一种高温工作的红外探测器材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种高温工作的红外探测器材料及其制备方法，方法包括：处理锑化镓衬底，在处理后的锑化镓衬底上依次生长锑化镓缓冲层、铟砷锑刻蚀阻挡层、p型电极接触层、p型掺杂的中波吸收层、势垒层、n型电极接势垒层，势垒层按第一预定周期数生长，其中的一个周期包括：生长砷化铟层，并以n型掺杂方式掺杂硅，在砷化铟层上依次生长锑化铟界面、锑化镓层、锑化铝层、锑化镓层以及顶层界面；该制备方法制造出的红外探测器材料，能够有效抑制因工作温度升高导致的俄歇复合，并能抑制扩散电流和隧穿电流，从而使采用该材料的探测器适用于在高温情况下对中波段红外线的探测，解决了现有技术的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种高温工作的红外探测器材料及其制备方法
本专利技术涉及红外探测器领域，特别是涉及一种高温工作的红外探测器材料及其制备方法。
技术介绍
红外探测器按工作条件分为制冷型和非制冷型，非制冷型红外探测器可以在常温下工作，但其性能较差。制冷型红外探测器需要系统提供复杂的制冷机和杜瓦结构保证其处于低温工作(80K左右)状态，进而保证高性能，但为了保持低温，增加了系统的体积、功耗，并且降低可靠性。在保证红外探测器性能的前提下，提高制冷型红外探测器的工作温度，可以降低制冷系统的负担，缩小系统体积，减少成本，并增加系统的可靠性。因此，高性能并高温工作的红外探测器成为新一代红外探测器发展的重要方向。制备新一代红外探测器的材料主要有：碲镉汞、量子阱和II类超晶格。碲镉汞材料是目前占主导地位的红外探测器材料，但其本身也存在成本高、稳定性和均匀性差等缺点，量子阱红外探测器则存在量子效率低、暗电流大的缺陷。II类超晶格材料由于其独特的材料体系和能带结构，采用II类超晶格材料制造的红外探测器具有以下优势：(1)可以实现较大波长范围的红外线探测；(2)不受入射光方向的限制，探测效率高；(3)探测器的隧穿电流小；(4)可以设计能带结构抑制暗电流，提高探测器性能，探测器理论性能高于碲镉汞材料；(5)基于III-V族材料生长方式，能够生长大面积均匀性好的II类超晶格材料，容易制备大面阵探测器；(6)II类超晶格材料稳定性好，对生产工艺要求较低，易于大规模生产。II类超晶格材料的红外探测器虽具有上述优点，但其在高温工作中仍有缺陷：随着红外探测器工作温度的提高，少数载流子浓度呈指数形式增长，导致俄歇复合增加，并且少子寿命大幅降低，从而严重影响红外探测器的性能。
技术实现思路
本专利技术提供一种高温工作的红外探测器材料及其制备方法，用以解决现有技术的如下问题：随着红外线探测器的工作温度升高，少数载流子浓度呈指数形式增长，导致俄歇复合增加，并且少子寿命大幅降低，从而严重影响红外探测器的性能。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种高温工作的红外探测器材料的制备方法，包括：按预定方式处理锑化镓衬底，得到处理后的锑化镓衬底；在所述处理后的锑化镓衬底上生长锑化镓缓冲层；在所述锑化镓缓冲层上生长铟砷锑刻蚀阻挡层；在所述铟砷锑刻蚀阻挡层上生长p型电极接触层；在所述p型电极接触层上生长中波吸收层；按第一预定周期在所述中波吸收层上生长势垒层，其中，所述第一预定周期数中的一个周期包括：生长砷化铟层，在生长所述砷化铟层的过程中，以n型掺杂方式，采用硅掺杂源进行掺杂，在所述砷化铟层上生长锑化铟界面，在所述锑化铟界面上生长锑化镓层，在所述锑化镓层上生长锑化铝层，在所述锑化铝层上生长锑化镓层，在所述锑化镓层上生长顶层界面；在所述势垒层上生长n型电极接触层。可选的，在所述锑化镓层上生长顶层界面包括：在所述锑化镓层上生长砷化镓界面。