一种基于铟砷锑（InAsSb）材料的双色红外探测器的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于InAsSb材料的短波/中波双色红外探测器材料，其结构包括GaSb衬底、沉积于GaSb衬底上的外延结构、钝化层、金属电极，所述外延结构从下至上依次为Be掺杂的GaSb缓冲层、p型InAs/InAsSb超晶格接触层、未掺杂的InAs/InAsSb超晶格中波吸收层、n型InAs/InAsSb超晶格接触层、第一n型InAsSb接触层、AlAsSb电子势垒层、非掺杂InAsSb短波红外吸收层、第二n型InAsSb接触层和盖层。该探测器具有PIN型InAs/InAsSb超晶格与NBN型InAsSb异质结构，该结构具有高探测率、低暗电流、长的少数载流子寿命等优点，这样的结构可提高探测器的性能。

Method for preparing two-color infrared detector based on indium arsenic antimony (InAsSb) material

The present invention discloses a kind of InAsSb material in shortwave / two-color infrared detector materials based on its structure, including GaSb substrate deposited on GaSb substrate epitaxial structure, passivation layer and a metal electrode, the epitaxial structure from the bottom to the top is Be doped GaSb buffer layer, p layer, InAs/InAsS lattice contact B Ultrasound the undoped InAs/InAsS lattice wave absorbing layer, the B Ultrasound n InAs/InAsS B Ultrasound crystal contact layer, the first n InAsSb AlAsSb electronic contact layer, barrier layer, absorbing layer, second n type InAsSb contact layer and the cover layer of undoped InAsSb short wave infrared. The detector with PIN type InAs/InAsS and NBN type InAsSb B Ultrasound crystal heterostructures, the structure has the advantages of high detection rate, low dark current, long life of minority carrier, such a structure can improve the performance of the detector.

【技术实现步骤摘要】
一种基于铟砷锑（InAsSb）材料的双色红外探测器的制备方法
本专利技术属于半导体材料及器件领域，涉及一种基于铟砷锑（InAsSb）材料的短波/中波双色红外探测器。
技术介绍
红外探测器由于自身优异的性能已经广泛应用于战略预警、导弹导引头、激光雷达、夜视、遥感、医学、大气监测等军民两用领域。随着探测技术的发展和对探测效果要求的提高，当前红外探测技术向着获取更多目标信息的方向发展，从而对红外探测器的性能提出了更高要求，如大面阵、更高的热分辨率、多波段（或多色）探测、高工作温度、重量轻、易于维护等特性，这些要求成为第三代新型红外探测器的基本要求和特征。目前，国内外第三代红外探测器的重要发展方向之一就是实现多波段同时探测。如果一个探测系统能在多个波段获取目标信息，就可以对复杂的背景进行抑制，提高对目标的探测效果。在预警、搜索和跟踪系统中能明显的降低虚警率，显著提高探测系统的性能和在各武器平台的通用性；在医学诊断、安防监控和天文监测等领域能更好的识别目标，提高获取目标信息的准确性。目前，碲镉汞和多量子阱红外探测器可实现双色探测，但是以上两种探测器都存在着明显的缺点。