CN114725235A - 双极性响应多波长光电探测器、其制作方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本申请揭示了一种双极性响应多波长光电探测器、其制作方法及应用。所述光电探测器包括第一半导体层、第二半导体层、第一电极及第二电极，所述第二半导体层与第一半导体层配合形成具有耗尽区的结构，所述第一电极、第二电极分别与第一半导体层、第二半导体层电性连接。当分别以第一波长域的光、第二波长域的光照射所述光电探测器时，所述光电探测器内能够形成不同极性的电流。本申请的光电探测器在工作时无需额外电源，能耗低，且对不同颜色的光具有可区分性，当应用于光通信系统时，能大幅简化系统结构，提高系统集成度，显著减少系统体积，优化信号传输效率，同时该光电探测器可以利用可控的半导体工艺高效制备。

Description

双极性响应多波长光电探测器、其制作方法及应用
技术领域
本申请涉及一种半导体光电探测器，具体涉及一种半导体光电探测器、其制作方法及应用，特别是在光通信系统中的应用，属于光电技术领域。
背景技术
在数字通信系统中，通常传输的信号为方波信号。不同频率的方波信号具有不同的频谱功率分布，信号频率越高，频谱能量范围越宽，需要器件在更宽的频段上响应平坦，否则会产生严重信号失真。通常器件在低频部分响应较好，随着频率升高，器件的响应能力会迅速变差，导致误码增多。因此，带宽是影响器件信号传输速率的重要参数之一。高效率的信号调制技术主要是为了实现在发送一个符号时尽可能多的传递信息，因而可以大幅度地提高信号传输速率。与传统的开关键控、脉冲位置调制等方式相比，色移键控(CSK)调制是应用于可见光通信系统(VLC)的一种新的信号调制方式，其通过光源颜色的快速变化实现信息传输，从而避开了LED响应速度慢的问题，数据传输速率高于1bit/clock，应用前景广阔。参阅图1a，CSK调制技术的主要原理如下：
调制：数据流到来后，通过“Color Coding”模块将每一个符号用一个颜色的色度表示，即每个颜色点对应的坐标(xt，yt)。包含所有颜色点的坐标系称为CSK星座图，用于实现从数据到色度的映射，图1b为4阶CSK星座图。“x-y to RGB”模块将符号对应的色度转换为RGB LED的发光功率。若选用红绿蓝三原色LED，则可通过如下方程组计算得到每个LED的发光功率。
xt＝Pit xi+Pjt xj+Pkt xk
yt＝Pit yi+Pjt yj+Pkt yk
Pit+Pjt+Pkt＝1
其中，(xi，yi)、(xj，yj)、(xk，yk)为红绿蓝三原色的色度值，Pit、Pjt、Pkt为发光功率。通过以上的方程组，可计算出RGB LED的发光功率。即数据流转换成了颜色不断变化的光，从而实现信号调制过程。
解调：信号接收端有三个带滤光片的光电倍增管，分别接收发射光信号中的红绿蓝分量。接收到的信号加上符合独立分布(Independent Identically Distributed，IID)的加性高斯白噪声(Additive White Gaussian Noise，AWGN)得到接收到的光功率Pir、Pjr、Pkr，代入以上的方程组可计算出对应颜色的色度xr，yr。“Color Decoding”模块利用最大似然判决准则，计算接收到的色度值与星座图中坐标点的欧氏距离，然后将信号判定为欧氏距离最小的星座点对应的符号，完成解调。
然而，目前CSK调制系统的信号接收端通常是由一套昂贵且复杂的滤波片和光电二极管组成的，这就导致系统的能耗、体积、复杂度和成本等都大大增加，从而严重制约了CSK信号调制系统的推广应用。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种双极性响应多波长光电探测器、其制作方法及应用，以克服现有技术中的不足。
