一种双通道宽光谱探测器及其制备方法技术

一种双通道宽光谱探测器及其制备方法，该双通道宽光谱探测器包括衬底和台体结构，所述台体结构包括依次层叠于衬底上的下电极接触层、第一吸收层、中电极接触层、隔离层、第二吸收层、上电极接触层，其中，在上电极接触层顶部形成上台面，在中电极接触层形成有中台面，在下电极接触层形成有下台面，上电极、中电极和底电极，分别设置于上台面、中台面和下台面上，分别与上电极接触层、中电极接触层上电极接触层电连接，该双通道宽光谱探测器可以用于宽光谱探测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体器件领域，具体涉及一种双通道宽光谱探测器及其制备方法。
技术介绍
现有的红外探测器，材料体系主要有两类：碲镉汞材料以及基于GaSb基的超晶格或量子阱。对于碲镉汞材料，其对响应光谱的调节，主要是依靠三种材料的不同组分来实现的。所以对于同一组分的材料，其响应光谱也是确定，并且局限在很小的光谱范围内。且碲镉汞材料还存在着不均匀性的缺点。而基于GaSb基的超晶格如InAs/GaSb II类超晶格，主要是利用了超晶格能带便于调整的特性，只是通过改变不同层的厚度，就可以实现从短波到甚长波这样一个相当宽的光谱的响应。但是囿于超晶格的性质，这类单一吸收区的探测器并不能实现很宽的光谱响应，只是对红外中的某一波段实现探测。同时由于InAs及GaSb材料特性，无法将响应波段拓展到可见光范围内。为了实现这种宽光谱的探测，通常的做法是将两个或以上的单一波段的探测器，通过机械的方法叠加到一起，如：红外透射硅光电二极管安装在红外探测器象元之上。但这样既增加的成本，也不利于使用中的便利。所以实现宽光谱响应的探测器还需要进一步的完善。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题鉴于上述技术问题，为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提出了一种双通道宽光谱探测器，可以在常温下实现宽光谱的探测。(二)技术方案根据本专利技术的一个方面，提供了一种双通道宽光谱探测器。该双通道宽光谱探测器包括衬底和台体结构，所述台体结构包括依次层叠于衬底上的下电极接触层、第一吸收层、中电极接触层、隔离层、第二吸收层、上电极接触层，其中，在上电极接触层顶部形成上台面，在中电极接触层形
成有中台面，在下电极接触层形成有下台面，上电极、中电极和底电极，分别设置于上台面、中台面和下台面上，分别与上电极接触层、中电极接触层上电极接触层电连接。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种制备双通道宽光谱探测器的制备方法，包括：在衬底上依次生长下电极接触层、第一吸收层、中电极接触层、隔离层、第二吸收层、上电极接触层；通过半导体工艺如光刻、刻蚀等形成具有上台面、中台面及下台面的所述台体结构；在上台面、中台面及下台面上分别形成上电极、中电极及下电极。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术具有以下有益效果：(1)两个PIN结构反接，形成N-I-P-P-I-N的结构，做成三电极，上-中电极以及中-下电极分别对应两个波段，提取两个波段的信号，加以复合处理最终得到拓宽的响应光谱；(2)中电极做到了p型的GaSb层上，不会对载流子的输运产生阻碍，有利于提高光生载流子的收集效率。附图说明图1为本专利技术实施例中双通道宽光谱探测器的结构示意图；图2为制备本专利技术实施例中双通道宽光谱探测器的流程图。【主要元件】1-衬底； 2-下电极接触层； 3第一吸收层；4-中电极接触层； 5-隔离层； 6-第二吸收层；7-上电极接触层； 8-上电极； 9-中电极；10-下电极； 11-钝化层。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。本专利技术实施例提供了一种双通道宽光谱探测器，如图1所示，该双通道宽光谱探测器包括一衬底1，及依次设置于衬底1上的下电极接触层2、第一吸收层3、中电极接触层4、隔离层5、第二吸收层6、上电极接触层
7。其中，上电极8、中电极9、底电极10分别与上电极接触层7、中电极接触层4、上电极接触层2电连接。采用了N-I-P-P-I-N的结构，上-中电极以及中-下电极分别对应两个波段，提取两个波段的信号，从而加以复合处理最终得到拓宽的响应光谱。