一种三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，具体涉及一种三色探测器。


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。传统的以氮化镓/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，而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。因此，我们提出一种三色探测器，用以解决上述的单一材料的光探测器响应受限，探测波段有限的问题。


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，探测波段范围广，集成简单且易于实现的三色探测器。
4.第一方面，本技术提供一种三色探测器，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型锑基超晶格材料层、p型拓扑绝缘体薄膜材料层、bn二维材料层和p型algan材料层；
6.所述p型algan材料层具备上金属电极；所述p型锑基超晶格材料层具备中金属电极与下金属电极；
7.分别调节所述上金属电极、所述中金属电极及所述下金属电极所施加的偏压，以使所述p型锑基超晶格材料层可探测红外波段与可见光波段、所述p型algan材料层可探测紫外波段。
8.根据本技术实施例提供的技术方案，所述p型锑基超晶格材料层包括：
9.p型gasb衬底层，
10.p型sls下接触层，设置在所述p型gasb衬底层的上表面；
11.p型sls吸收层，设置在所述p型sls下接触层的上表面；所述下金属电极位于所述p型sls下接触层上表面，且其环设在所述p型sls吸收层周围；
12.p型sls上接触层，设置在所述p型sls吸收层的上表面。
13.根据本技术实施例提供的技术方案，所述p型拓扑绝缘体薄膜材料层为p型拓扑绝缘体可见光吸收层，且其置于所述p型sls上接触层的上表面；
14.所述中金属电极位于所述p型sls上接触层的上表面，且其环设在所述p型拓扑绝缘体可见光吸收层周围。
15.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，且其置于所述p型拓扑绝缘体可见光吸收层的上表面。
16.根据本技术实施例提供的技术方案，所述p型algan材料层包括：
17.p型algan紫外吸收层，设置在所述二维氮化硼薄膜势垒层的上表面；
18.p型algan接触层，设置在所述p型algan紫外吸收层的上表面；所述上金属电极位于所述p型algan接触层的上表面。
19.根据本技术实施例提供的技术方案，所述上金属电极、所述中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。
20.根据本技术实施例提供的技术方案，所述p型gasb衬底层的厚度为0.3-0.5毫米；所述p型sls下接触层的掺杂浓度≥10
18
cm3，其厚度为400nm
±
20nm；所述p型sls吸收层的掺杂浓度范围为10
17
cm3～10
18
cm3，其厚度为200nm
±
20nm；所述p型sls上接触层的掺杂浓度为10
16
cm3～10
17
cm3，其厚度为400nm
±
20nm。
21.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，其厚度为200nm
±
20nm；
22.所述二维氮化硼薄膜势垒层为非掺杂或弱p-型掺杂型结构，其掺杂浓度范围为10
15
cm3～10
16
cm3，厚度10nm到30nm。
23.根据本技术实施例提供的技术方案，所述p型algan紫外吸收层的掺杂浓度范围为10
17
cm3～10
18
cm3，厚度200nm
±
20nm；所述p型algan接触层的掺杂浓度≥10
18
cm3，其厚度400nm
±
20nm。
24.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、所述中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。
25.综上所述，本技术方案具体地公开了一种三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型锑基超晶格材料层、p型拓扑绝缘体薄膜材料层、bn二维材料层和p型algan材料层形成探测器本体，并且，p型algan材料层具备上金属电极，p型锑基超晶格材料层具备中金属电极与下金属电极，通过分别调节上金属电极、中金属电极及下金属电极所施加的偏压，以使p型锑基超晶格材料层可探测红外波段与可见光波段、p型algan材料层可探测紫外波段，实现三种波段探测。
附图说明
26.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：
27.图1为一种三色探测器的整体结构示意图。
28.图2为一种三色探测其的俯视结构示意图。
29.图中标号：1、p型gasb衬底层；2、p型sls下接触层；3、p型sls下接触层；4、p型sls吸收层；5、p型sls上接触层；6、中金属电极；7、p型拓扑绝缘体可见光吸收层；8、二维氮化硼薄膜势垒层；9、p型algan紫外吸收层；10、p型algan接触层；11、钝化层；12、上金属电极；13、p型焊盘。
具体实施方式
30.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。
31.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。