为实现前述目的，本申请采用的技术方案包括：
本申请的一个方面提供了一种双极性响应多波长光电探测器，其包括：
第一半导体层，其能够吸收第一波长域的光及第二波长域的光并产生载流子，
第二半导体层，其与第一半导体层配合形成具有耗尽区的结构，所述第二半导体层能够吸收第二波长域的光并产生载流子，
第一电极，其与第一半导体层电性连接，
第二电极，其与第二半导体层电性连接；
并且，当以第一波长域的光照射所述探测器时，所述探测器内能够形成第一方向的电流，而当以第二波长域的光照射所述探测器时，所述探测器内能够形成第二方向的电流，所述第一波长域与第二波长域不同，所述第一方向与第二方向不同。
本申请的又一个方面提供了一种制作所述双极性响应多波长光电探测器的方法，其包括制作第一半导体层、第二半导体层、第一电极、第二电极的步骤。
本申请的再一个方面提供了一种光探测方法，其包括：以待检测光照射所述双极性响应多波长光电探测器的受光面，并依据所述探测器内产生的电流的方向判定所述待检测光的波长。
本申请的再一个方面提供了所述双极性响应多波长光电探测器在光通信领域的用途。
与现有技术相比，本申请提供的双极性响应多波长光电探测器是自驱动的，在工作时无需额外的电源，能耗低，且对不同颜色的光具有可区分性，只需通过判别器件输出电流的极性即可区分光源的波长，无需滤光片等，因而有利于大幅简化光通信系统的结构，提高系统集成度，显著减少系统体积，优化信号传输效率，同时，该探测器可以利用可控的半导体工艺高效制备，够有效地推进光通信技术的发展。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1a是现有的CSK调制系统的原理框图；
图1b是4阶CSK星座图。
图2a是本申请一实施例中一种双极性响应多波长光电探测器的剖视图；
图2b是本申请一实施例中一种双极性响应多波长光电探测器的俯视图；
图3是本申请一实施例中一种双极性响应多波长光电探测器的制备工艺流程图；
图4是本申请一实施例中一种在Ga2O3层中制作有序纳米孔阵列的工艺流程图；
图5a-图5b是本申请一实施例中一种双极性响应多波长光电探测器在不同波长紫外光照射下的电流极性变化测试图；
图6是本申请一实施例中一种双极性响应多波长光电探测器的内建电场分布图；
图7a-图7b是本申请一对照例中一种双极性响应多波长光电探测器在不同波长紫外光照射下的电流极性变化测试图；
图8a-图8b是本申请另一对照例中一种双极性响应多波长光电探测器在不同波长紫外光照射下的电流极性变化测试图；
图9是本申请一实施例中一种CSK调制系统的原理框图。
具体实施方式
通过应连同所附图式一起阅读的以下具体实施方式将更完整地理解本申请。本文中揭示本申请的详细实施例；然而，应理解，所揭示的实施例仅具本申请的示范性，本申请可以各种形式来体现。因此，本文中所揭示的特定功能细节不应解释为具有限制性，而是仅解释为权利要求书的基础且解释为用于教示所属领域的技术人员在事实上任何适当详细实施例中以不同方式采用本申请的代表性基础。
本申请的一些实施例提供的一种双极性响应多波长光电探测器包括：
第一半导体层，其能够吸收第一波长域的光及第二波长域的光并产生载流子，
第二半导体层，其与第一半导体层配合形成具有耗尽区的结构，所述第二半导体层能够吸收第二波长域的光并产生载流子，
第一电极，其与第一半导体层电性连接，
第二电极，其与第二半导体层电性连接；
并且，当以具有设定强度的第一波长域的光照射所述探测器时，所述探测器内能够形成第一方向的电流，而当以第二波长域的光照射所述探测器时，所述探测器内能够形成第二方向的电流。其中，所述第一波长域与第二波长域不同，所述第一方向与第二方向不同。所述“设定强度”是指光强度超过一预设的阈值。
