CN116565055A - 一种双色红外雪崩光电探测器及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种双色红外雪崩光电探测器，包括：衬底，在衬底上依次外延生长的长波通道接触层、长波通道倍增层、长波通道电荷层、长波通道渐变层、长波通道吸收层和中长波通道接触层；在中长波通道接触层上依次外延生长的中波通道吸收层、中波通道渐变层、中波通道电荷层、中波通道倍增层和中波通道接触层；中波通道接触层上制备第一电极，中长波通道接触层上制备第二电极，长波通道接触层上制备第三电极。本发明采用两个PN结构造，每个PN结对应一个吸收波段，并采用合理的吸收区材料使得对应波段性能达到最佳，实现中波和长波的高灵敏低噪声的探测。

Description

一种双色红外雪崩光电探测器及其制备方法
技术领域
本发明涉及光电探测器技术领域，特别是涉及一种双色红外雪崩光电探测器及其制备方法。
背景技术
红外雪崩光电探测器(APD)通过将检测级与增益级集成在单个器件中，它具有在部增加检测器电路复杂性的情况下放大微弱信号的独特优点，在微弱信号检测系统中发挥着关键作用。在红外波段主要应用于现代激光探测、精密激光探测、武器系统和三维激光成像探测等方面。近年来，由于受国际武器贸易条例约束，国外将红外探测器列为重要军事装备，并严禁出口我国。为了提高我国红外天文弱光信号探测研究水平，针对高灵敏度、高性能、噪声小的红外雪崩光电探测器已成为热点之一。
PIN光电二极管是最早发现在高反偏压下具有增益效果，结构简单且易实现，随着APD结构技术不断成熟而不断改进，从PIN结构依次发展至SAM-APD结构、SAGM-APD结构和SAGCM-APD结构，不断完善。InAs/GaSb超晶格材料作为吸收层的吸收波长大小包括短波至长波，但是在中波波段，InAs/InAsSb超晶格材料较InAs/GaSb超晶格吸收系数大，少子寿命长。在SAGCM-APD结构中，其吸收层与倍增层之间存在带隙差，而AlxIn1-xAsySb1-y材料具有广泛可调谐的直接带隙，通过调整Al的组分降低带隙差。
发明内容
为了解决现有技术中光电探测器无法同时探测探测中、长波段的弱光信息的技术问题，本发明的一个目的在于提供一种双色红外雪崩光电探测器，所述光电探测器包括：衬底，
在所述衬底上依次外延生长的长波通道接触层、长波通道倍增层、长波通道电荷层、长波通道渐变层、长波通道吸收层和中长波通道接触层；
在所述中长波通道接触层上依次外延生长的中波通道吸收层、中波通道渐变层、中波通道电荷层、中波通道倍增层和中波通道接触层；
所述中波通道接触层上制备第一电极，所述中长波通道接触层上制备第二电极，所述长波通道接触层上制备第三电极。
进一步地，所述衬底为GaSb材料；
所述长波通道接触层为N型GaSb材料，厚度介于400nm～600nm之间，掺杂浓度为2×1018cm-3～5×1018cm-3；
所述长波通道倍增层为非故意掺杂的AlxIn1-xAsySb1-y材料，厚度介于400nm～2000nm之间，其中，Al组分x以及As组分y满足关系式：
y＝(0.3835-0.3439x)(0.053x+0.4211)，Al组分满足：0.7≤x≤1；
所述长波通道电荷层为AlxIn1-xAsySb1-y材料，厚度介于40nm～200nm之间，掺杂类型为P型掺杂，掺杂浓度为1×1017cm-3～1×1018cm-3，Al组分满足：0.7≤x≤1；
所述长波通道渐变层为非故意掺杂的AlxIn1-xAsySb1-y材料，厚度介于20nm～100nm之间，Al组分满足：0≤x≤1；
所述长波通道吸收层为非故意掺杂的InAs/GaSb材料，厚度介于1000nm～5000nm之间；