32.实施例1
33.请参考图1所示的本技术提供的一种三色探测器的第一种实施例的结构示意图，包括：探测器本体；
34.探测器本体为pbp型单一载流子探测结构；探测器本体包括：自下至上依次堆叠设置的p型锑基超晶格材料层、p型拓扑绝缘体薄膜材料层、bn二维材料层和p型algan材料层；
35.p型锑基超晶格材料层、p型拓扑绝缘体薄膜材料层、bn二维材料层和p型algan材料层为纵向集成结构，可形成异质结结构，并且，p型algan材料层具备上金属电极12；p型锑基超晶格材料层具备中金属电极6与下金属电极3；
36.通过分别调节上金属电极12、中金属电极6及下金属电极3所施加的偏压，以使p型锑基超晶格材料层可探测红外波段与可见光波段、p型algan材料层可探测紫外波段，实现三种波段探测；
37.将锑基超晶格材料在红外探测方面优势、gan材料在紫外探测方面优势与拓扑绝缘体薄膜材料在可见光探测方面优势有利结合在一起，提高器件响应度；
38.并且，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，有效降低产生复合电流和表面漏电流，改善器件响应特性。
39.进一步地，p型锑基超晶格材料层在红外波段的光吸收特性好，响应度高的性能；具体地，p型锑基超晶格材料层包括：
40.p型gasb衬底层1，
41.p型sls下接触层2，设置在p型gasb衬底层1的上表面；
42.p型sls吸收层4，设置在p型sls下接触层3的上表面；
43.并且，下金属电极3位于p型sls下接触层2上表面，且其环设在p型sls吸收层4周围；
44.p型sls上接触层5，设置在p型sls吸收层4的上表面。
45.其中，p型gasb衬底层1的厚度为0.3-0.5毫米；p型sls下接触层2的掺杂浓度≥10
18
cm3，其厚度为400nm
±
20nm；p型sls吸收层4的掺杂浓度范围为10
17
cm3～10
18
cm3，其厚度为200nm
±
20nm；p型sls吸收层4禁带宽度在70mev-1.2ev范围内；p型sls上接触层5的掺杂浓度为10
16
cm3～10
17
cm3，其厚度为400nm
±
20nm。
46.并且，p型sls下接触层2、p型sls吸收层4、p型sls上接触层5通过mbe技术在p型gasb衬底层1上依次外延生长而成。
47.进一步地，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；
48.具体地，p型拓扑绝缘体薄膜材料层为p型拓扑绝缘体可见光吸收层7，且其置于p型sls上接触层5的上表面；
49.并且，中金属电极6位于p型sls上接触层5的上表面，且其环设在p型拓扑绝缘体可见光吸收层7周围。
50.其中，p型拓扑绝缘体可见光吸收层7的掺杂浓度≤10
16
cm3，其厚度为200nm
±
20nm；p型拓扑绝缘体可见光吸收层7的禁带宽度在1.2-3.4ev范围内。
51.进一步地，bn二维材料层具备高的透光性和高的电子迁移率，二维材料/锑基超晶格/gan异质结能够大力促进光吸收和载流子的分离与传输，同时二维材料能够拓宽锑基超晶格和gan的光吸收谱，赋予二维材料/锑基超晶格/gan异质结光电探测器宽带探测的能力。
52.此处，bn二维材料层为二维氮化硼薄膜势垒层8，且其置于p型拓扑绝缘体可见光吸收层7的上表面；
53.其中，二维氮化硼薄膜势垒层8为非掺杂或弱p-型掺杂型结构，其掺杂浓度范围为10
15
cm3～10
16
cm3，厚度10nm到30nm；
54.此处，二维氮化硼薄膜势垒层8的类型，例如为硒化铋或铋氧硒薄膜层。
55.并且，p型拓扑绝缘体可见光吸收层7、二维氮化硼薄膜势垒层8采用常见的薄膜转移方法制备在p型sls上接触层5上。
56.进一步地，p型algan材料层包括：
57.p型algan紫外吸收层9，设置在二维氮化硼薄膜势垒层8的上表面；
58.p型algan接触层10，设置在p型algan紫外吸收层9的上表面；
59.并且，上金属电极12位于p型algan接触层10的上表面。
60.其中，p型algan紫外吸收层9的掺杂浓度范围为10
17
cm3～10
18
cm3，厚度200nm
±
20nm；p型algan吸收层9禁带宽度在3.4-6.2ev范围内；
61.p型algan接触层10的掺杂浓度≥10
18
cm3，其厚度400nm
±
20nm。
62.进一步地，如图2所示，上金属电极12、中金属电极6及下金属电极3的类型，例如为环状电极，且均具有p型焊盘13；
63.并且，下金属电极层3、中金属电极层6、上金属电极层12的环状电极直径依次减小；
64.此处，环状电极例如为：ti和au电极，下层ti厚度为20-40nm，上层au厚度为60-120nm。
65.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12、中金属电极6以及下金属电极3；
66.此处，外露区域为p型sls吸收层4、p型sls上接触层5、p型拓扑绝缘体可见光吸收层7、二维氮化硼薄膜势垒层8、p型algan紫外吸收层9、p型algan接触层10的侧壁以及p型sls下接触层2、p型sls上接触层5、p型algan接触层10的上表面中未覆盖金属电极的区域；
67.钝化层11，设置在外露区域，将外露区域覆盖，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；
68.其中，钝化层11的材料，可选地，例如为氧化硅、氮化硅、聚酰亚胺、bcb等。
69.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。