在一个实施例中，所述具有耗尽区的结构包括异质结，且不限于此。
在一个实施例中，所述第一方向与第二方向相反，即相应电流的正负极性相反。
在一个实施例中，所述第二半导体层叠设在第一半导体层表面，并与第一半导体层配合形成异质结。
在一个实施例中，所述第一电极设置在第一半导体层表面，并与第一半导体层电性结合，所述第二电极设置在第二半导体层上，并与第二半导体层电性结合。
进一步的，在一些较为具体的实施例中，所述双极性响应多波长光电探测器具体包括：
第一导电类型的GaN层，
第二导电类型的Ga2O3层，其设置在所述GaN层上，并且与所述GaN层配合形成异质结，所述Ga2O3层还包含多个纳米突起部和/或多个纳米凹陷部；
第一电极，其设置在所述GaN层上，并且与所述GaN层电性接触，所述第一电极与所述Ga2O3层间隔设置；
第二电极，其设置在所述Ga2O3层上，并且与所述Ga2O3层电性接触。
其中，第一导电类型为n型或p型，相应地，第二导电类型为p型或n型。
可以认为，所述双极性响应多波长光电探测器是通过异质结的内建电场实现自驱动特性。
进一步的，所述第一电极、第二电极分别与第一半导体层、第二半导体层形成欧姆接触。
在一个实施例中，所述第一电极和第二电极在第一半导体层上的投影配合形成叉指结构。
在一个实施例中，所述第一半导体层包括p型GaN层，所述第二半导体层包括n型Ga2O3层，并且所述n型Ga2O3层包含多个纳米突起部和/或多个纳米凹陷部。
在一个实施例中，所述第一半导体层的厚度为270nm～300nm。
在一个实施例中，所述第二半导体层的厚度为180nm～220nm。
在一个实施例中，多个所述纳米凹陷部为有序排布的多个竖直纳米孔，亦即有序纳米孔阵列，所述竖直纳米孔的孔径为80～150nm、深度为70nm～100nm、相邻纳米孔的间距为450nm～550nm。
对于本申请的双极性响应多波长光电探测器来说，其工作于自驱动模式，且波长在254nm以下的紫外光通常较微弱，这往往会导致光电流和灵敏度较低，通过采用本申请的纳米孔结构可以大幅度提高薄膜的光吸收能力，进而可以显著提高薄膜的光电流和灵敏度。特别是，通过采用本申请的有序纳米孔阵列，还可以保证器件性能的均匀性。
在一个实施例中，前述有序纳米孔阵列亦可被替换为有序纳米柱阵列，该有序纳米柱阵列可以由多个竖直纳米柱有序排列形成，所述竖直纳米柱的直径为80～150nm、高度为70nm～100nm、相邻纳米柱的间距为450nm～550nm。
在一个实施例中，所述n型Ga2O3层的掺杂浓度为1×1016cm-3～1×1017cm-3。
在一个实施例中，所述p型GaN层的掺杂浓度为5×1017cm-3～5×1018cm-3。
其中，通过改变Ga2O3层的掺杂浓度及厚度和GaN层的掺杂浓度，即可改变所述探测器的内建电场的大小和分布。
在一个实施例中，所述n型Ga2O3层由ε相Ga2O3形成，其可降低与GaN之间的晶格失配。
在一个实施例中，所述第一波长域的光的波长为280nm～365nm，所述第二波长域的光的波长在254nm以下。
对于前述具体实施例中所提供的双极性响应多波长光电探测器来说，其电流极性的变化取决于扩散电流和漂移电流中的哪一个占主导地位。当第一波长域的光比较弱(光强度＜200μW.cm-2)且有第二波长域的光存在时，内建电场导致的漂移电流占主导地位，电流从氧化镓到氮化镓；当第一波长域的光比较强时(光强度＞～5mW.cm-2，尤其是大于30mW.cm-2)时，由于异质结界面出存在一些界面态，界面态会俘获光生载流子并缓慢释放，导致光生载流子的寿命显著增加，因而会积累大量的光生载流子，使得氮化镓与氧化镓中的空穴浓度梯度进一步提高，空穴向氧化镓发生扩散，形成从氮化镓向氧化镓的电流。
