本发明属于半导体光电探测器技术领域，具体涉及一种可见-紫外双色探测器。
背景技术：
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有紫外制导、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，基于硅、gaas的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，因此单靠一种材料体系难以实现紫外、可见多波段探测，亟待需要一种新的方式来实现可调控的紫外-可见双色集成探测。
技术实现要素：
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：针对以上技术缺陷及改进需求，如何提供一种能够多波段响应的可见-紫外双色探测器。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供一种可见-紫外双色探测器，所述可见-紫外双色探测器采用纵向集成结构，包括：n型gan衬底、n型gan接触层、下金属电极层、n型algan匹配层、algan紫外吸收层、二维氮化硼薄膜势垒层、n型拓扑绝缘体可见光吸收层、n型拓扑绝缘体薄膜接触层、上金属电极层及钝化层；
所述n型gan接触层外延于n型gan衬底之上；
所述下金属电极层设置在n型gan接触层上表面，为环状电极，带有n型焊盘；
所述n型algan匹配层设置在n型gan接触层之上，并位于环状的下金属电极层以内区域；
所述algan紫外吸收层外延于n型algan匹配层之上；
所述二维氮化硼薄膜势垒层设置在algan紫外吸收层之上；
所述n型拓扑绝缘体可见光吸收层设置在二维氮化硼薄膜势垒层之上；
所述n型拓扑绝缘体薄膜接触层设置在n型拓扑绝缘体可见光吸收层之上；
所述上金属电极层设置在n型拓扑绝缘体薄膜接触层之上，为环状电极，带有n型焊盘；
所述钝化层设置在n型algan匹配层、algan紫外吸收层、二维氮化硼薄膜势垒层、n型拓扑绝缘体可见光吸收层、n型拓扑绝缘体薄膜接触层的侧壁，以及n型gan接触层和n型拓扑绝缘体薄膜接触层的上表面中未覆盖电极的区域。
其中，所述n型gan衬底厚度为0.3-0.5毫米；
所述n型gan接触层的掺杂浓度≥1018cm3，厚度为400nm±20nm；
所述n型algan匹配层，掺杂浓度在1017cm3～1018cm3范围内，厚度为200nm±20nm；
所述algan紫外吸收层的掺杂浓度在1016cm3以内，厚度为150nm±10nm；
所述二维氮化硼薄膜势垒层的掺杂浓度在1016cm3以内，厚度为30-50nm；
所述n型拓扑绝缘体可见光吸收层的掺杂浓度在1016cm3以内。
所述n型拓扑绝缘体薄膜接触层的掺杂浓度在1018cm3以上，厚度10nm到30nm。
其中，所述n型gan接触层、n型algan匹配层及algan紫外吸收层通过mbe技术在n型gan衬底上依次外延生长而成。
其中，所述下金属电极层、上金属电极层的环状电极直径依次减小。
其中，所述所述n型拓扑绝缘体薄膜接触层为硒化铋或铋氧硒薄膜层，厚度10nm到60nm；
其中，所述二维氮化硼薄膜势垒层、n型拓扑绝缘体薄膜接触层采用薄膜转移方法制备在n型algan吸收层之上。
其中，所述algan紫外吸收层禁带宽度在3.4-6.2ev范围内；
其中，所述拓扑绝缘体薄膜层的禁带宽度在1.2-3.4ev范围内；
其中，所述下金属电极层、上金属电极层为：ti和au电极，下层ti厚度为20-40nm，上层au厚度为60-120nm。
其中，所述钝化层材料氧化硅、氮化硅、聚酰亚胺或bcb。
