外吸收层5的上表面；
44.此处，二维氮化硼薄膜势垒层6为非掺杂或弱p-型掺杂结构，其掺杂浓度≤10
16
cm3，且其厚度为30-50nm。
45.进一步地，p型拓扑绝缘体薄膜材料层包括：
46.p型拓扑绝缘体可见光吸收层7，设置在二维氮化硼薄膜势垒层6的上表面；p型拓扑绝缘体可见光吸收层7的掺杂浓度≤10
16
cm3；
47.p型扑绝缘体薄膜接触层8，设置在p型拓扑绝缘体可见光吸收层7的上表面；p型扑绝缘体薄膜接触层8的掺杂浓度≥10
17
cm3，且其厚度范围为10nm-30nm。
48.上金属电极10位于p型扑绝缘体薄膜接触层8的上表面。
49.其中，p型拓扑绝缘体可见光吸收层7的类型，例如为硒化铋或铋氧硒薄膜层，其厚度为10nm到60nm；
50.并且，二维氮化硼薄膜势垒层6、p型拓扑绝缘体可见光吸收层7采用常见的薄膜转移方法制备在algan紫外吸收层5之上。
51.进一步地，如图2所示，上金属电极10及下金属电极3均为环状电极，且均具有p型焊盘11。
52.其中，下金属电极3与上金属电极10的环状电极直径依次减小
53.下金属电极层3、上金属电极层10的类型，例如为：ti和au电极，下层ti厚度为20-40nm，上层au厚度为60-120nm。
54.进一步地，探测器本体包括接触区域与外露区域，接触区域用于设置上金属电极10与下金属电极3；
55.此处，外露区域为p型gan接触层2、p型algan匹配层4、algan紫外吸收层5、二维氮化硼薄膜势垒层6、p型拓扑绝缘体可见光吸收层7和p型扑绝缘体薄膜接触层8的上表面中未覆盖金属电极的区域；
56.钝化层9，设置在外露区域，用于把探测器本体与腐蚀介质完全隔开，防止探测器本体与腐蚀介质接触，被腐蚀；
57.此处，钝化层9的材料，例如为氧化硅、氮化硅、聚酰亚胺或bcb。
58.以上描述仅为本技术的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本技术中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本技术中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。