所述中长波通道接触层为P型GaSb材料，厚度介于500nm～2000nm之间，掺杂浓度为2×1018cm-3～5×1018cm-3；
所述中波通道吸收层为非故意掺杂的InAs/InAsSb材料，厚度介于1000nm～3000nm之间；
所述中波通道渐变层为非故意掺杂的AlxIn1-xAsySb1-y材料，厚度介于20nm～100nm之间，Al组分满足：0≤x≤1；
所述中波通道电荷层为AlxIn1-xAsySb1-y材料，厚度介于40nm～200nm之间，掺杂类型为P型掺杂，掺杂浓度为1×1017cm-3～1×1018cm-3，Al组分满足：0.4≤x≤1；
所述中波通道倍增层为非故意掺杂的AlxIn1-xAsySb1-y材料，厚度介于400nm～2000nm之间，Al组分满足：0.4≤x≤1；
所述中波通道接触层为N型GaSb材料，厚度介于500nm～1000nm之间，掺杂浓度为2×1018cm-3～5×1018cm-3。
进一步地，所述第一电极为N型，所述第二电极为P型，所述第三电极为N型。
本发明的另一个方面在于提供一种双色红外雪崩光电探测器的制备方法，所述制备方法包括如下方法步骤：
S1、制备外延片并刻蚀第一台面和第二台面，包括：
制备外延片：在衬底上依次外延生长的长波通道接触层、长波通道倍增层、长波通道电荷层、长波通道渐变层、长波通道吸收层和中长波通道接触层；
在所述中长波通道接触层上依次外延生长的中波通道吸收层、中波通道渐变层、中波通道电荷层、中波通道倍增层和中波通道接触层；
在外延片上刻蚀第一台面和第二台面；
S2、在外延片上刻蚀第一刻蚀孔、第二刻蚀孔和第三刻蚀孔，包括：
在外延片上制备钝化层，在所述钝化层上刻蚀第一刻蚀孔、第二刻蚀孔和第三刻蚀孔；
S3、在第一刻蚀孔、第二刻蚀孔和第三刻蚀孔制备第一电极、第二电极，和第三电极，包括：
在钝化层上沉积金属Ti和金属Au，剥离第一刻蚀孔、第二刻蚀孔和第三刻蚀孔外的非电极金属Ti和金属Au。
进一步地，在步骤S1中，在刻蚀第一台面和第二台面之前，通过紫外光刻或者干法刻蚀或者湿法腐蚀，在外延片上进行浅刻蚀对准标记，刻蚀深度不大于200nm。
进一步地，在步骤S1中，由中波通道接触层刻蚀至中长波通道接触层，得到第一台面；
由中长波通道接触层刻蚀至长波通道接触层，得到第二台面；
进一步地，在步骤S2中，在外延片采用化学气相沉积(PECVD)或原子层沉积(ALD)的方法制作钝化层。
进一步地，所述钝化层材料选用Al2O3、SiO2或Si2N3中的一种或者多种。
进一步地，在步骤S2中，第一刻蚀孔位于中波通道接触层上表面，第二刻蚀孔位于中长波通道接触层上表面，第三刻蚀孔位于长波通道接触层上表面。
进一步地，在步骤S3中，采用电子束蒸发沉积的方式，在钝化层上沉积金属Ti和金属Au。
本发明提供的一种双色红外雪崩光电探测器及其制备方法，采用两个PN结构造，每个PN结对应一个吸收波段，并采用合理的吸收区材料使得对应波段性能达到最佳，实现中波和长波的高灵敏低噪声的探测。针对器件做钝化处理可以降低表面暗电流，由于台面刻蚀深度大，造成钝化层刻蚀侧壁导致表面暗电流过大。
本发明提供的一种双色红外雪崩光电探测器及其制备方法，中波通道吸收层为InAs/InAsSb超晶格，长波通道吸收层为InAs/GaSb超晶格，如此保证了中、长波波段器件的最佳性能，同时解决了能够探测中、长波段的弱光信息。通过调节Al组分改变渐变层材料AlxIn1-xAsySb1-y的带隙，使得倍增层与吸收层的带隙差降低。
本发明提供的一种双色红外雪崩光电探测器及其制备方法，针对台面刻蚀深度大，导致钝化生长后刻蚀台面侧壁引发表面暗电流增大问题，提出浅刻蚀对准标记，避免出现对准标记重影问题，提高对准精度，避免了器件侧壁上钝化层的刻蚀，有效降低了器件表面暗电流，既满足了光电探测器高灵敏度的需求，又拓宽了其适用范围。
