一种半导体红外探测器及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种半导体红外探测器及其制作方法，属于光电子信息领域，涉及一种半导体红外光探测器，包括红外测试芯片、透镜、阳极引线、阴极引线、绝缘层、散热基底、阳极引脚、阴极引脚、支架。其中红外测试芯片包括直流电源、一级电极、二级电极、三级电极、阳极导线、阴极导线、重掺杂吸收层、过渡层、轻掺杂吸收层、有源层、缓冲层、半绝缘基底。在探测过程中，该红外探测器可根据红外光子的波段选择不同探测电路以提高探测效率，通过调控掺杂浓度及薄膜厚度进一步提高探测精度，具有暗电流小、分辨率高、探测温度高的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种半导体红外探测器及其制备方法
本专利技术属于光电子信息领域，涉及一种半导体红外光探测器。
技术介绍
红外线是一种电磁波，其波长(0.75μm-1000μm)介于可见光和微波之间，通常把红外辐射按波长分为近红外、中红外、远红外、甚远红外四个波段。红外光探测器是许多应用领域的关键元件，广泛应用于火警探测、火焰传感、天文学观测与研究、航空及航天跟踪与控制、气象环境监测与预报、医疗卫生与生物工程、通信等领域。自上世纪70年代开始，半导体材料成为红外探测器的本征材料，常用材料包括InAs/GaSb、InAs/Ga1-xInxSb、InGaAs/AlGaAs、GaAs/AlGaAs、HgCdTe等半导体复合材料，半导体红外探测器具有成本低、寿命长、驱动电压低、体积小、重量轻、功率密度大、携带方便等优点。然而，现有半导体材料在制备过程中产生的晶格缺陷破坏了材料的均匀性使探测精度下降。此外对于超晶格结构的半导体红外探测材料，在界面处产生的晶格失配造成电子能带窄化影响红外光子吸收率。此外，红外探测器在探测短波红外与中波红外时对环境温度具有较高的敏感度，因而对不同基体材料的红外探测器有严格的测试温度范围要求。同时，暗电流过大引起噪声信号过强是目前现有红外探测器的共性难题，降低暗电流是光测领域亟待解决的技术难题。所以研发一种具有较好材料均匀性，使材料内部对红外光子的吸收及散射具有近似各向同性、暗电流强度较小的红外探测器具有重要的实际应用价值，若能通过对超晶格半导体材料的设计使红外探测器具有更宽泛的测试温度范围，也将进一步扩大其使用的

技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术中的不足之处，提供一种灵敏度高、分辨率高、测试范围广、工艺简单、环境友好的红外探测器，用于测试红外光谱分析、气体成分分析、电子元件温度梯度分析等高精度要求的情况。本专利技术要解决的另外一个技术问题为提供一种基于GaAs/n+GaAs/GaSb/GaInSb/AlGaAsSb/n+GaInSb复合结构的半导体红外光探测器的制备方法。本专利技术所述的一种半导体红外探测器，其特征在于：该探测器包括红外测试芯片、透镜、阳极引脚、阴极引脚、绝缘层、散热基底、引线、支架。进一步的，作为一种具体的结构形式，所述的红外测试芯片包括直流电源、一级电极、二级电极、三级电极、阳极导线、阴极导线、重掺杂吸收层、过渡层、轻掺杂吸收层、有源层、缓冲层、半绝缘基底。进一步的，作为一种具体的结构形式，所述的红外测试芯片的半绝缘基底采用GaAs半导体晶片，采用激光切割将晶片切割为40um×20um的矩形块体，厚度为150nm~200nm。进一步的，作为一种具体的结构形式，所述的红外测试芯片的缓冲层采用n型重掺杂GaAs层，掺杂元素为As，掺杂浓度为2~4×1018cm-3，通过采用MOCVD工艺在半绝缘基底表面生长出n-GaAs缓冲层,缓冲层为10um×20um的矩形块体，厚度为100~200nm。