(三)有益效果
针对以上技术缺陷及改进需求，本发明提供一种能够多波段响应的可见-紫外双色探测器，该探测器将algan材料与拓扑绝缘体薄膜材料进行集成，将algan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，解决了单一材料的光探测器响应受限、探测波段有限等一系列问题，既能保证器件具有快速、宽带响应、低暗电流等特性，同时采用纵向垂直器件结构，又可以提高器件的单片集成度。
与现有技术相比较，本发明所采用的algan材料在紫外波段的光吸收特性好，响应度高，拓扑绝缘体薄膜材料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；
本发明采用纵向垂直的n型algan材料/bn/n型拓扑绝缘体薄膜材料异质结结构，通过调节上下电极所加的偏压实现双波段探测，此外采用nbn型单一载流子探测结构，主要依赖少子空穴输运产生光生电流，可以降低产生复合电流和表面漏电流。
采用纵向垂直的n型algan材料/bn/n型拓扑绝缘体薄膜材料异质结结构可提高器件响应度，解决基于单一材料体系的光探测器光响应度低、波段范围窄、难以集成等问题，具有实现宽谱探测器的巨大潜力。
附图说明
图1为本发明实施例提出的一种可见-紫外双色探测器的截面图。
图2为本发明实施例提出的一种可见-紫外双色探测器的俯视图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
近年来，二维层状材料引起了人们极大的关注，尤其是二维材料表面上的自由悬挂键使得它们可以与其他半导体结合，克服晶格的限制，为多波段探测器工实现提供了理想的设计平台。尤其是铋化物拓扑绝缘体具有超高电子迁移率、合适带隙、环境稳定和可批量制备特点的全新二维半导体芯片材料(硒氧化铋和硒氧化铋)，能隙在0.91-2.3ev可调，在可见光探测方面展现出优异性能。因此通过构建铋化物拓扑绝缘体薄膜与gan异质结器件可以实现高性能的可调控的紫外-可见双色集成探测。
为解决上述技术问题，本发明提供一种可见-紫外双色探测器，如图1所示，所述可见-紫外双色探测器采用纵向集成结构，包括：n型gan衬底、n型gan接触层、下金属电极层、n型algan匹配层、algan紫外吸收层、二维氮化硼薄膜势垒层、n型拓扑绝缘体可见光吸收层、n型拓扑绝缘体薄膜接触层、上金属电极层及钝化层；
所述n型gan接触层外延于n型gan衬底之上；
所述下金属电极层设置在n型gan接触层上表面，为环状电极，带有n型焊盘；
所述n型algan匹配层设置在n型gan接触层之上，并位于环状的下金属电极层以内区域；
所述algan紫外吸收层外延于n型algan匹配层之上；
所述二维氮化硼薄膜势垒层设置在algan紫外吸收层之上；
所述n型拓扑绝缘体可见光吸收层设置在二维氮化硼薄膜势垒层之上；
所述n型拓扑绝缘体薄膜接触层设置在n型拓扑绝缘体可见光吸收层之上；
所述上金属电极层设置在n型拓扑绝缘体薄膜接触层之上，为环状电极，带有n型焊盘；
所述钝化层设置在n型algan匹配层、algan紫外吸收层、二维氮化硼薄膜势垒层、n型拓扑绝缘体可见光吸收层、n型拓扑绝缘体薄膜接触层的侧壁，以及n型gan接触层和n型拓扑绝缘体薄膜接触层的上表面中未覆盖电极的区域。
其中，所述n型gan衬底厚度为0.3-0.5毫米；
所述n型gan接触层的掺杂浓度≥1018cm3，厚度为400nm±20nm；
所述n型algan匹配层，掺杂浓度在1017cm3～1018cm3范围内，厚度为200nm±20nm；
所述algan紫外吸收层的掺杂浓度在1016cm3以内，厚度为150nm±10nm；
