基于锑化物的可见光-中红外探测器及其制备方法技术

一种基于锑化物的可见光‑中红外探测器及其制备方法，所述可见光‑中红外探测器的各功能层从衬底沿外延生长方向依次是：衬底、缓冲层、中波通道欧姆接触层、中波通道吸收层、两个隧穿层、可见光通道吸收层、可见光通道欧姆接触层以及盖层。本发明专利技术的基于锑化物的可见光‑中红外探测器具有双吸收层结构，具有可见光波段响应高、结构简单、制备工艺简便的优势，满足了可见‑红外宽光谱探测器对可见光高响应的性能需求，为实现高性能的锑化物器件从可见光至中波红外宽光谱探测奠定了基础。

【技术实现步骤摘要】
基于锑化物的可见光-中红外探测器及其制备方法
本专利技术属于半导体器件
，具体涉及一种基于锑化物的可见光-中红外探测器及其制备方法。
技术介绍
光电探测器在军事和国民经济的各个领域有着广泛的用途，在可见光或近红外波段主要用于射线测量和探测、工业自动控制、光度计量等；在红外波段用于导弹制导、红外热成像、红外遥感等方面。近些年来，款光谱探测逐渐普及，尤其在仿生，皮肤感知，彩色成像等方面有广泛应用。但目前实现从可见到红外波段的探测主要依靠在红外探测单元上蒸镀特定的减反膜层或者在探测单元表面通过光刻和等离子刻蚀出特定的微柱结构，从而满足对可见光至红外辐射的宽谱探测要求。但蒸镀减反膜需要通过精确的膜层光学参数来建立合理的膜层模型来提高减反膜系的设计，同时需要高的减反膜层蒸镀均匀性。而微柱的刻蚀工艺需要增加探测器的工艺步骤及光刻与刻蚀精度，器件工艺难度陡增，导致器件可靠性下降。其次，由于微柱刻蚀增大了器件的侧壁面积，导致侧壁漏电明显增加，增加了器件的表面钝化难度，不利于提高器件的信噪比。且上述两种手段的光谱匹配性较差，对可见光及近红外波段的响应提升不明显，效果不理想。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于锑化物的可见光-中红外探测器及其制备方法，以便解决上述问题的至少之一。本专利技术是通过如下技术方案实现的：作为本专利技术的一个方面，提供一种基于锑化物的可见光-中红外探测器，包括：衬底；缓冲层，外延于所述衬底之上；中波通道欧姆接触层，厚度为550nm，外延于所述缓冲层之上；中波通道吸收层，厚度为1500nm，外延于所述中波通道欧姆接触层之上；两个隧穿层，厚度为30nm，外延于所述中波通道吸收层之上；可见光通道吸收层，厚度为2000nm，外延于所述隧穿层之上；可见光通道欧姆接触层，厚度为400nm，外延于所述可见光通道吸收层之上；盖层，外延于所述可见光通道欧姆接触层之上。优选地，所述中波通道欧姆接触层为N型或P型中波通道欧姆接触层；所述中波通道吸收层为π型或弱p型中波通道吸收层；所述两个隧穿层，其中一个为P型隧穿层，另一个为N型隧穿层；所述可见光通道吸收层为π型或弱p型可见光通道吸收层；所述可见光通道欧姆接触层为P型或N型可见光通道欧姆接触层；所述盖层为P型GaSb盖层或N型InAs盖层；所述缓冲层的厚度为850～950nm；所述盖层的厚度为20nm。优选地，所述基于锑化物的可见光-中红外探测器还包括：钝化层，沉积于所述中波通道欧姆接触层、所述中波通道吸收层、所述隧穿层、所述可见光通道吸收层、所述可见光通道欧姆接触层以及所述盖层的外侧；下电极，沉积于中波通道欧姆接触层下半部分的上表面，呈环形，其内、外侧均与所述钝化层接触；上电极，沉积于所述盖层的上表面，呈环形，其外侧与所述钝化层接触；通光孔，为所述盖层上表面未覆盖所述上电极及所述钝化层的部分。