本发明提供的一种双色红外雪崩光电探测器及其制备方法，可以探测中波红外波段与长波红外波段下的弱光信息，中波通道吸收层采用InAs/InAsSb超晶格，长波通道吸收层采用了InAs/GaSb超晶格，保证了两个波段器件的最佳性能。
本发明提供的一种双色红外雪崩光电探测器及其制备方法，增加一层AlxIn1- xAsySb1-y渐变层，通过降低Al的组分，AlxIn1-xAsySb1-y的带隙下降，进而降低吸收层与倍增层之间的带隙差；增加一层AlxIn1-xAsySb1-y电荷层，实现器件内部电场的分级，降低吸收区电压使得隧穿电流减小，提高器件性能。
本发明提供的一种双色红外雪崩光电探测器及其制备方法，通过浅刻蚀对准标记，进行台面工艺刻蚀情况下，可避免由于台面厚度高导致进行套刻工艺时台面形成重影，浅刻蚀对准标记对准精度高，降低器件表面暗电流。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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1示意性示出了本发明一个实施例中一种双色红外雪崩光电探测器的结构示意图。
图2示出了本发明一个实施例中一种双色红外雪崩光电探测器的制备方法的流程框图。
图3示出了本发明一个实施例中刻蚀第一台面和第二台面的过程示意图。
图4示出了发明一个实施例中沉积第一电极、第二电极和第三电极的过程示意图。
图5示出了干法刻蚀或湿法刻蚀形成的第一台面和第二台面的垂直度示意图和光镜下的俯视图。
具体实施方式
为了使本发明的上述以及其他特征和优点更加清楚，下面结合附图进一步描述本发明。应当理解，本文给出的具体实施例是出于向本领域技术人员解释的目的，仅是示例性的，而非限制性的。
如图1所示本发明本发明一个实施例中一种双色红外雪崩光电探测器的结构示意图，根据本发明的实施例，提供一种双色红外雪崩光电探测器，包括衬底1。
在衬底1上依次外延生长的长波通道接触层2、长波通道倍增层3、长波通道电荷层4、长波通道渐变层5、长波通道吸收层6和中长波通道接触层7。
在中长波通道接触层7上依次外延生长的中波通道吸收层8、中波通道渐变层9、中波通道电荷层10、中波通道倍增层11和中波通道接触层12。
中波通道接触层12上制备第一电极20，中长波通道接触层7上制备第二电极30，长波通道接触层2上制备第三电极40。
根据本发明的实施例，衬底1为GaSb材料。
长波通道接触层2为N型GaSb材料，位于衬底1之上，厚度介于400nm～600nm之间，掺杂浓度为2×1018cm-3～5×1018cm-3。
长波通道倍增层3为非故意掺杂的AlxIn1-xAsySb1-y材料，位于长波通道接触层2之上，厚度介于400nm～2000nm之间，其中，Al组分x以及As组分y满足关系式：
y＝(0.3835-0.3439x)(0.053x+0.4211)，Al组分满足：0.7≤x≤1。
长波通道电荷层4为AlxIn1-xAsySb1-y材料，位于长波通道倍增层3之上，厚度介于40nm～200nm之间，掺杂类型为P型掺杂，掺杂浓度为1×1017cm-3～1×1018cm-3，Al组分满足：0.7≤x≤1。
长波通道渐变层5为非故意掺杂的AlxIn1-xAsySb1-y材料，位于长波通道电荷层4之上，厚度介于20nm～100nm之间，Al组分满足：0≤x≤1。
长波通道吸收层6为非故意掺杂的InAs/GaSb材料，位于长波通道渐变层5之上，厚度介于1000nm～5000nm之间。