所述二维氮化硼薄膜势垒层的掺杂浓度在1016cm3以内，厚度为30-50nm；
所述n型拓扑绝缘体可见光吸收层的掺杂浓度在1016cm3以内。
所述n型拓扑绝缘体薄膜接触层的掺杂浓度在1018cm3以上，厚度10nm到30nm。
其中，所述n型gan接触层、n型algan匹配层及algan紫外吸收层通过mbe技术在n型gan衬底上依次外延生长而成。
其中，所述下金属电极层、上金属电极层的环状电极直径依次减小。
其中，所述所述n型拓扑绝缘体薄膜接触层为硒化铋或铋氧硒薄膜层，厚度10nm到60nm；
其中，所述二维氮化硼薄膜势垒层、n型拓扑绝缘体薄膜接触层采用薄膜转移方法制备在n型algan吸收层之上。
其中，所述algan紫外吸收层禁带宽度在3.4-6.2ev范围内；
其中，所述拓扑绝缘体薄膜层的禁带宽度在1.2-3.4ev范围内；
其中，所述下金属电极层、上金属电极层为：ti和au电极，下层ti厚度为20-40nm，上层au厚度为60-120nm。
其中，所述钝化层材料氧化硅、氮化硅、聚酰亚胺或bcb。
实施例1
参见图1，本实施例提供一种可见-紫外双色探测器，自下而上依次包括n型gan衬底1、n型gan接触层2、下金属电极层3、n型algan匹配层4、algan紫外吸收层5、二维氮化硼薄膜势垒层6、拓扑绝缘体可见光吸收层7、n型拓扑绝缘体薄膜接触层8、上金属电极层10及钝化层9。
其中n型gan衬底1、n型gan接触层2、下金属电极层3、n型algan匹配层4、algan紫外吸收层5、二维氮化硼薄膜势垒层6、拓扑绝缘体可见光吸收层7及n型拓扑绝缘体薄膜接触层8之间形成异质结，并以上金属电极层和下金属电极层作为两输出级，构筑成为nbn型异质结双色探测器结构。
所述n型gan衬底1厚度为0.3-0.5毫米；
所述n型gan接触层2，掺杂浓度≥1018cm3，厚度为400nm±20nm，外延于衬底之上；
所述下金属电极层3设置在n型gan接触层上表面，为环状电极，带有n型焊盘3-1，基本结构参见图2所示；
所述n型algan匹配层4，掺杂浓度在1017cm3～1018cm3范围内，厚度为200nm±20nm，在n型gan接触层2之上，并位于环状电极以内区域；
所述algan紫外吸收层5，掺杂浓度在1016cm3以内，厚度为150nm±10nm，外延于n型algan匹配层4之上；
所述二维氮化硼薄膜势垒层6，掺杂浓度在1016cm3以内，厚度为30-50nm，设置在algan紫外吸收层5之上；
所述n型拓扑绝缘体可见光吸收层7，掺杂浓度在1016cm3以内，设置在二维氮化硼薄膜势垒层6之上；
所述n型拓扑绝缘体薄膜接触层8，掺杂浓度在1018cm3以上，厚度10nm到30nm，设置在n型拓扑绝缘体可见光吸收层7之上；
所述上金属电极层10设置在n型拓扑绝缘体薄膜接触层8之上，为环状电极，带有n型焊盘10-1，基本结构参见图2所示；
所述钝化层9设置在algan匹配层4、algan紫外吸收层5、二维氮化硼薄膜势垒层6、拓扑绝缘体可见光吸收层7、n型拓扑绝缘体薄膜接触层8等侧壁以及n型gan接触层2和n型拓扑绝缘体薄膜接触层8的上表面中未覆盖电极(3和10)的区域；
所述下金属电极层3、上金属电极层10的环状电极直径依次减小；
所述n型gan接触层2、n型algan匹配层4及algan紫外吸收层5通过mbe技术在n型gan衬底1上依次外延生长而成；
所述拓扑绝缘体薄膜层7为硒化铋或铋氧硒薄膜层，厚度10nm到60nm；
所述二维氮化硼薄膜6、拓扑绝缘体薄膜层7采用常见的薄膜转移方法制备在n型algan吸收层5之上；