进一步的，作为一种具体的结构形式，所述的红外测试芯片的有源层采用GaSb材料，通过采用MOCVD工艺在缓冲层表面生长出GaSb有源层,有源层为10um×20um的矩形块体，厚度为100~200nm。进一步的，作为一种具体的结构形式，所述的红外测试芯片的轻掺杂吸收层采用n型GaInSb材料，掺杂元素采用Ga,掺杂浓度为2~3×1017cm-3，通过MOCVD工艺在有源层表面生长出n型GaInSb轻掺杂吸收层，该吸收层结构为10um×20um的矩形块体，厚度为300~500nm。进一步的，作为一种具体的结构形式，所述的红外测试芯片的过渡层采用AlGaAsSb材料，通过MOCVD工艺在轻掺杂吸收层表面生长出AlGaAsSb过渡层，该吸收层结构为10um×20um的矩形块体，厚度为50~100nm。进一步的，作为一种具体的结构形式，所述的红外测试芯片的重掺杂吸收层采用n型GaInSb材料，掺杂元素采用Te,掺杂浓度为2~3×1019cm-3，通过MOCVD工艺在过渡层表面生长出n型GaInSb重掺杂吸收层，该吸收层结构为10um×20um的矩形块体，厚度为100~200nm。进一步的，作为一种具体的结构形式，所述的红外测试芯片的一级电极采用物理气相沉积工艺在n型重掺杂GaInSb吸收层表面沉积，沉积厚度为30~50nm，沉积材料为Cu。进一步的，作为一种具体的结构形式，所述的红外测试芯片的二级电极采用物理气相沉积工艺在n型GaInSb轻掺杂吸收层表面沉积，沉积厚度为30~50nm，沉积材料为Cu。进一步的，作为一种具体的结构形式，所述的红外测试芯片的三级电极采用物理气相沉积工艺在n型重掺杂GaAs缓冲层表面沉积，沉积厚度为30~50nm，沉积材料为Cu。进一步的，作为一种具体的结构形式，所述的红外测试芯片的导线采用纯Cu金属丝，导线与各电极通过键合工艺焊接固连。进一步的，作为一种具体的结构形式，所述的红外测试芯片的直流电源均采用0.2V-2V工作电压，工作电流30～300mA。进一步的，作为一种具体的结构形式，所述的半导体红外探测器的透镜采用聚碳酸酯半球形塑胶透镜，透镜通过硅胶固定在支架的卡槽内。进一步的，作为一种具体的结构形式，所述的半导体红外探测器的阳极引脚采用纯Cu材料，阳极引脚分别与直流电源的正极连接，引入空穴。进一步的，作为一种具体的结构形式，所述的半导体红外探测器的阴极引脚采用纯Cu材料，阳极引脚分别与直流电源阴极连接，引入电子。进一步的，作为一种具体的结构形式，所述的半导体红外探测器的绝缘层采用Al2O3陶瓷，结构为100um×40um的矩形块体，厚度为300nm~500nm，红外测试芯片与绝缘层通过钎焊工艺连接，钎焊材料为Ag-Cu共晶材料，添加Ti作为钎料的活性元素。进一步的，作为一种具体的结构形式，所述的半导体红外探测器的散热基底，采用纯铜制作，绝缘层与散热基底之间采用导热硅胶连接。进一步的，作为一种具体的结构形式，所述的半导体红外探测器的支架，采用PPS塑料添加石墨高导热碳粉注塑成型，用于固定透镜、引脚和散热基底。一种半导体红外光探测器的制作方法，该方法的步骤包括：步骤一选取（001）生长方向的GaAs半导体晶片作为衬底，晶片采用激光切割成40um×20um的矩形块体，厚度为200nm~400nm。