本发明中的实施例中，由长波通道电荷层4至长波通道吸收层6，Al组分逐渐减至0。
中长波通道接触层7为P型GaSb材料，位于长波通道吸收层6之上，厚度介于500nm～2000nm之间，掺杂浓度为2×1018cm-3～5×1018cm-3。
中波通道吸收层8为非故意掺杂的InAs/InAsSb材料，位于中长波通道接触层7之上，厚度介于1000nm～3000nm之间。
中波通道渐变层9为非故意掺杂的AlxIn1-xAsySb1-y材料，位于中波通道吸收层8之上，厚度介于20nm～100nm之间，Al组分满足：0≤x≤1。
中波通道电荷层10为AlxIn1-xAsySb1-y材料，位于中波通道渐变层9之上，厚度介于40nm～200nm之间，掺杂类型为P型掺杂，掺杂浓度为1×1017cm-3～1×1018cm-3，Al组分满足：0.4≤x≤1。
本发明中的实施例中，由中波通道电荷层10至中波通道吸收层8，Al组分逐渐减至0。
中波通道倍增层11为非故意掺杂的AlxIn1-xAsySb1-y材料，位于中波通道电荷层10之上，厚度介于400nm～2000nm之间，Al组分满足：0.4≤x≤1。
中波通道接触层12为N型GaSb材料，位于中波通道倍增层11之上，厚度介于500nm～1000nm之间，掺杂浓度为2×1018cm-3～5×1018cm-3。
根据本发明的实施例，第一电极20为N型电极，第二电极30为P型电极，第三电极40为N型电极。
本发明提供的一种双色红外雪崩光电探测器，中波通道吸收层8对应波长约为5μm，长波通道吸收层6对应波长约为10μm。
如图2所示本发明一个实施例中一种双色红外雪崩光电探测器的制备方法的流程框图，根据本发明的实施例，提供一种双色红外雪崩光电探测器的制备方法，包括如下方法步骤：
步骤S1、制备外延片并刻蚀第一台面和第二台面。
制备外延片：在衬底1上依次外延生长的长波通道接触层2、长波通道倍增层3、长波通道电荷层4、长波通道渐变层5、长波通道吸收层6和中长波通道接触层7。
在中长波通道接触层7上依次外延生长的中波通道吸收层8、中波通道渐变层9、中波通道电荷层10、中波通道倍增层11和中波通道接触层14。
外延生长采用分子束外延MBE工艺，能够减小成本、提高性价比。生长源为固态源Al、In、As、Sb、Ga、N型掺杂源Te、P型掺杂源Be，生长温度约为430℃。
衬底1由GaSb材料制备。
长波通道接触层2选用掺Te离子浓度为2×1018cm-3～5×1018cm-3的GaSb材料，外延400nm～600nm至衬底1之上。
长波通道倍增层3选用非故意掺杂的AlxIn1-xAsySb1-y材料，外延400nm～2000nm至长波通道接触层2之上，其中，Al组分x以及As组分y满足关系式：
y＝(0.3835-0.3439x)(0.053x+0.4211)，Al组分满足：0.7≤x≤1。
长波通道电荷层4选用掺Be离子浓度为1×1017cm-3～1×1018cm-3的AlxIn1- xAsySb1-y材料，外延40nm～200nm至长波通道倍增层3之上，Al组分满足：0.7≤x≤1。
长波通道渐变层5选用非故意掺杂的AlxIn1-xAsySb1-y材料，外延20nm～100nm至长波通道电荷层4之上，Al组分满足：0≤x≤1。
长波通道吸收层6选用非故意掺杂的InAs/GaSb材料，外延1000nm～5000nm至长波通道渐变层5之上。
本发明的实施了中，通过调控Al组分，由长波通道电荷层4至长波通道吸收层6，Al组分逐渐减至0。
本发明长波通道倍增层3与长波通道吸收层6采用分离的结构方式，可以避免长波通道吸收层6窄带隙中电场过大引起隧穿效应，长波通道倍增层3宽带隙中电场过小无法触发雪崩。
