[發明專利]一種可見光與近紅外光的雙波段光電探測器及其制備方法

在審

• 申請號: 201910713693.1
• 申請日: 2019-08-02
• 公開（公告）號: CN110581197A
• 公開（公告）日: 2019-12-17
• 發明（設計）人: 陳宜方;鄧嘉男;陸冰睿
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H01L31/113
• 分類號: H01L31/113;H01L31/0304;H01L31/18
• 代理公司: 31200 上海正旦專利代理有限公司
• 代理人: 陸飛;陸尤

1. 一種可見光與近紅外光的雙波段光電探測器件，其特征在于，是基于二維TMDCs/InGaAs/InAlAs異質結的可見光與近紅外光的雙波段光電探測器件；其中，二維TMDCs是可見光敏感層，InGaAs是溝道層，同時也是近紅外光敏感層；TMDs與InGaAs為n型摻雜，InAlAs為本征摻雜，TMDCs與InGaAs/InAlAs接觸時，產生一個沒有內建電場的n-i-n型異質結；當可見光入射到器件表面時，TMDCs中產生的電子或空穴被頂柵電極收集，從而改變InGaAs/InAlAs中的二維電子氣濃度，引起驅動電流的變化；當近紅外光入射到器件表面時，光生的電子或者空穴僅在InGaAs溝道層中產生，而TMDs對近紅外光不敏感，相當于一個金屬電極，由于InGaAs本身的能帶彎曲，器件內部存在自放大效應，從而導致光生電流的增加。

2.根據權利要求1所述的可見光與近紅外光的雙波段光電探測器件，其特征在于，InGaAs溝道兩端中任意一端都與TMDCs之間存在n-i-n結，器件整體上呈現類似一個靠柵極電阻調控的場效應晶體管。

3.如權利要求1所述的可見光與近紅外光的雙波段光電探測器件的制備方法，其特征在于，具體步驟為：

（1）將InGaAs/InAlAs外延材料作為襯底；

（2）將所述InGaAs/InAlAs形成圖形結構，去除溝道區域外的半導體薄膜層，形成電學隔離臺面；

（3）在所述InGaAs/InAlAs圖形結構表面形成源漏電極層；

（4）將二維TMDCs薄膜直接生長或者轉移至所述InAlAs圖形結構表面，以覆蓋所述半導體薄膜導電溝道；

（5）在所述TMDs末端形成柵電極層。

4.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述InGaAs/InAlAs材料利用分子束外延或者金屬化學氣相外延制備得到，以InP、GaAs、InAlAs、InGaAs中的任意一種或者它們組成的復合結構作為襯底，同時也作為初始材料的緩沖層與帽層。

5.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述InGaAs溝道層與InAlAs勢壘層中的InAs、GaAs、AlAs組分任意可調。

6. 根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述InGaAs溝道層為本征或輕摻雜，摻雜濃度為10¹⁴-10¹⁸ cm^-3，InGaAs溝道層厚度5-30 nm。

7. 根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述InAlAs勢壘層原為本征摻雜，中間任意位置插入一層n型摻雜，濃度為10¹⁹-10²⁰ cm^-3，摻雜厚度1-2 nm，原InAlAs勢壘層厚度8-20 nm。

8. 根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述二維TMDCs薄膜為MoS₂、MoSe₂、WS₂、WSe₂中的其中一種,以及它們的合金中的任一種，二維TMDCs薄膜厚度0.6-100 nm。