通过超声波在乙醇与丙酮混合溶液中清洗，乙醇与丙酮混合质量比例2:1，清洗时间2分钟，清洗后真空烘干，烘干温度120℃；步骤二将清洗过的GaAs衬底放入MOCVD反应室中，加热至650℃，保温5分钟，完成氧脱附；步骤三将MOCVD反应室温度降至550℃，压强600mbar，通入含有10%AsH3的氢气作为As源，三甲基镓为Ga源，保温5分钟后在900秒时间内温度均匀将至300℃，后经设备自身缓慢散热使反应室温度降至室温完成n型重掺杂GaAs层的制备，厚度100~200nm；步骤四将MOCVD反应室温度升至650℃，压强400mbar，引入Sb2锑源、三甲基镓为Ga源，保温8分钟后在1200秒时间内温度均匀将至300℃，后经设备自身缓慢散热使反应室温度降至室温完成n型重掺杂GaAs层的制备，厚度100~200nm；步骤五将MOCVD反应室温度降至550℃，压强600m本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体红外探测器，其特征在于包括：红外测试芯片、透镜、阳极引脚、阴极引脚、绝缘层、散热基底、导线、支架，透镜通过硅胶固定在支架的卡槽内，阳极引脚与阴极引脚通过支架卡槽固定，红外测试芯片与绝缘层通过钎焊工艺连接，绝缘层与散热基底之间采用导热硅胶连接，散热基底采用导热硅胶固定在支架内。

【技术特征摘要】
1.一种半导体红外探测器，其特征在于包括：红外测试芯片、透镜、阳极引脚、阴极引脚、绝缘层、散热基底、导线、支架，透镜通过硅胶固定在支架的卡槽内，阳极引脚与阴极引脚通过支架卡槽固定，红外测试芯片与绝缘层通过钎焊工艺连接，绝缘层与散热基底之间采用导热硅胶连接，散热基底采用导热硅胶固定在支架内。2.根据权利要求1所述的一种半导体红外探测器，其特征在于所述的红外测试芯片包括直流电源、直流电源、直流电源、一级电极、二级电极、三级电极、阳极导线、阴极导线、重掺杂吸收层、过渡层、轻掺杂吸收层、有源层、缓冲层、半绝缘基底。3.根据权利要求2所述的红外测试芯片，其特征在于所述的半绝缘基底采用GaAs半导体晶片，采用激光切割将晶片切割为40um×20um的矩形块体，厚度为150nm~200nm。4.根据权利要求2所述的红外测试芯片，其特征在于所述的缓冲层采用n型重掺杂GaAs层，掺杂元素为As,掺杂浓度为2~4×1018cm-3，通过采用MOCVD工艺在半绝缘基底表面生长出n-GaAs缓冲层,缓冲层为10um×20um的矩形块体，厚度为100~200nm。5.根据权利要求2所述的红外测试芯片，其特征在于所述的有源层采用GaSb材料，通过采用MOCVD工艺在缓冲层表面生长出GaSb有源层,有源层为10um×20um的矩形块体，厚度为100~200nm。6.根据权利要求2所述的红外测试芯片，其特征在于所述的轻掺杂吸收层采用n型GaInSb材料，掺杂元素采用Ga,掺杂浓度为2~3×1017cm-3，通过MOCVD工艺在有源层表面生长出n型GaInSb轻掺杂吸收层，该吸收层结构为10um×20um的矩形块体，厚度为300~500nm。7.根据权利要求2所述的红外测试芯片，其特征在于所述的过渡层采用AlGaAsSb材料，通过MOCVD工艺在轻掺杂吸收层表面生长出AlGaAsSb过渡层，该吸收层结构为10um×20um的矩形块体，厚度为50~100nm。8.根据权利要求2所述的红外测试芯片，其特征在于所述的重掺杂吸收层采用n型GaInSb材料，掺杂元素采用Te，掺杂浓度为2~3×1019cm-3，通过MOCVD工艺在过渡层表面生长出n型GaInSb重掺杂吸收层，该吸收层结构为10um×20um的矩形块体，厚度为100~200nm。9.一种半导体红外探测器制作方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一选取（001）生长方向的GaAs半导体晶片作为衬底，晶片采用激光切割成40um×20um的矩形块体，厚度为200nm~400nm，通过超声波在乙醇与丙酮混合溶液中清洗，乙醇与丙酮混合质量比例2:1，...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋欢，
申请(专利权)人：宋欢，
类型：发明
国别省市：河南,41