二类超晶格雪崩光电探测器及其制作方法技术

本公开提供一种二类超晶格雪崩光电探测器及其制备方法，包括：衬底；缓冲层，位于所述衬底上；N型欧姆接触层，位于所述缓冲层上，为N型InAs/GaSb超晶格；雪崩倍增层，覆于部分所述欧姆接触层之上，未被覆盖的欧姆接触层形成一台面；光吸收层，位于所述雪崩倍增层上，为InAs/GaSb超晶格，用于探测红外光；P型欧姆接触层，位于所述光吸收层上；钝化层，覆于所述台面的部分上表面并开设有第一电极窗口，同时覆盖所述P型欧姆接触层上表面边缘处，并开设有第二电极窗口；以及还覆于所述雪崩倍增层、光吸收层、P型欧姆接触层的侧面；P电极，位于所述第二电极窗口内，居中裸露P型欧姆接触层区域作为通光孔；以及N电极，位于所述台面上的第一电极窗口内。

Two Kinds of Superlattice Avalanche Photodetector and Its Fabrication Method

【技术实现步骤摘要】
二类超晶格雪崩光电探测器及其制作方法
本公开涉及半导体
，尤其涉及一种二类超晶格雪崩光电探测器及其制作方法，其为红外波段的倍增区与吸收区分离的InAs/GaSb二类超晶格雪崩光电探测器。
技术介绍
红外探测技术不论在军事领域还是民用领域均有非常广泛的应用。在现代军事领域中，被动红外探测技术由于其准确可靠、反应迅速、保密性强、抗电子干扰性强等无可比拟的优势，越来越被人们所重视。在遥感、导航、火灾监控等民用领域，红外探测技术也发挥着重要的作用。对于InAs/GaSb二类超晶格材料来说，由于其独特的能带结构，InAs材料导带底能量比GaSb材料价带顶能量大约低0.2eV，因此具备了很多独特的性质。InAs/GaSb二类超晶格作为红外探测器量子效率高，均匀性好，基于较为成熟的III/V族半导体生长工艺成本低，生长质量好，吸收带隙可调，是理想的红外探测材料。而且InAs和GaSb的晶格常数接近，通过调节InAs和GaSb的厚度和界面类型，仍然能够与GaSb衬底匹配。然而由于大气环境的复杂性，在大气层中传输的红外光会被CO，CO2，水蒸气等吸收，造成信号大幅度的衰减，降低探测效率。雪崩光电探测器因为能够显著提高光探测的响应度，因此在光纤传输、制导感测、激光雷达等军民领域被广泛应用。综合考虑以上因素，使用InAs/GaSb二类超晶格材料制作雪崩光电探测器，能够在探测红外光的同时，提供更高的响应度，从而满足极端条件下的工作要求。但是红外波段的InAs/GaSb超晶格材料禁带宽度窄，外加高电压后暗电流大，会降低信噪比。公开内容(一)要解决的技术问题基于上述问题，本公开提供了一种二类超晶格雪崩光电探测器及其制作方法，以缓解现有技术中雪崩光电探测器中红外波段的InAs/GaSb超晶格材料禁带宽度窄，外加高电压后暗电流大，会降低信噪比等技术问题。(二)技术方案本公开的一个方面，提供一种二类超晶格雪崩光电探测器，包括：衬底1，制备材料包括GaSb；缓冲层2，位于所述衬底上，制备材料包括不掺杂的GaSb；N型欧姆接触层3，位于所述缓冲层上，制备材料包括N型InAs/GaSb超晶格；雪崩倍增层4，覆于部分所述欧姆接触层3之上，未被覆盖的欧姆接触层3形成一台面；光吸收层5，位于所述雪崩倍增层4上，制备材料包括InAs/GaSb超晶格，用于探测红外光；P型欧姆接触层6，位于所述光吸收层5上；钝化层7，覆于所述台面的部分上表面并开设有第一电极窗口，同时覆盖所述P型欧姆接触层6上表面边缘处，并开设有第二电极窗口；以及还覆于所述雪崩倍增层4、光吸收层、P型欧姆接触层6的侧面；P电极8，位于所述第二电极窗口内，居中裸露P型欧姆接触层6区域作为通光孔7a；以及N电极9，位于所述台面上的第一电极窗口内。