在长波通道吸收层6与长波通道倍增层3中设置长波通道电荷层4，实现对电场的分布调控，保证长波通道倍增层3中电场足够大，长波通道吸收层6中电场足够小。
为了消除长波通道吸收层6与长波通道倍增层3之间的带隙差，在长波通道吸收层6与长波通道倍增层3之间设置长波通道渐变层5。
中长波通道接触层7选用掺Be离子浓度为2×1018cm-3～5×1018cm-3的GaSb材料，外延500nm～2000nm至长波通道吸收层6之上。
中波通道吸收层8选用非故意掺杂的InAs/InAsSb材料，外延1000nm～3000nm至中长波通道接触层7之上。
中波通道渐变层9选用非故意掺杂的AlxIn1-xAsySb1-y材料，外延20nm～100nm至中波通道吸收层8之上，Al组分满足：0≤x≤1。
中波通道电荷层10选用掺Be离子浓度为1×1017cm-3～1×1018cm-3的AlxIn1- xAsySb1-y材料，外延40nm～200nm至中波通道渐变层9之上，Al组分满足：0.4≤x≤1。
本发明中的实施例中，通过调控Al组分，由中波通道电荷层10至中波通道吸收层8，Al组分逐渐减至0。
中波通道倍增层11选用非故意掺杂的AlxIn1-xAsySb1-y材料，外延400nm～2000nm至中波通道电荷层10之上，Al组分满足：0.4≤x≤1。
中波通道接触层12选用掺Te离子浓度为2×1018cm-3～5×1018cm-3的GaSb材料，外延00nm～1000nm至中波通道倍增层11之上。
在外延片上刻蚀第一台面和第二台面，如图3所示本发明一个实施例中刻蚀第一台面和第二台面的过程示意图，根据本发明的实施例，通过紫外光刻技术或者干法刻蚀或者湿法腐蚀进行台面刻蚀，由中波通道接触层12刻蚀至中长波通道接触层7，得到第一台面(图3中(a)至(b)所示)。
干法刻蚀采用感应耦合等离子体刻蚀ICP技术，湿法腐蚀采用磷酸、过氧化氢、柠檬酸、水，比例为1：1：1：10进行混合而成的腐蚀液进行腐蚀。
通过紫外光刻技术或者干法刻蚀或湿法腐蚀进行台面刻蚀，由中长波通道接触层7刻蚀至长波通道接触层2，得到第二台面(图3中(b)至(c)所示)。
干法刻蚀采用感应耦合等离子体刻蚀ICP技术，湿法腐蚀采用磷酸、过氧化氢、柠檬酸、水，比例为1：1：1：10进行混合而成的腐蚀液进行腐蚀。
步骤S2、在外延片上刻蚀第一刻蚀孔、第二刻蚀孔和第三刻蚀孔。
如图4所示发明一个实施例中沉积第一电极、第二电极和第三电极的过程示意图，根据本发明的实施例，在外延片上制备钝化层100，在钝化层100上刻蚀第一刻蚀孔200、第二刻蚀孔300和第三刻蚀孔400。
第一刻蚀孔200位于中波通道接触层12上表面，第二刻蚀孔300位于中长波通道接触层7上表面，第三刻蚀孔400位于长波通道接触层2上表面(图4中(d)所示)。
在一个优选的实施例中，在外延片采用化学气相沉积(PECVD)或原子层沉积(ALD)的方法制作钝化层100。钝化层100材料选用Al2O3、SiO2或Si2N3中的一种或者多种，减少器件表面暗电流。
根据本发明的实施例，通过紫外光刻技术或者干法刻蚀或者湿法腐蚀刻蚀第一刻蚀孔200、第二刻蚀孔300和第三刻蚀孔400。
湿法腐蚀采用85％浓度的磷酸，在水浴温度80℃下进行腐蚀，在中波通道接触层12上得到第一刻蚀孔200、中长波通道接触层7上得到第二刻蚀孔300和长波通道接触层2上得到第三刻蚀孔400，用于制作电极。
S3、在第一刻蚀孔、第二刻蚀孔和第三刻蚀孔制备第一电极、第二电极，和第三电极。
在钝化层100开孔完成之后，采用电子束蒸发沉积的方式在钝化层100上沉积金属Ti500和金属Au600，剥离第一刻蚀孔200、第二刻蚀孔300和第三刻蚀孔400外的非电极金属Ti和金属Au，得到本发明提供的一种双色红外雪崩光电探测器(图4中(e)至(f)所示)。