在一个实施例中，所述第一电极包括金属电极，例如可以采用Pd、Pt、Au或其合金，且不限于此。
在一个实施例中，所述第二电极包括石墨烯薄膜，优选为单层石墨烯(厚度约0.335nm)。石墨烯薄膜具有载流子迁移率高、高紫外光透过率(＞97.7％)及导电能力强等优势，其与电阻率较高的氧化镓配合时，能够显著地降低接触电阻，增加电流密度，提高器件灵敏度。
本申请的双极性响应多波长光电探测器是自驱动的，无需外加电源即可实现光信号的接收与转换，能耗低，响应速度快，且其对不同波长的光的区分性高。具体的，通过判断器件输出电流的正负极性即可区分信号光源的波长，无须滤光片，利于提高其应用系统的集成度、减少体积，降低成本。
本申请的一些实施例提供的一种制作所述双极性响应多波长光电探测器的方法包括：
在第一导电类型的GaN层上形成第二导电类型的Ga2O3层；
在所述Ga2O3层中加工形成有序排列的多个竖直纳米孔；
在所述GaN层上设置第一电极，并使所述第一电极与所述GaN层形成欧姆接触；以及
在所述Ga2O3层上设置第二电极，并使所述第二电极与所述Ga2O3层形成欧姆接触。
在一个实施例中，所述的制作方法具体包括：在所述Ga2O3层上设置图形化掩膜，并使所述Ga2O3层表面的选定区域从图形化掩膜中露出，之后在所述Ga2O3层表面沉积金属镓，并利用所述金属镓对使所述Ga2O3层表面的选定区域进行腐蚀，从而在所述Ga2O3层中形成多个所述的竖直纳米孔。其中，所述图形化掩膜可以是氧化硅、氮化硅、氮化铝、光刻胶等多种材质的，且不限于此。以及，所述图形化掩膜上形成有多个纳米通孔图形，每一纳米通孔图形与一竖直纳米孔对应。
在一个实施例中，所述的制作方法具体包括：在所述Ga2O3层中加工形成有序排列的多个竖直纳米孔之后，对所述Ga2O3层进行刻蚀，以将所述Ga2O3层的第一部分去除，而保留所述Ga2O3层的第二部分，所述Ga2O3层的第一部分、第二部分分别设置在所述GaN层表面的第一区域、第二区域上，从而使所述GaN层表面的第一区域暴露出，之后在所述GaN层表面的第一区域上制作第一电极。
其中，可以采用干法刻蚀或湿法腐蚀等工艺对所述Ga2O3层进行所述的刻蚀。
其中，所述第一电极可以通过蒸镀、溅射等本领域习知的方式制作。
其中，当采用石墨烯薄膜作为所述第二电极时，所述石墨烯薄膜可以是预先制备并转移到所述Ga2O3层上的，也可以是通过化学气相沉积法等直接在所述Ga2O3层上生长形成的。
本申请提供的双极性响应多波长光电探测器制作方法主要是利用可控的半导体工艺实现的，无需复杂加工设备，工艺简洁、可控性高，成本低，有利于实现探测器的阵列化、规模化和高效率的生产。
本申请的一些实施例还提供了一种光探测方法，其包括：以待检测光照射所述双极性响应多波长光电探测器的受光面，并依据所述探测器内产生的电流的方向判定所述待检测光的波长。
本申请的一些实施例还提供了一种光信号接收模块，其包括所述的双极性响应多波长光电探测器。
本申请的一些实施例还提供了一种光通信系统，包括光信号发送端和光信号接收端，所述光信号接收端包括所述双极性响应多波长光电探测器。
在一个实施例中，所述光信号发送端用于分别依据第一数据信号、第二数据信号发射第一波长域的光、第二波长域的光，实现信号调制；
所述光信号接收端用于接收所述第一波长域的光、第二波长域的光，并在所述双极性响应多波长光电探测器中相应产生第一方向的电流、第二方向的电流，再依据第一方向的电流获得第一数据信号，以及依据第二方向的电流获得第二数据信号，实现信号解调。
在一个实施例中，所述光通信系统为紫外光通信系统。
在一个实施例中，所述光通信系统的信号调制模式包括CSK模式。