在本公开实施例中，所述雪崩倍增层4由下至上包括：电荷层4a，制备材料包括N型InAlAs/AlInAsSb；雪崩倍增区4b，制备材料包括不掺杂的I型InAlAs/AlInAsSb；以及电荷截止层4c，制备材料包括P型InAlAs/AlInAsSb。在本公开实施例中，所述P型欧姆接触层6，由下至上包括：下欧姆接触层6a，制备材料包括P型InAs/GaSb超晶格；以及上欧姆接触层6b，制备材料包括P型InAs。在本公开实施例中，所述电荷层4a，雪崩倍增区4b，以及电荷截止层4c的制备材料均由InAlAs和AlInAsSb材料交替排列、多周期重复组成。在本公开实施例中，每个周期内所述的InAlAs材料中In的组分为0.90～0.92；Al的组分为0.08～0.10；每个周期内所述的AlInAsSb材料中Al和Sb的组分为0.4～0.6，In和As的组分为0.4～0.6。在本公开实施例中，所述InAlAs材料的厚度为8～12nm，所述AlInAsSb材料的厚度为8～12nm。在本公开实施例中，所述电荷层4a的掺杂浓度为5×1017～1×1018cm-3，所述雪崩倍增区4b非有意掺杂，所述电荷截止层4c的掺杂浓度为5×1017～1×1018cm-3。在本公开实施例中，所述钝化层7的制备材料包括ZnS。在本公开的另一方面，提供一种二类超晶格雪崩光电探测器的制备方法，用于制备如上任一项所述的二类超晶格雪崩光电探测器，所述二类超晶格雪崩光电探测器的制备方法，包括：步骤A：制备外延片；步骤B：在步骤A制备好的外延片上去除边缘部分至N型欧姆接触层3形成台面结构并制备钝化层；以及步骤C：在步骤B加工完台面结构的外延片上制作电极及通光孔，完成二类超晶格雪崩光电探测器的制作。在本公开实施例中，所述步骤A中，在GaSb衬底1上面，依次外延生长缓冲层2，N型欧姆接触层3，雪崩倍增层4，光吸收层5，以及P型欧姆接触层6；所述步骤B中，运用半导体工艺技术进行台面结构的加工，把加工后的外延片放入60℃的(NH4)2S溶液中浸泡10min作为钝化前的处理，接着采用电子束沉积的方法将外延片沉积400±30nm的钝化层，光刻并腐蚀钝化层预留通光孔和用于制作电极的第一电极窗口和第二电极窗口。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本公开二类超晶格雪崩光电探测器及其制作方法至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：(1)能够响应短波到长波红外并提供雪崩增益；(2)既能扩展波长范围，又能保持较低的暗电流，从而提高探测器的性能；(3)能提高信噪比。附图说明图1是本公开实施例二类超晶格雪崩光电探测器的结构示意图。图2是本公开实施例二类超晶格雪崩光电探测器的更具体的结构示意图。图3是本公开实施例二类超晶格雪崩光电探测器的制备方法流程图。【附图中本公开实施例主要元件符号说明】1-衬底；2-缓冲层；3-N型欧姆接触层；4-雪崩倍增层；4a-电荷层；4b-雪崩倍增区；4c-电荷截止层；5-光吸收层；6-P型欧姆接触层；6a-下姆接触层；6b-上欧姆接触层；7-钝化层；7a-通光孔；8-P电极；9-N电极。具体实施方式本公开提供了一种二类超晶格雪崩光电探测器及其制作方法，采用晶格常数与GaSb衬底匹配的InAlAs和AlInAsSb多元化合物，因为他们特殊的能带结构，把他们交替排列在一起形成阶梯状导带，实现依次倍增的作用。同时由于InAlAs和AlInAsSb的带隙较大，在高电压下暗电流更低。使用InAs/GaSb超晶格作为光吸收区和InAlAs/AlInAsSb交替结构作为倍增区组成的雪崩光电探测器能够实现红外短波到长波的高灵敏低噪声探测。为使本公开的目的、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，对本公开进一步详细说明。