在一个优选的实施例中，金属Ti500和金属Au600沉积比例1：10，使用丙酮、异丙醇进行剥离非电极金属，最终在第一刻蚀孔200上得到所制作的N型第一电极20，第二刻蚀孔300上得到所制作的P型第二电极30，第三刻蚀孔400上得到所制作的N型第三电极40。
如图5所示干法刻蚀或湿法刻蚀形成的第一台面和第二台面的垂直度示意图和光镜下的俯视图，在步骤S1中，在外延片上采用干法刻蚀或湿法刻蚀形成第一台面和第二台面后，台面厚度h大于5000nm，由于干法刻蚀或湿法刻蚀形成的台面具有一定倾斜角度a(图5中(1)所示的第一台面和第二台面的垂直度)，此时的外延片在光镜下会带有重影s(图5中(2)所示的第一台面和第二台面的光镜下俯视图)，进行套刻工艺对准标记时，误差偏大，导致后续钝化层100不能完全覆盖第一台面和第二台面侧壁，使得器件表面暗电流增大。
因此，根据本发明的实施例，在刻蚀第一台面和第二台面之前，通过紫外光刻或者干法刻蚀或者湿法腐蚀，在外延片上进行浅刻蚀对准标记，刻蚀深度不大于200nm。后续第一台面和第二台面的刻蚀、沉积钝化层100、沉积金属Ti500和金属Au600，均以浅刻蚀后的对准标记进行套刻工艺。
本发明制备的一种双色红外雪崩光电探测器，通过施加第二电极30负偏压，给第一电极20施加正偏压，可以测量中波雪崩光电探测器的性能，通过施加第二电极30负偏压，给第三电极40施加正偏压，可以测量长波雪崩光电探测器的性能。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种双色红外雪崩光电探测器，其特征在于，所述光电探测器包括：衬底，
在所述衬底上依次外延生长的长波通道接触层、长波通道倍增层、长波通道电荷层、长波通道渐变层、长波通道吸收层和中长波通道接触层；
在所述中长波通道接触层上依次外延生长的中波通道吸收层、中波通道渐变层、中波通道电荷层、中波通道倍增层和中波通道接触层；
所述中波通道接触层上制备第一电极，所述中长波通道接触层上制备第二电极，所述长波通道接触层上制备第三电极。
2.根据权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，所述衬底为GaSb材料；
所述长波通道接触层为N型GaSb材料，厚度介于400nm～600nm之间，掺杂浓度为2×1018cm-3～5×1018cm-3；
所述长波通道倍增层为非故意掺杂的AlxIn1-xAsySb1-y材料，厚度介于400nm～2000nm之间，其中，Al组分x以及As组分y满足关系式：
y＝(0.3835-0.3439x)/(0.053x+0.4211)，Al组分满足：0.7≤x≤1；
所述长波通道电荷层为AlxIn1-xAsySb1-y材料，厚度介于40nm～200nm之间，掺杂类型为P型掺杂，掺杂浓度为1×1017cm-3～1×1018cm-3，Al组分满足：0.7≤x≤1；
所述长波通道渐变层为非故意掺杂的AlxIn1-xAsySb1-y材料，厚度介于20nm～100nm之间，Al组分满足：0≤x≤1；
所述长波通道吸收层为非故意掺杂的InAs/GaSb材料，厚度介于1000nm～5000nm之间；
所述中长波通道接触层为P型GaSb材料，厚度介于500nm～2000nm之间，掺杂浓度为2×1018cm-3～5×1018cm-3；
所述中波通道吸收层为非故意掺杂的InAs/InAsSb材料，厚度介于1000nm～3000nm之间；
所述中波通道渐变层为非故意掺杂的AlxIn1-xAsySb1-y材料，厚度介于20nm～100nm之间，Al组分满足：0≤x≤1；