在一些情况下，所述光信号通信系统也可以采用开关键控、脉冲位置调控等传统信号调制模式。
本申请中通过采用双极性响应多波长光电探测器作为光通信系统的信号接收端，利用其自驱动特性，可大幅降低系统的能耗，在无外接电源的条件下实现信号传输，同时利用其对不同波长光的特异性区分性能，可以省略滤光片、光电二极管等传统组件，显著提高光通信系统的集成度，减小其体积和成本，特别是，若与CSK信号调制方案配合，还可以充分发挥双极性响应多波长光电探测器的性能特点，实现高效、高速、低能耗和低复杂度的、光通信。
如下将结合附图及具体的实施案例来进一步详细解释本申请的技术方案。
请参阅图2a所示，本实施例提供的一种双极性响应多波长光电探测器包括依次生长在蓝宝石衬底1上的p型GaN层2、n型Ga2O3层3、设置在p型GaN层2上的第一电极4，以及设置在n型Ga2O3层3上的第二电极5。
进一步的，该p型GaN层2的掺杂浓度可以为5×1017cm-3～5×1018cm-3cm-3，厚度可以为270～300nm。该n型Ga2O3层3的掺杂浓度可以为1×1016cm-3～1×1017cm-3，厚度可以为180～220nm。
进一步的，该n型Ga2O3层3中还形成有序纳米孔阵列，其中各竖直纳米孔31的孔径为80～150nm、孔深度为70～100nm、相邻纳米孔的间距为450～550nm。以及，该n型Ga2O3层3由ε相Ga2O3组成。
进一步的，该第一电极4可以采用金属电极，例如Pd/Pt/Au电极。该第一电极4与p型GaN层2形成欧姆接触。
进一步的，该第二电极5可以采用单层石墨烯薄膜。以及，该第二电极5与n型Ga2O3层3也形成欧姆接触。
进一步的，请参阅图2b，该第一电极4、第二电极5均为插指电极，该两者在p型GaN层上的投影配合形成插指结构。
请参阅图3，一种制作所述双极性响应多波长光电探测器的方法包括如下步骤：
(1)依次在蓝宝石衬底1上生长p型GaN层2、n型Ga2O3层3；
(2)在n型Ga2O3层3中加工出有序纳米孔阵列；
(3)将n型Ga2O3层3的第一部分刻蚀去除，使p型GaN层2表面的第一区域露出，而使n型Ga2O3层3的第二部分余留在p型GaN层2表面的第二区域上；
(4)在p型GaN层2表面的第二区域上沉积电极金属，形成第一电极4；
(5)将单层石墨烯薄膜转移到有序纳米孔阵列上，形成第二电极5。
进一步的，在步骤(1)中可以采用MOCVD、PECVD等方式生长形成p型GaN层2、n型Ga2O3层3。
进一步的，在步骤(2)中可以采用电子束光刻及Ga金属自反应刻蚀技术在n型Ga2O3层3中加工出有序纳米孔阵列。
具体的，请参阅图4，该步骤(4)可以包括如下步骤：
(a)SiO2掩膜制备：采用等离子体增强化学气相沉积生长一定厚度(如20nm)的SiO2薄膜；
(b)SiO2掩模图案化：采用电子束光刻制备出所需的有序纳米孔阵列图形，随后用感应耦合等离子体(ICP)刻蚀将SiO2刻蚀为纳米孔结构；
(c)Ga金属原子填充：利用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)在SiO2纳米结构上沉积Ga原子，使Ga原子填充到SiO2掩模的纳米孔结构中；
(d)Ga金属自反应刻蚀：升高MOCVD反应室中的温度至650℃，高温下Ga金属原子与Ga2O3发生化学反应，将Ga2O3刻蚀为有序纳米孔结构；
(e)SiO2掩模去除：将样品放入BOE溶液(HF和NH4F混合液)中进行浸泡，除去表面的SiO2掩模。
该实施例中，采用Ga金属自反应刻蚀后刻蚀损伤小，界面态低，不会导致响应时间的增加。
进一步的，在步骤(3)中可以采用ICP刻蚀设备对Ga2O3层进行刻蚀，以将其第一部分去除。