在本公开实施例中，提供一种二类超晶格雪崩光电探测器，结合图1和图2所示，所述二类超晶格雪崩光电探测器，包括：衬底1，制备材料包括GaSb；缓冲层2，位于所述衬底上，制备材料包括不掺杂的GaSb；N型欧姆接触层3，位于所述缓冲层上，制备材料包括N型InAs/GaSb超晶格；雪崩倍增层4，覆于部分所述欧姆接触层3之上，未被覆盖的欧姆接触层3形成一台面，所述雪崩倍增层4由下至上包括：电荷层4a，制备材料包括N型InAlAs/AlInAsSb；雪崩倍增区4b，制备材料包括不掺杂的I型InAlAs/AlInAsSb；电荷截止层4c，制备材料包括P型InAlAs本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二类超晶格雪崩光电探测器，包括：衬底(1)，制备材料包括GaSb；缓冲层(2)，位于所述衬底上，制备材料包括不掺杂的GaSb；N型欧姆接触层(3)，位于所述缓冲层上，制备材料包括N型InAs/GaSb超晶格；雪崩倍增层(4)，覆于部分所述欧姆接触层(3)之上，未被覆盖的欧姆接触层(3)形成一台面；光吸收层(5)，位于所述雪崩倍增层(4)上，制备材料包括InAs/GaSb超晶格，用于探测红外光；P型欧姆接触层(6)，位于所述光吸收层(5)上；钝化层(7)，覆于所述台面的部分上表面并开设有第一电极窗口，同时覆盖所述P型欧姆接触层(6)上表面边缘处，并开设有第二电极窗口；以及还覆于所述雪崩倍增层(4)、光吸收层、P型欧姆接触层(6)的侧面；P电极(8)，位于所述第二电极窗口内，居中裸露P型欧姆接触层(6)区域作为通光孔(7a)；以及N电极(9)，位于所述台面上的第一电极窗口内。

【技术特征摘要】
1.一种二类超晶格雪崩光电探测器，包括：衬底(1)，制备材料包括GaSb；缓冲层(2)，位于所述衬底上，制备材料包括不掺杂的GaSb；N型欧姆接触层(3)，位于所述缓冲层上，制备材料包括N型InAs/GaSb超晶格；雪崩倍增层(4)，覆于部分所述欧姆接触层(3)之上，未被覆盖的欧姆接触层(3)形成一台面；光吸收层(5)，位于所述雪崩倍增层(4)上，制备材料包括InAs/GaSb超晶格，用于探测红外光；P型欧姆接触层(6)，位于所述光吸收层(5)上；钝化层(7)，覆于所述台面的部分上表面并开设有第一电极窗口，同时覆盖所述P型欧姆接触层(6)上表面边缘处，并开设有第二电极窗口；以及还覆于所述雪崩倍增层(4)、光吸收层、P型欧姆接触层(6)的侧面；P电极(8)，位于所述第二电极窗口内，居中裸露P型欧姆接触层(6)区域作为通光孔(7a)；以及N电极(9)，位于所述台面上的第一电极窗口内。2.根据权利要求1所述的二类超晶格雪崩光电探测器，所述雪崩倍增层4由下至上包括：电荷层(4a)，制备材料包括N型InAlAs/AlInAsSb；雪崩倍增区(4b)，制备材料包括不掺杂的I型InAlAs/AlInAsSb；以及电荷截止层(4c)，制备材料包括P型InAlAs/AlInAsSb。3.根据权利要求1所述的二类超晶格雪崩光电探测器，所述P型欧姆接触层(6)，由下至上包括：下欧姆接触层(6a)，制备材料包括P型InAs/GaSb超晶格；以及上欧姆接触层(6b)，制备材料包括P型InAs。4.根据权利要求2所述的二类超晶格雪崩光电探测器，所述电荷层(4a)，雪崩倍增区(4b)，以及电荷截止层(4c)的制备材料均由InAlAs和AlInAsSb材料交替排列、多周期重复组成。5.根据权利要求4所述的二类超...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵成城，马文全，黄建亮，张艳华，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11