[发明专利]一种异质结半导体光电探测器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种异质结半导体光电探测器及其制备方法，使用不同GeSe堆垛结构来制备光电探测器，该光电探测器包括该光电探测器包括衬底(1)、右电极(2)、双层GeSe‑AD堆垛(3)、双层旋转GeSe‑AB堆垛(4)、左电极(5)；其中衬底(1)为最底层，在其上面附着有双层GeSe‑AD堆垛(3)和位于双层GeSe‑AD堆垛(3)两旁的右电极(2)和左电极(5)，在双层GeSe‑AD堆垛(3)上堆叠着双层旋转GeSe‑AB堆垛(4)。本发明以双层GeSe‑AD堆垛为给体，以双层旋转GeSe‑AB堆垛为受体，二者为同种材料的不同堆垛结构，很容易达到晶格匹配；GeSe材料不易和氧气发生反应，不易发生退化；且器件制备工艺简单。

技术领域

本发明涉及一种用少层GeSe的不同堆垛结构实现半导体光电探测器的方法，属于半导体技术领域

背景技术

近年以来，中国光电发展及其迅速，是继微电子产业发展之后又一大综合基础性的产业。预期2021年全球光电市场将达到7224亿美元。光电探测器是光电产业中重要的一环。光电探测器是许多设备的重要组成部分。比如在图像捕捉、光通信、激光雷达等应用中，都需要光电探测器快速将光信号转变为电学信号。目前使用较为广范的发展比较成熟的是硅光电探测器，其可以集成到CMOS技术在中，这不光降低了成本并扩大了应用的范围。但是，硅作为光吸收器件，其为间接带隙半导体，其间接带隙约为1.1eV，这限制硅光电探测器光响应范围仅在可见光和近红外光波段，并且限制了硅光电探测器的光吸收效率。人们一直在努力寻找更合适、更高效的新型半导体材料应用于激光器。

近几年来，新型半导体材料得到了长足的发展，出现了一系列的兴新二维半导体材料，如石墨烯、磷烯、MoS2等等，这些二维材料相比于传统的三维材料有着很多的优点，比如原子的厚度使得这些二维材料几乎是透明的，这使得这种二维材料可以集成到玻璃之中；又如二维材料具有良好的应变能力，可以应对很多特殊的环境。

本文中间关注了类黑磷烯材料，本文通过理论的计算，对于少层GeSe，在不同堆垛结构下，有两种稳定的结构，即双层AD型GeSe堆垛和双层旋转AB型GeSe堆垛。利用GeSe的不同堆垛结构具有不同带隙和能级的特点，可以将不同类型的GeSe堆垛组合成Ⅱ型半导体异质结。本文通过将双层AD型GeSe堆垛和双层旋转AB型GeSe堆垛通过范德华力相结合，形成Ⅱ型半导体异质结来制造半导体光电探测器。这里涉及到的异质结是由同种材料构成的。相比于不同材料的异质结，这种方法制备条件要求相对较低，成本较低，且能达到很高的转化效率。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于提供一种异质结半导体光电探测器及其制备方法，使用二维材料GeSe的不同堆垛结构组成Ⅱ型异质结制备半导体光电探测器，提高光电探测器的效率。

技术方案：本发明的一种异质结半导体光电探测器包括衬底、右电极、双层GeSe-AD堆垛、双层旋转GeSe-AB堆垛、左电极；其中衬底为最底层，在其上面附着有双层GeSe-AD堆垛和位于双层GeSe-AD堆垛两旁的右电极和左电极，在双层GeSe-AD堆垛上堆叠着双层旋转GeSe-AB堆垛。

其中，

所述的双层GeSe-AD堆垛厚度为1nm-4nm。

所述的双层旋转GeSe-AB堆垛厚度为1nm-4nm。

所述的右电极、左电极的厚度为50nm。

所述的双层GeSe-AD堆垛和双层旋转GeSe-AB堆垛都为稳定的堆垛结构，构成了一个Ⅱ型异质结；双层GeSe-AD堆垛是通过将垂直堆叠的结构中的第二层相对于其第一层沿基矢b方向移动了半个周期得到的，而得到双层旋转GeSe-AB堆垛，需要将垂直堆叠结构的第二层相对于第一层进行180°的旋转，然后将其第二层相对于第一层沿着基矢a方向移动半个周期。

所述的双层GeSe-AD堆垛和双层旋转GeSe-AB堆垛结构都是通过探针剥离的方法将初始结构错位得到的。