进一步的，在步骤(4)中可以采用电子束蒸发在GaN层2表面的第一区域上沉积金属Pd/Pt/Au，金属沉积后进行退火以便合金化，从而形成第一电极4。
进一步的，在步骤(4)中可以在Ga2O3层3中的有序纳米孔结构上定向转移单层石墨烯薄膜，并利用紫外光刻技术将该单层石墨烯薄膜制备成插指电极结构，即，形成第二电极5。
如下对本实施例的一个双极性响应多波长光电探测器样品的性能进行测试。该样品中，p型GaN层的厚度约为300nm，其中激活后的空穴浓度约为1×1017cm-3，n型Ga2O3层由ε相Ga2O3组成，厚度约为220nm，其中是通过离子注入或MOCVD进行Si掺杂来调控异质结的内建电场，掺杂浓度约为1×1017cm-3。有序纳米孔阵列中竖直纳米孔的孔径约80nm、深度约100nm、相邻纳米孔的间距约500nm。
请参阅图5a-图5b，当以波长约254nm的紫外光照射该样品时，其内部产生正极性的电流。而当以足够强(例如光强度＞30mW)且波长约365nm的紫外光照射该样品时，其内部产生负极性的电流。也就是，通过改变入射光的波长，该样品内的电流会发生极性变化。这种电流极性的反转可能是由波长约365nm的紫外光的单边大注入效应引起的，也就是，该样品在波长约365nm的紫外光强光照射下，光生载流子的浓度超过GaN热平衡下的载流子浓度，导致空穴扩散电流占据主导地位。
该样品采用准垂直结构，其第一电极到第二半导体层之间的界面为耗尽区，有利于光生载流子的分离与收集。进一步的，该样品中，Ga2O3/GaN异质结内建电场分布如图6所示。
作为对照，还参照前述样品的制备方法制备了一对照例产品1，其中省略了在n型Ga2O3层中加工出有序纳米孔阵列的步骤。因此，该对照例产品1的结构与前述样品的结构基本相同，区别仅在于，n型Ga2O3层是平整致密的。
请参阅图7a-图7b，当分别以波长约254nm的紫外光、足够强(例如光强度＞30mW)且波长约365nm的紫外光照射该对照例产品1时，其内部虽然也可以相应产生正、负极性的电流，但电流强度显著降低。
另外，还参照前述样品的制备方法制备了一对照例产品2，该对照例产品2的结构与前述样品的结构基本相同，区别仅在于，其中以钛/金电极替代了单层石墨烯薄膜。请参阅图8a-图8b，当分别以波长约254nm的紫外光、足够强(例如光强度＞30mW)且波长约365nm的紫外光照射该对照例产品2时，其内部产生的正、负极性的电流强度也大幅降低。
利用本实施例双极性响应多波长光电探测器的这种自驱动、双极性的特性，可以将其作为不同波长紫外光的探测器，也可以将其作为光通信系统的信号接收端，由此构建紫外光通信系统。
例如，请参阅图9示出了一种CSK信号调制系统，其光信号发射端包括颜色编码(color coding)模块、色度-光强转换(x-y to RGB)模块等，光信号接收端包括所述双极性响应多波长光电探测器(图8中简称“探测器”)及颜色解码(color decoding)模块。
该CSK信号调制系统的工作原理大致如下：
调制过程：数据流到来后，通过颜色编码模块分别将“1”、“-1”符号用相应的颜色的色度(xt，yt)表示。分别将254nm和365nm作为中心波长进行颜色编码，绘制CSK星座图，相应的色度值为(xi，yi)和(xj，yj)。x-y to RGB转换模块将符号对应的色度转换为紫外LED的发光功率。可通过求解上文中的方程组，计算得到每个紫外LED的发光功率。即数据流转换成了颜色不断变化的紫外光，从而实现信号调制过程。
解调过程：在无滤光片的情况下，当探测器接收到中心波长约为254nm的光源信号时，电流为正极性；当接收到中心波长约为365nm的光源信号时，电流为负极性。通过判断电流的正负极性，判定信号为“1”或“-1”，完成解调。