20世纪70年代，锑化物应变层超晶格以其独特的材料性质成为红外探测器的研究热点。与HgCdTe和多量子阱材料相比，InAs/GaSbII类超晶格具有特殊的错开型能带结构，具有低成本、大面积均匀性好、响应波段范围宽、隧穿电流小、俄歇复合率低等优点，能够克服碲镉汞红外探测器均匀性差和量子阱红外探测器量子效率低的缺陷，在红外探测领域具有广泛的应用前景。然而，这种材料制备的器件具有较高的产生复合（G-R）暗电流，从而使其没有展示出预期的性能。相对高的产生复合暗电流是由于低的Shockley-Read-Hall（SRH）寿命所造成，而低的SRH寿命又是由于在GaSb层所存在的原始缺陷。我们很幸运的发现，InAsxSb1-x是一种典型的III-V族三元化合物半导体材料，也是目前发现的禁带宽度最小的本征型III-V族化合物半导体。在室温下InAsxSb1-x的禁带宽度可达0.099eV（对应截止波长为12.5μm）甚至更小。InAsxSb1-x的结构稳定，As与Sb和In之间都是稳定的共价键结合，InAsxSb1-x的载流子迁移率比HgxCd1-xTe高，而且介电常数和室温下的自扩散系数（约5.2×10-16cm2/s）都比较小，这些特点使得InAsSb非常适合制作红外光电探测器和气体传感器。InAs/InAsSb窄带隙应变层超晶格的响应波长（禁带宽度）的控制由Sb组分决定，能够覆盖与InAs/GaSb超晶格相同的红外波段，所以在相同的工作波段范围内，相比于InAs/GaSbII类超晶格，InAs/InAsSb超晶格体系具有更长的少子寿命，目前有文献报道称，在温度为77K时，InAs/InAsSb超晶格和InAs/GaSbII类超晶格两者的少子寿命分别约为412ns和100ns。同时，InAs/InAsSb超晶格载流子迁移率高，据相关文献报道：nBn型InAs/InAsSb超晶格中空穴迁移率达到60cm2/V，比InAs/GaSbII类超晶格的垂直空穴输运速率大一个数量级，电子有效质量大，少数载流子寿命（研究报道称：温度为77K时，少数载流子寿命可以达到500ns）的增加，带隙调节及抑制俄歇复合率等优点促使InAs/InAsSb超晶格在较高的响应速度下大幅减少隧穿效应，降低暗电流，提高工作性能。
技术实现思路
基于上述分析，本专利技术旨在提供一种低暗电流、高探测率、高载流子迁移率、长少子寿命等优点的基于InAsSb材料的短波/中波双色红外探测器。本专利技术的另一个目的是提供一种上述的低暗电流、高探测率、高载流子迁移率、长少子寿命等优点的基于InAsSb材料的短波/中波双色红外探测器的制备方法。本专利技术的目标主要是通过以下技术方案实现的：1.一种基于InAsSb材料的短波/中波双色红外探测器，包括GaSb衬底、沉积于GaSb衬底上的外延结构、钝化层、金属电极，其特征在于所述外延结构从下至上依次为Be掺杂的GaSb缓冲层、p型InAs/InAsSb超晶格接触层、未掺杂的InAs/InAsSb超晶格中波吸收层、n型InAs/InAsSb超晶格接触层、第一n型InAsSb接触层、AlAsSb电子势垒层、非掺杂InAsSb短波红外吸收层、第二n型InAsSb接触层（包括盖层），外延结构的两侧经刻蚀形成台阶，台阶的深度分别至p型InAs/InAsSb超晶格接触层（或Be掺杂GaSb缓冲层）和第一n型InAsSb接触层（或n型InAs/InAsSb超晶格接触层），电极包括金属下电极、金属中电极和金属上电极，金属下电极与P型InAs/InAsSb超晶格接触层（或Be掺杂GaSb缓冲层）形成欧姆接触，金属中电极与第一n型InAsSb接触层（或n型InAs/InAsSb超晶格接触层）形成欧姆接触，金属上电极形成于台阶的上方，与盖层形成欧姆接触。2.本专利技术中，所述GaSb衬底采用(001)方向的n型GaSb衬底或者(001)方向的GaAs衬底。3.本专利技术中，所述GaSb缓冲层的厚度为0.5~1μm，材料为采用Be进行P型掺杂的GaSb材料，其中Be掺杂浓度为1~2×1018cm-3。4.本专利技术中，所述P型InAs/InAsSb超晶格接触层由交替生长的19.2ML(monolayer，原子层)InAs层和9.6MLInAs0.73Sb0.27层组成，总厚度为0.4~0.9μm，其中InAs层的材料采用Be掺杂的InAs材料，掺杂浓度为1~2×1018cm-3，各组分层厚度可以根据具体的需要进行调节，本专利技术中其中每层InAs厚度为19.2ML，InAs0.73Sb0.27厚度为9.6ML。