所述中波通道电荷层为AlxIn1-xAsySb1-y材料，厚度介于40nm～200nm之间，掺杂类型为P型掺杂，掺杂浓度为1×1017cm-3～1×1018cm-3，Al组分满足：0.4≤x≤1；
所述中波通道倍增层为非故意掺杂的AlxIn1-xAsySb1-y材料，厚度介于400nm～2000nm之间，Al组分满足：0.4≤x≤1；
所述中波通道接触层为N型GaSb材料，厚度介于500nm～1000nm之间，掺杂浓度为2×1018cm-3～5×1018cm-3。
3.根据权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，所述第一电极为N型，所述第二电极为P型，所述第三电极为N型。
4.一种双色红外雪崩光电探测器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下方法步骤：
S1、制备外延片并刻蚀第一台面和第二台面，包括：
制备外延片：在衬底上依次外延生长的长波通道接触层、长波通道倍增层、长波通道电荷层、长波通道渐变层、长波通道吸收层和中长波通道接触层；
在所述中长波通道接触层上依次外延生长的中波通道吸收层、中波通道渐变层、中波通道电荷层、中波通道倍增层和中波通道接触层；
在外延片上刻蚀第一台面和第二台面；
S2、在外延片上刻蚀第一刻蚀孔、第二刻蚀孔和第三刻蚀孔，包括：
在外延片上制备钝化层，在所述钝化层上刻蚀第一刻蚀孔、第二刻蚀孔和第三刻蚀孔；
S3、在第一刻蚀孔、第二刻蚀孔和第三刻蚀孔制备第一电极、第二电极，和第三电极，包括：
在钝化层上沉积金属Ti和金属Au，剥离第一刻蚀孔、第二刻蚀孔和第三刻蚀孔外的非电极金属Ti和金属Au。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，在刻蚀第一台面和第二台面之前，通过紫外光刻或者干法刻蚀或者湿法腐蚀，在外延片上进行浅刻蚀对准标记，刻蚀深度不大于200nm。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，由中波通道接触层刻蚀至中长波通道接触层，得到第一台面；
由中长波通道接触层刻蚀至长波通道接触层，得到第二台面。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，在外延片采用化学气相沉积(PECVD)或原子层沉积(ALD)的方法制作钝化层。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述钝化层材料选用Al2O3、SiO2或Si2N3中的一种或者多种。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，第一刻蚀孔位于中波通道接触层上表面，第二刻蚀孔位于中长波通道接触层上表面，第三刻蚀孔位于长波通道接触层上表面。
10.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，采用电子束蒸发沉积的方式，在钝化层上沉积金属Ti和金属Au。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114141903A (zh) * 2021-11-26 2022-03-04 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 双pn结式硅基光电二极管及其制备方法
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