可选的，在所述p型电极接触层上生长所述中波吸收层，包括：按第二预定周期数生长所述中波吸收层，其中，所述第二预定周期数中的一个周期包括：生长砷化铟层，在生长所述砷化铟层的过程中，以p型掺杂方式，采用铍掺杂源，按掺杂浓度1×1016-1×1017cm-3的范围进行掺杂，在所述砷化铟层上生长锑化铟界面，在所述锑化铟界面上生长锑化镓层，在所述锑化镓层上生长锑化铟界面。可选的，在所述铟砷锑刻蚀阻挡层上生长所述p型电极接触层，包括：按第三预定周期数生长所述p型电极接触层，其中，所述第三预定周期数中的一个周期包括：生长砷化铟层，在所述砷化铟层上生长锑化铟界面，在所述锑化铟界面上生长锑化镓层，在生长所述锑化镓层的过程中以p型掺杂方式，采用铍掺杂源，按掺杂浓度1×1018-5×1018cm-3的范围进行掺杂，在所述锑化镓层上生长锑化铟界面。可选的，在所述势垒层上生长所述n型电极接触层，包括：按第四预定周期数生长所述n型电极接触层，其中，所述第四预定周期数中的一个周期包括：生长砷化铟层，在生长所述砷化铟层的过程中，以n型掺杂方式，采用硅掺杂源，按掺杂浓度1×1018-5×1018cm-3的范围进行掺杂，在所述砷化铟层上生长锑化铟界面，在所述锑化铟界面上生长锑化镓层，在所述锑化镓层上生长锑化铟界面。此外，本专利技术还提供一种高温工作的红外探测器材料，采用上述高温工作的红外探测器材料的制备方法制造得到，包括：所述高温工作的红外探测器材料由下至上依次包括：锑化铟衬底、锑化镓缓冲层、铟砷锑刻蚀阻挡层、p型电极接触层、中波吸收层、势垒层以及n型电极接触层；其中，所述势垒层由下至上包括：砷化铟层、锑化铟界面、锑化镓层、锑化铝层、锑化镓层以及顶层界面；所述砷化铟层的n型掺杂的掺杂源为硅掺杂源。可选的，所述顶层界面为砷化镓界面。可选的，所述中波吸收层由下至上包括：砷化铟层、锑化铟界面、锑化镓层以及锑化铟界面，其中，所述砷化铟层的p型掺杂浓度范围为1×1016-1×1017cm-3，掺杂源为铍掺杂源。可选的，所述p型电极接触层由下至上包括：砷化铟层、锑化铟界面、锑化镓层以及锑化铟界面，其中，所述砷化铟层的p型掺杂浓度范围为1×1018-5×1018cm-3，掺杂源为铍掺杂源。可选的，所述n型电极接触层由下至上包括：砷化铟层、锑化铟界面、锑化镓层以及锑化铟界面，其中，所述砷化铟层的n型掺杂浓度范围为1×1018-5×1018cm-3，掺杂源为硅掺杂源。本专利技术提供的高温工作的红外探测器材料及其制备方法，制备方法包括：按预定方式处理锑化镓衬底，在衬底上依次生长锑化镓缓冲层、铟砷锑刻蚀阻挡层、p型电极接触层、中波吸收层、势垒层、n型电极接触层。其中，按第一预定周期数生长势垒层，其中一个周期包括：生长砷化铟层，在生长砷化铟层的过程中，以n型掺杂方式掺杂硅，在砷化铟层上生长锑化铟界面，在锑化铟界面上生长锑化镓层，在锑化镓层上生长锑化铝层，在锑化铝层上生长锑化镓层，在锑化镓层上生长顶层界面。采用上述方法制备得到的红外探测器材料，可以有效抑制俄歇复合、扩散电流和隧穿电流，通过吸收区掺杂和提高导带降拉低价带增加势垒层的禁带宽度，使其适用于在高温情况下对中波段红外线的探测，解决了现有技术的如下问题：随着红外线探测器的工作温度升高，少数载流子浓度呈指数形式增长，导致俄歇复合增加，并且少子寿命大幅降低，从而严重影响红外探测器的性能。附图说明图1是本专利技术第一实施例中高温工作的红外探测器材料的制备方法的流程图；图2是本专利技术第一实施例中势垒层的一个生长周期生成的结构示意图；图3是本专利技术第二实施例中高温工作的红外探测器材料的制备方法的流程图；图4是本专利技术第二实施例中中波吸收层的一个周期生成的结构示意图；图5是本专利技术第三实施例中高温工作的红外探测器材料的结构示意图。