该CSK信号调制系统通过在其信号接收端采用所述双极性响应多波长光电探测器，并以其取代滤光片及光电二极管等，一方面大大提高了系统集成度，降低了系统体积及复杂度，另一方面无需外加电源即可实现信号的接收与转换，大大降低了系统能耗，此外通过控制入射光的波长和光强度，特别是光强度，即可改变探测器输出电流的正负极性，实现对光源信号的解调，解调过程中无需依据星座图计算光强，大大简化了解调电路，提高了信号的传输效率，最终可以实现高效、高速、低能耗和低复杂度的紫外光通讯。
尽管已参考说明性实施例描述了本申请，但所属领域的技术人员将理解，在不背离本申请的精神及范围的情况下可做出各种其它改变、省略及/或添加且可用实质等效物替代所述实施例的元件。另外，可在不背离本申请的范围的情况下做出许多修改以使特定情形或材料适应本申请的教示。因此，本文并不打算将本申请限制于用于执行本申请的所揭示特定实施例，而是打算使本申请将包含归属于所附权利要求书的范围内的所有实施例。

Claims (18)

1.一种双极性响应多波长光电探测器，其特征在于，包括：
第一半导体层，其能够吸收第一波长域的光及第二波长域的光并产生载流子，
第二半导体层，其与第一半导体层配合形成具有耗尽区的结构，所述第二半导体层能够吸收第二波长域的光并产生载流子，
第一电极，其与第一半导体层电性连接，
第二电极，其与第二半导体层电性连接；
并且，当以具有设定强度的第一波长域的光照射所述探测器时，所述探测器内能够形成第一方向的电流，而当以第二波长域的光照射所述探测器时，所述探测器内能够形成第二方向的电流，所述第一波长域与第二波长域不同，所述第一方向与第二方向不同。
2.根据权利要求1所述的双极性响应多波长光电探测器，其特征在于，所述具有耗尽区的结构包括异质结；和/或，所述第一方向与第二方向相反；和/或，所述设定强度＞5mW.cm-2。
3.根据权利要求2所述的双极性响应多波长光电探测器，其特征在于，所述第二半导体层叠设在第一半导体层表面，并与第一半导体层配合形成异质结；和/或，所述第一电极设置在第一半导体层表面，并与第一半导体层电性结合，所述第二电极设置在第二半导体层上，并与第二半导体层电性结合。
4.根据权利要求3所述的双极性响应多波长光电探测器，其特征在于，所述第一电极、第二电极分别与第一半导体层、第二半导体层形成欧姆接触；和/或，所述第一电极和第二电极在第一半导体层上的投影配合形成叉指结构。
5.根据权利要求3所述的双极性响应多波长光电探测器，其特征在于，所述第一半导体层包括p型GaN层，所述第二半导体层包括n型Ga2O3层，并且所述n型Ga2O3层包含多个纳米突起部和/或多个纳米凹陷部。
6.根据权利要求5所述的双极性响应多波长光电探测器，其特征在于，所述第一半导体层的厚度为270nm～300nm；和/或，所述第二半导体层的厚度为180nm～220nm；和/或，多个所述纳米凹陷部为有序排布的多个竖直纳米孔，所述竖直纳米孔的孔径为80～150nm、深度为70nm～100nm、相邻纳米孔的间距为450nm～550nm；和/或，所述n型Ga2O3层的掺杂浓度为1×1016cm-3～1×1017cm-3；和/或，所述p型GaN层的掺杂浓度为5×1017cm-3～5×1018cm-3；和/或，所述n型Ga2O3层由ε相Ga2O3形成；和/或，所述第一波长域的光的波长为280nm～365nm，所述第二波长域的光的波长在254nm以下。
7.根据权利要求3所述的双极性响应多波长光电探测器，其特征在于，所述第一电极包括金属电极；和/或，所述第二电极包括石墨烯薄膜。
8.一种双极性响应多波长光电探测器，其特征在于，包括：
第一导电类型的GaN层，