5.本专利技术中，所述未掺杂的InAs/InAsSb超晶格中波红外吸收层由交替生长的19.2MLInAs层和9.6MLInAs0.73Sb0.27层组成，总厚度为2~6μm。其中，InAs层和InAs0.73Sb0.27层均为本征层，不进行掺杂。各组分层厚度可以根据具体的需要进行调节，本专利技术中其中每层InAs厚度为19.2ML，InAs0.73Sb0.27厚度为9.6ML。6.本专利技术中，所述n型InAs/InAsSb超晶格接触层由交替生长的19.2MLInAs层和9.6MLInAs0.73Sb0.27层组成，总厚度为0.4~0.9μm，其中InAs层的材料为掺杂元素Si的InAs材料，Si掺杂浓度为1~2×1018cm-3。各组分层厚度可以根据具体的需要进行调节，本专利技术中其中每层InAs厚度为19.2ML，InAs0.73Sb0.27厚度为9.6ML。7.本专利技术中，所述AlAsSb电子势垒层的总厚度为0.3~0.5μm，材料采用Be弱掺杂的AlAsSb材料，掺杂浓度为1~2×1017cm-3。8．本专利技术中，所述第一n型InAsSb接触层和第二n型InAsSb接触层（包括盖层）的厚度均为0.3~0.8μm，InAsSb层材料采用Si掺杂的InAsSb材料，掺杂浓度为1~2×1018cm-3。9.本专利技术中，所述非掺杂的InAsSb短波红外吸收层，总厚度为2~6μm。10.一种制备上述基于InAsSb材料的短波/中波本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于InAsSb材料的短波/中波双色红外探测器，包括GaSb衬底、沉积于GaSb衬底上的外延结构、钝化层、金属电极，其特征在于所述外延结构从下至上依次为Be掺杂的GaSb缓冲层、p型InAs/InAsSb超晶格接触层、未掺杂的InAs/InAsSb超晶格中波吸收层、n型InAs/InAsSb超晶格接触层、第一n型InAsSb接触层、AlAsSb电子势垒层、非掺杂InAsSb短波红外吸收层、第二n型InAsSb接触层（盖层），外延结构的两侧经刻蚀形成台阶，台阶的深度分别至p型InAs/InAsSb超晶格接触层（或Be掺杂GaSb缓冲层）和第一n型InAsSb接触层（或n型InAs/InAsSb超晶格接触层），电极包括金属下电极、金属中电极和金属上电极，金属下电极与p型InAs/InAsSb超晶格接触层（或Be掺杂GaSb缓冲层）欧姆接触，金属中电极与第一n型InAsSb接触层（或n型InAs/InAsSb超晶格接触层）欧姆接触，金属上电极形成于台阶的上方，与盖层欧姆接触。

【技术特征摘要】
1.一种基于InAsSb材料的短波/中波双色红外探测器，包括GaSb衬底、沉积于GaSb衬底上的外延结构、钝化层、金属电极，其特征在于所述外延结构从下至上依次为Be掺杂的GaSb缓冲层、p型InAs/InAsSb超晶格接触层、未掺杂的InAs/InAsSb超晶格中波吸收层、n型InAs/InAsSb超晶格接触层、第一n型InAsSb接触层、AlAsSb电子势垒层、非掺杂InAsSb短波红外吸收层、第二n型InAsSb接触层（盖层），外延结构的两侧经刻蚀形成台阶，台阶的深度分别至p型InAs/InAsSb超晶格接触层（或Be掺杂GaSb缓冲层）和第一n型InAsSb接触层（或n型InAs/InAsSb超晶格接触层），电极包括金属下电极、金属中电极和金属上电极，金属下电极与p型InAs/InAsSb超晶格接触层（或Be掺杂GaSb缓冲层）欧姆接触，金属中电极与第一n型InAsSb接触层（或n型InAs/InAsSb超晶格接触层）欧姆接触，金属上电极形成于台阶的上方，与盖层欧姆接触。2.根据权利要求1所述的基于InAsSb材料的短波/中波双色红外探测器，其特征在于所述的GaSb衬底采用(001)方向的n型GaSb衬底或者(001)方向的GaAs衬底。3.根据权利要求1所述的基于InAsSb材料的短波/中波双色红外探测器，其特征在于所述的GaSb缓冲层的厚度为0.5~1.1μm，材料为采用Be进行P型掺杂的GaSb材料，Be掺杂浓度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝瑞亭，任洋，郭杰，刘思佳，赵其琛，王书荣，常发冉，刘欣星，
申请(专利权)人：云南师范大学，
类型：发明
国别省市：云南,53