优选地，所述中波通道欧姆接触层、所述中波通道吸收层以及隧穿层由包含8个原子层的铟砷和8个原子层的镓锑，周期厚度等于5nm的中波超晶格组成；所述中波通道欧姆接触层的整体掺杂浓度≥1018cm-3；所述中波通道吸收层的整体掺杂浓度≤1016cm-3；所述靠近中波通道吸收层的隧穿层的整体掺杂浓度≥1018cm-3。优选地，所述靠近可见光通道吸收层的隧穿层、所述可见光通道吸收层以及所述可见光通道欧姆接触层由与GaSb衬底晶格匹配的有效带隙在0.7eV以上的锑化物组成；所述靠近可见光通道吸收层的隧穿层的整体掺杂浓度≥1018cm-3；所述可见光通道吸收层大的整体掺杂浓度为1015～1016cm-3；所述可见光通道欧姆接触层的整体掺杂浓度≥1018cm-3；所述盖层的整体掺杂浓度≥1018cm-3。优选地，所述锑化物为GaSb、AlInAsSb体材料、AlInAsSb数字合金或超晶格。优选地，所述衬底为双面抛光的GaSb衬底，表面为晶面，掺杂浓度为1017cm-3；所述缓冲层为N型GaSb缓冲层，掺杂剂是Te，掺杂浓度≥1017cm-3；所述钝化层包括：电镀硫化层，厚度为25～35nm；以及介质膜层，包覆于所述电镀硫化层的外侧，厚度为150～250nm。作为本专利技术的另一个方面，提供一种前述基于锑化物的可见光-中红外探测器的制备方法，包括：在衬底上方依次外延生长缓冲层中波通道欧姆接触层、中波通道吸收层、隧穿层、可见光通道吸收层、可见光通道欧姆接触层盖层，得到外延片；在制备好的外延片上刻蚀制作台面，刻蚀深度到达中波通道欧姆接触层，使其横截面为“凸”字形状；其中，所述台面包括：中波通道欧姆接触层上半部分、中波通道吸收层、隧穿层可见光通道吸收层、可见光通道欧姆接触层、盖层的侧面以及盖层的上表面。优选地，基于锑化物的可见光-中红外探测器的制备方法还包括：在所述台面上沉积钝化层；利用光刻法刻蚀钝化层形成通光孔；沉积上电极与下电极。优选地，在所述下电极与所述上电极沉积的金属层顺序为Ti/Pt/Au；沉积条件为≤100℃。从上述技术方案可以看出，本专利技术的基于锑化物的可见光-中红外探测器具有以下有益效果：(1)采用双吸收层的结构设计，具有同时对红外与可见光波段进行有效吸收的优点，满足宽光谱探测器对提高可见光响应率及量子效率的要求，同时器件结构简单，制备工艺简便；(2)采用Al0.3In0.7As0.31Sb0.69体材料作为宽带隙的可见光吸收层，具有高吸收系数，可见光响应高，材料带隙可调等优点。满足对可见具有较高响应率和量子效率的需求；(3)采用隧穿结连接中波通道吸收层与可见光吸收层能保证载流子在中波通道吸收层与可见光吸收层之间的输运，避免载流子堆积，降低了探测器的响应偏压。附图说明图1为本专利技术实施例中基于锑化物的可见光-中红外探测器的垂直剖面结构示意图；图2为本专利技术实施例中基于锑化物的可见光-中红外探测器的能带排列示意图；【附图原件说明】100-N型GaSb衬底；200-N型GaSb缓冲层；300-N型中波通道欧姆接触层；400-π型中波通道吸收层；500-P型隧穿层；600-N型隧穿层；700-π型可见光通道吸收层；800-P型可见光通道欧姆接触层；900-P型GaSb盖层；1000-钝化层；1110-下电极；1120-上电极；1200-通光孔。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。一种基于锑化物的可见光-中红外探测器及其制备方法，所述可见光-中红外探测器的各功能层从衬底沿外延生长方向依次是：衬底、缓冲层、中波通道欧姆接触层、中波通道吸收层、两个隧穿层、可见光通道吸收层、可见光通道欧姆接触层以及盖层。