第二导电类型的Ga2O3层，其设置在所述GaN层上，并且与所述GaN层配合形成异质结，所述Ga2O3层还包含多个纳米突起部和/或多个纳米凹陷部；
第一电极，其设置在所述GaN层上，并且与所述GaN层电性接触，所述第一电极与所述Ga2O3层间隔设置；
第二电极，其设置在所述Ga2O3层上，并且与所述Ga2O3层电性接触。
9.根据权利要求8所述的双极性响应多波长光电探测器，其特征在于，所述第一电极和第二电极在第一半导体层上的投影配合形成叉指结构；和/或，所述第一电极与所述GaN层形成欧姆接触，所述第二电极与所述Ga2O3层形成欧姆接触。
10.根据权利要求8所述的双极性响应多波长光电探测器，其特征在于，多个所述纳米凹陷部为有序排布的多个竖直纳米孔，所述竖直纳米孔的孔径为80～150nm、深度为70nm～100nm、相邻纳米孔的间距为450nm～550nm；和/或，所述Ga2O3层为n型，且掺杂浓度为1×1016cm-3～1×1017cm-3；和/或，所述GaN层为p型，且掺杂浓度为5×1017cm-3～5×1018cm-3；和/或，所述Ga2O3层由ε相Ga2O3形成；和/或，所述第一半导体层的厚度为270nm～300nm；和/或，所述第二半导体层的厚度为180nm～220nm。
11.权利要求8-10中任一项所述双极性响应多波长光电探测器的制作方法，其特征在于，包括：
在第一导电类型的GaN层上形成第二导电类型的Ga2O3层；
在所述Ga2O3层中加工形成有序排列的多个竖直纳米孔；
在所述GaN层上设置第一电极，并使所述第一电极与所述GaN层形成欧姆接触；以及
在所述Ga2O3层上设置第二电极，并使所述第二电极与所述Ga2O3层形成欧姆接触。
12.根据权利要求11所述的制作方法，其特征在于，具体包括：在所述Ga2O3层上设置图形化掩膜，并使所述Ga2O3层表面的选定区域从图形化掩膜中露出，之后在所述Ga2O3层表面沉积金属镓，并利用所述金属镓对使所述Ga2O3层表面的选定区域进行腐蚀，从而在所述Ga2O3层中形成多个所述的竖直纳米孔。
13.根据权利要求11所述的制作方法，其特征在于，具体包括：在所述Ga2O3层中加工形成有序排列的多个竖直纳米孔之后，对所述Ga2O3层进行刻蚀，以将所述Ga2O3层的第一部分去除，而保留所述Ga2O3层的第二部分，所述Ga2O3层的第一部分、第二部分分别设置在所述GaN层表面的第一区域、第二区域上，从而使所述GaN层表面的第一区域暴露出，之后在所述GaN层表面的第一区域上制作第一电极。
14.一种光探测方法，其特征在于，包括：以待检测光照射权利要求1-10中任一项所述双极性响应多波长光电探测器的受光面，并依据所述探测器内产生的电流的方向判定所述待检测光的波长。
15.一种光信号接收模块，其特征在于，包括权利要求1-10中任一项所述的双极性响应多波长光电探测器。
16.一种光通信系统，包括光信号发送端和光信号接收端，其特征在于，所述光信号接收端包括权利要求1-10中任一项所述双极性响应多波长光电探测器。
17.根据权利要求16所述的光通信系统，其特征在于，所述光信号发送端用于分别依据第一数据信号、第二数据信号发射第一波长域的光、第二波长域的光，实现信号调制；
所述光信号接收端用于接收所述第一波长域的光、第二波长域的光，并在所述双极性响应多波长光电探测器中相应产生第一方向的电流、第二方向的电流，再依据第一方向的电流获得第一数据信号，以及依据第二方向的电流获得第二数据信号，实现信号解调。
18.根据权利要求16所述的光通信系统，其特征在于，所述光通信系统为紫外光通信系统；和/或，所述光通信系统的信号调制模式包括CSK模式。
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