具体实施方式为了解决现有技术的如下问题：随着红外线探测器的工作温度升高，少数载流子浓度呈指数形式增长，导致俄歇复合增加，并且少子寿命大幅降低，从而严重影响红外探测器的性能。本专利技术第一实施例提供了一种高温工作的红外探测器材料的制备方法，该方法的流程图如图1所示，包括步骤S101至S107：S101，按预定方式处理锑化镓衬底，得到处理后的锑化镓衬底。在本实施例中，预定方式包括：将锑化镓衬底材料放入分子束外延系统进样室；锑化镓衬底材料经分子束外延系统的进样室、缓冲室进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高温工作的红外探测器材料的制备方法，其特征在于，包括：按预定方式处理锑化镓衬底，得到处理后的锑化镓衬底；在所述处理后的锑化镓衬底上生长锑化镓缓冲层；在所述锑化镓缓冲层上生长铟砷锑刻蚀阻挡层；在所述铟砷锑刻蚀阻挡层上生长p型电极接触层；在所述p型电极接触层上生长中波吸收层；按第一预定周期数在所述中波吸收层上生长势垒层，其中，所述第一预定周期数中的一个周期包括：生长砷化铟层，在生长所述砷化铟层的过程中，以n型掺杂方式，采用硅掺杂源进行掺杂，在所述砷化铟层上生长锑化铟界面，在所述锑化铟界面上生长锑化镓层，在所述锑化镓层上生长锑化铝层，在所述锑化铝层上生长锑化镓层，在所述锑化镓层上生长顶层界面；在所述势垒层上生长n型电极接触层。

【技术特征摘要】
1.一种高温工作的红外探测器材料的制备方法，其特征在于，包括：按预定方式处理锑化镓衬底，得到处理后的锑化镓衬底；在所述处理后的锑化镓衬底上生长锑化镓缓冲层；在所述锑化镓缓冲层上生长铟砷锑刻蚀阻挡层；在所述铟砷锑刻蚀阻挡层上生长p型电极接触层；在所述p型电极接触层上生长中波吸收层；按第一预定周期数在所述中波吸收层上生长势垒层，其中，所述第一预定周期数中的一个周期包括：生长砷化铟层，在生长所述砷化铟层的过程中，以n型掺杂方式，采用硅掺杂源进行掺杂，在所述砷化铟层上生长锑化铟界面，在所述锑化铟界面上生长锑化镓层，在所述锑化镓层上生长锑化铝层，在所述锑化铝层上生长锑化镓层，在所述锑化镓层上生长顶层界面；在所述势垒层上生长n型电极接触层。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述锑化镓层上生长顶层界面包括：在所述锑化镓层上生长砷化镓界面。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述p型电极接触层上生长所述中波吸收层，包括：按第二预定周期数生长所述中波吸收层，其中，所述第二预定周期数中的一个周期包括：生长砷化铟层，在生长所述砷化铟层的过程中，以p型掺杂方式，采用铍掺杂源，按掺杂浓度1×1016-1×1017cm-3的范围进行掺杂，在所述砷化铟层上生长锑化铟界面，在所述锑化铟界面上生长锑化镓层，在所述锑化镓层上生长锑化铟界面。4.如权利要求1至3中任一项所述的制备方法，其特征在于，在所述铟砷锑刻蚀阻挡层上生长所述p型电极接触层，包括：按第三预定周期数生长所述p型电极接触层，其中，所述第三预定周期数中的一个周期包括：生长砷化铟层，在所述砷化铟层上生长锑化铟界面，在所述锑化铟界面上生长锑化镓层，在生长所述锑化镓层的过程中以p型掺杂方式，采用铍掺杂源，按掺杂浓度1×1018-5×1018cm-3的范围进行掺杂，在所述锑化镓层上生长锑化铟界面。5.如权利要求1至3中任一...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢伟荣，刘铭，郭喜，周朋，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十一研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11