所述algan吸收层5禁带宽度在3.4-6.2ev范围内；
所述扑绝缘体层7的禁带宽度在1.2-3.4ev范围内；
所述下金属电极层3、上金属电极层10为：ti和au电极，下层ti厚度为20-40nm，上层au厚度为60-120nm；
所述钝化层材料9为氧化硅、氮化硅、聚酰亚胺、bcb等。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
1.一种可见-紫外双色探测器，其特征在于，所述可见-紫外双色探测器采用纵向集成结构，包括：n型gan衬底、n型gan接触层、下金属电极层、n型algan匹配层、algan紫外吸收层、二维氮化硼薄膜势垒层、n型拓扑绝缘体可见光吸收层、n型拓扑绝缘体薄膜接触层、上金属电极层及钝化层；
所述n型gan接触层外延于n型gan衬底之上；
所述下金属电极层设置在n型gan接触层上表面，为环状电极，带有n型焊盘；
所述n型algan匹配层设置在n型gan接触层之上，并位于环状的下金属电极层以内区域；
所述algan紫外吸收层外延于n型algan匹配层之上；
所述二维氮化硼薄膜势垒层设置在algan紫外吸收层之上；
所述n型拓扑绝缘体可见光吸收层设置在二维氮化硼薄膜势垒层之上；
所述n型拓扑绝缘体薄膜接触层设置在n型拓扑绝缘体可见光吸收层之上；
所述上金属电极层设置在n型拓扑绝缘体薄膜接触层之上，为环状电极，带有n型焊盘；
所述钝化层设置在n型algan匹配层、algan紫外吸收层、二维氮化硼薄膜势垒层、n型拓扑绝缘体可见光吸收层、n型拓扑绝缘体薄膜接触层的侧壁，以及n型gan接触层和n型拓扑绝缘体薄膜接触层的上表面中未覆盖电极的区域。
2.如权利要求1所述可见-紫外双色探测器，其特征在于，所述n型gan衬底厚度为0.3-0.5毫米；
所述n型gan接触层的掺杂浓度≥1018cm3，厚度为400nm±20nm；
所述n型algan匹配层，掺杂浓度在1017cm3～1018cm3范围内，厚度为200nm±20nm；
所述algan紫外吸收层的掺杂浓度在1016cm3以内，厚度为150nm±10nm；
所述二维氮化硼薄膜势垒层的掺杂浓度在1016cm3以内，厚度为30-50nm；
所述n型拓扑绝缘体可见光吸收层的掺杂浓度在1016cm3以内。
所述n型拓扑绝缘体薄膜接触层的掺杂浓度在1018cm3以上，厚度10nm到30nm。
3.如权利要求1所述可见-紫外双色探测器，其特征在于，所述n型gan接触层、n型algan匹配层及algan紫外吸收层通过mbe技术在n型gan衬底上依次外延生长而成。
4.如权利要求1所述可见-紫外双色探测器，其特征在于，所述下金属电极层、上金属电极层的环状电极直径依次减小。
5.如权利要求1所述可见-紫外双色探测器，其特征在于，所述所述n型拓扑绝缘体薄膜接触层为硒化铋或铋氧硒薄膜层，厚度10nm到60nm。
6.如权利要求1所述可见-紫外双色探测器，其特征在于，所述二维氮化硼薄膜势垒层、n型拓扑绝缘体薄膜接触层采用薄膜转移方法制备在n型algan吸收层之上。
7.如权利要求1所述可见-紫外双色探测器，其特征在于，所述algan紫外吸收层禁带宽度在3.4-6.2ev范围内。
8.如权利要求1所述可见-紫外双色探测器，其特征在于，所述拓扑绝缘体薄膜层的禁带宽度在1.2-3.4ev范围内。
9.如权利要求1所述可见-紫外双色探测器，其特征在于，所述下金属电极层、上金属电极层为：ti和au电极，下层ti厚度为20-40nm，上层au厚度为60-120nm。
10.如权利要求1所述可见-紫外双色探测器，其特征在于，所述钝化层材料氧化硅、氮化硅、聚酰亚胺或bcb。
技术总结