具体的，所述衬底1的材料为半绝缘型即SI型GaAs，主要作用是作为外延层生长的基底，在外延之前经过420℃除气40～90min以及690℃脱氧5min，除此之外，衬底1还可以选择GaSb或n型掺杂GsAs等衬底；所述下电极接触层2，形成在衬底1上，所述下电极接触层2的材料为n型掺杂的GaSb，掺杂浓度为1.5×1018～4×1018cm-3，厚度为450～750nm，优选为500nm，主要作用是与下电极材料形成低电阻的欧姆接触；请参照图1，所述第一吸收层3，形成在下电极接触层2上，由非故意掺杂的GaSb材料构成，主要对近红外及中波红外的光信号吸收，产生光生载流子，厚度为500～1000nm，优选为750nm；在第一吸收区3形成有中电极接触层4，形成在上，所述中电极接触层4的材料为GaSb，Be掺杂，浓度为p型2×1018～5×1018cm-3，厚度为优选500～750nm，最优为600nm，主要作用是为了与中电极材料形成欧姆接触，并作为GaSb通道中PIN结构中的P型结构；所述隔离层5形成在中电极接触层4上，所述隔离层5的材料为p型掺杂的GaAs，掺杂浓度为2×1018～5×1018cm-3，厚度为200～400nm，优选为300nm，作为GaAs通道中PIN结构的P型结构；所述第二吸收层6，形成在隔离层5上，所述第二吸收层6的材料为非故意掺杂的GaAs，厚度为750～1500nm，优选为1000nm，主要作用是吸收波长位于可见光区域甚至更短波长的光，产生光生载流子；所述上电极接触层7，形成在吸收层6上，所述上电极接触层7的材料为n型GaAs，掺杂浓度为2×1018～5×1018em-3，厚度为200～400nm，优选为350nm，主要作用是形成低电阻的上电极欧姆接触，利于在外加偏压下对光生载流子的收集；所述上电极8，设置在上电极接触层7上，所述上电极8的材料为Ti/Pt/Au，形状为环形，主要作用是形成电极，便于与外电路连接；所述中电极9，设置在中电极接触层4上，所述中电极9的材料为Ti/Pt/Au，形状为环形，主要作用是形成电极，便于与外电路连接；所述底电极10，形状为环形，设置在底电极接触层2上，所述中电极10的材料为Ti/Pt/Au，主要作用是形成电极，便于与外电路连接；双通道宽光谱探测器呈由下之上依次缩小的三层台体结构，将外延层刻蚀至底电极接触层2的厚度方向上的一部分形成下台面，将外延层刻蚀至中电极接触层4的厚度方向上的一部分部分形成中台面，未刻蚀的上电极接触层7的顶部即为上台面，其中在上电极8、中电极9、下电极10分别设置在各台面上表面。双通道宽光谱探测器还包括一钝化层11，通常选用SiO2材料，其通过PECVD制作在探测器上表面及侧壁表面，覆盖因刻蚀而露出的材料，其主要作用是形成钝化层，降低器件的表面漏电流，其厚度为150～500nm，优选为200nm。本领域技术人员应当了解，上电极8、中电极9、下电极10并不限于实施例中选用的材料，它们还可以采用Au/Ge/Ni等材料，上文中所述的环形可以为圆环形、椭圆环形或者多边环形。本专利技术通过选择两种外延过程已经十分成熟且同为III-V族化合物半导体材料，即GaSb及GaAs，从而降低了材料外延过程中的难度，同时这两种材料的禁带宽度又相差较大，这样就使得在同一器件中合成两种波段成为可能，本领域技术人员应当理解，本专利技术并不限于上述两种材料。一般认为，在材料外延过程中，当晶格匹配度|σ|≤5％，外延本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双通道宽光谱探测器，其特征在于，包括：衬底(1)；台体结构，包括：依次层叠于衬底(1)上的下电极接触层(2)、第一吸收层(3)、中电极接触层(4)、隔离层(5)、第二吸收层(6)、上电极接触层(7)，其中，在上电极接触层(7)顶部形成上台面，在中电极接触层(4)形成有中台面，在下电极接触层(2)形成有下台面；上电极(8)、中电极(9)和底电极(10)，分别设置于所述上台面、中台面和下台面上，与所述上电极接触层(7)、中电极接触层(4)、上电极接触层(2)电连接。

【技术特征摘要】
1.一种双通道宽光谱探测器，其特征在于，包括：衬底(1)；台体结构，包括：依次层叠于衬底(1)上的下电极接触层(2)、第一吸收层(3)、中电极接触层(4)、隔离层(5)、第二吸收层(6)、上电极接触层(7)，其中，在上电极接触层(7)顶部形成上台面，在中电极接触层(4)形成有中台面，在下电极接触层(2)形成有下台面；上电极(8)、中电极(9)和底电极(10)，分别设置于所述上台面、中台面和下台面上，与所述上电极接触层(7)、中电极接触层(4)、上电极接触层(2)电连接。2.根据权利要求1所述的双通道宽光谱探测器，其特征在于，还包括：钝化层(11)，覆盖层叠结构的部分上表面及部分侧壁。3.根据权利要求1或2所述的双通道宽光谱探测器，其特征在于：所述下电极接触层(2)材料为n型掺杂的GaSb，掺杂浓度为1.5×1018～4×1018cm-3，厚度为450～750nm；所述中电极接触层(4)为p型掺杂的GaSb，掺杂浓度为2×1018～5×1018cm-3，厚度为500～750nm；所述上电极接触层(7)材料为n型掺杂的GaSb，掺杂浓度为2×1018～5×1018cm-3，厚度为200～400nm。4.根据权利要求1或2所述的双通道宽光谱探测器，其特征在于：所述第一吸收层(3)为非故意掺杂的GaSb，厚度为500～1000nm，用于吸收近红外及中波红外的光信号，产生光生载流子；所述第二吸收层(6)为非故意掺杂的GaAs，厚度为750～1500nm，吸收波长位于可见光...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩玺，徐应强，王国伟，向伟，郝宏玥，牛智川，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11