本专利技术的基于锑化物的可见光-中红外探测器具有双吸收层结构，具有可见光波段响应高、结构简单、制备工艺简便的优势，满足了可见-红外宽光谱探测器对可见光高响应的性能需求，为实现高性能的锑化物器件从可见光至中波红外宽光谱探测奠定了基础。具体地，作为本专利技术的一个方面，提供一种基于锑化物的可见光-中红外探测器，图1为本专利技术实施例中基于锑化物的可见光-中红外探测器的垂直剖面结构示意图。如图1所示，基于锑化物的可见光-中红外探测器包括：衬底100；缓冲层200，外延于所述衬底之上；中波通道欧姆接触层300，厚度为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于锑化物的可见光‑中红外探测器，其特征在于，包括：衬底；缓冲层，外延于所述衬底之上；中波通道欧姆接触层，厚度为550nm，外延于所述缓冲层之上；中波通道吸收层，厚度为1500nm，外延于所述中波通道欧姆接触层之上；两个隧穿层，厚度为30nm，外延于所述中波通道吸收层之上；可见光通道吸收层，厚度为2000nm，外延于所述隧穿层之上；可见光通道欧姆接触层，厚度为400nm，外延于所述可见光通道吸收层之上；盖层，外延于所述可见光通道欧姆接触层之上。

【技术特征摘要】
1.一种基于锑化物的可见光-中红外探测器，其特征在于，包括：衬底；缓冲层，外延于所述衬底之上；中波通道欧姆接触层，厚度为550nm，外延于所述缓冲层之上；中波通道吸收层，厚度为1500nm，外延于所述中波通道欧姆接触层之上；两个隧穿层，厚度为30nm，外延于所述中波通道吸收层之上；可见光通道吸收层，厚度为2000nm，外延于所述隧穿层之上；可见光通道欧姆接触层，厚度为400nm，外延于所述可见光通道吸收层之上；盖层，外延于所述可见光通道欧姆接触层之上。2.根据权利要求1所述的基于锑化物的可见光-中红外探测器，其特征在于，所述中波通道欧姆接触层为N型或P型中波通道欧姆接触层；所述中波通道吸收层为π型或弱p型中波通道吸收层；所述两个隧穿层，其中一个为P型隧穿层，另一个为N型隧穿层；所述可见光通道吸收层为π型或弱p型可见光通道吸收层；所述可见光通道欧姆接触层为P型或N型可见光通道欧姆接触层；所述盖层为P型GaSb盖层或N型InAs盖层；所述缓冲层的厚度为850～950nm；所述盖层的厚度为20nm。3.根据权利要求1所述的基于锑化物的可见光-中红外探测器，其特征在于，所述基于锑化物的可见光-中红外探测器还包括：钝化层，沉积于所述中波通道欧姆接触层、所述中波通道吸收层、所述隧穿层、所述可见光通道吸收层、所述可见光通道欧姆接触层以及所述盖层的外侧；下电极，沉积于中波通道欧姆接触层下半部分的上表面，呈环形，其内、外侧均与所述钝化层接触；上电极，沉积于所述盖层的上表面，呈环形，其外侧与所述钝化层接触；通光孔，为所述盖层上表面未覆盖所述上电极及所述钝化层的部分。4.根据权利要求1所述的基于锑化物的可见光-中红外探测器，其特征在于，所述中波通道欧姆接触层、所述中波通道吸收层以及隧穿层由包含8个原子层的铟砷和8个原子层的镓锑，周期厚度等于5nm的中波超晶格组成；所述中波通道欧姆接触层的整体掺杂浓度≥1018cm-3；所述中波通道吸收层的整体掺杂浓度≤1016cm-3；所述靠近中波通道吸收层的隧穿层的整体掺杂浓度≥101...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋志，牛智川，徐应强，王国伟，蒋洞微，孙姚耀，郭春妍，贾庆轩，常发冉，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，中国科学院大学，
类型：发明
国别省市：北京,11