多量子阱红外探测材料的结构层厚获取方法技术

一种多量子阱红外探测材料的结构层厚获取方法，特别用于ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ多量子阱红外探测材料的上电极层和多量子阱区厚度参数的测量，其步骤包括：　　　　ａ．先在常规的透射光谱测量系统中测量多量子阱材料的透射光谱；　　　　ｂ．之后，采用双层近似模型计算出透射光谱的理论数据并与上述测量光谱数据进行拟合，获取制造工艺需要的厚度参数。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种多量子阱红外探测器材料结构层厚度和透射光谱测量，具体地说，是关于通过对多量子阱红外探测器材料透射光谱的测量和特殊模型的应用，直接获取材料上电极层、多量子阱区域厚度参数的方法。
技术介绍
随着红外探测器在军事、民用等领域的需求，其材料生长、器件制备受到了极大关注。例如，GaAs/AlGaAs两类重要的红外半导体材料，同HgCdTe材料相比，GaAs/AlGaAs多量子阱红外探测器虽存在光吸收系数小，载流子寿命短的缺点，但是，GaAs材料生长和工艺成熟，容易做成重复性、均匀性好的大面积阵列(FPA)，同时，它的制造成本较低、器件性能稳定，并适合大规模生产，而且AlGaAs/GaAs多量子阱原则上也可以制成在任何红外波段工作的探测器，因此，由于近年来通过大气窗口8～12μm范围的红外探测器在空间遥感技术方面具有重要的应用前景，这就使得AlGaAs/GaAs多量子阱红外探测器(Quantum Well Infrared Photodetector QWIP)的主要发展方向是工作在8～14μm范围内的长波器件，如此更引起人们的广泛兴趣。分子束外延技术的发展，采用人工控制晶体结构的量子效应红外探测器作为下一代红外探测器已引起人们的注意，目前发展的GaAs/GaAlAs多量子阱红外探测器的研究与发展创造了一条实现8～14μm红外探测器的新途径，而且，它具有独特的优点，在制造某些高性能探测器和光电集成电路中发挥其它材料不可替代的作用。虽然采用分子束外延技术，在材料生长过程中可以通过反射高能电子衍射(RHEED)技术对外延薄膜的生长速率进行监测，但是，在材料整个生长过程中生长速率会产生漂移，使材料实际生长的厚度会产生偏差，这给后期的流片工艺带来了困难。人们通常采用常规的二次离子质谱方法和台阶仪方法等来控制材料的结构参数，但这些方法均需要对样品进行破坏性的处理，而经过这样的处理后材料已不能再被使用，所以真正的被用于器件制备的样品是无法得到其相关结构参数的。为此任何一种无损的检测方法对QWIP器件工艺中的具体参量确定，进而确保工艺过程的可控性是很有用的。图1给出了GaAs/AlGaAs QWIP材料典型结构示意图，从样品表面依次为上电极层、多量子阱区、下电极层以及缓冲层和衬底。在器件制备过程中，需要光刻并腐蚀到下电极层，确知每一片材料中上电极层和多量子阱区总的厚度参数显得非常重要；同时，对于n型量子阱红外探测器，由于受到量子选择定则的限制，必须使用介质或金属耦合光栅，才能对正入射光有吸收，通常采用在上电极层中光刻并腐蚀出光栅结构，也需要了解上电极层的厚度参数信息。获得这些厚度参数后，器件制备工艺参数才能严格确定，从而确保工艺过程的顺利完成。
技术实现思路
如上所述，基于材料生长速率的漂移而导致材料的实际生长厚度不确定乃是本专利技术所要解决的技术问题，为此，本专利技术的目的是提供一种简便的、无损伤的获取多量子阱红外探测材料中对器件工艺十分关键的厚度参数的方法，为器件制备工艺顺利进行提供依据。本专利技术的技术方案如下根据本专利技术的一种，特别用于GaAs/AlGaAs多量子阱红外探测材料的上电极层和多量子阱区厚度参数的测量，其步骤包括a.先在常规的透射光谱测量系统中测量多量子阱材料的透射光谱；b.之后，采用双层近似模型计算出透射光谱的理论数据并与上述测量光谱数据进行拟合，获取制造工艺需要的厚度参数。进一步，所述的步骤a的测量过程包括(1)首先在透射光谱测量系统的光路中留出放置样品的足够大的空间，以及把样品置放在器件级材料专用的样品架上待测置入光路中；(2)利用波长为500～600nm可见光调节好光路，并测量此时探测器的信号随波长900～1250nm范围内的变化，测量的结果作为系统的本底信号；(3)将多量子阱样品放置于光路中，再次测量波长在900～1250nm范围内信号随波长的变化，获得光谱信号；(4)用上述测得的光谱信号除以本底信号即可得到多量子阱材料的透过率随波长的变化曲线，即透射光谱。所述的步骤b其过程包括(1)将多量子阱红外探测材料结构之下电极层、缓冲层和衬底视为一体而作为等效衬底层，并将多量子阱区域和上电极层分别作为等效第二层和第一层，该等效第二层和第一层近似为衬底上的双层薄膜模型；(2)利用典型的多层膜的透射率T计算公式推导出两层薄膜正入射时的理论计算式Tt(ni,di,λi)T=nk+1n0(t0t1t2Ktk)2μ11·μ11*;]]>(3)以按材料设计要求生长而成的QWIP结构参量的上电极层厚度d10多量子阱区厚度d20和多量子阱区的折射率nQWO为初始值，并对它们作随机变化，使理论计算与实验结果之间达到最佳吻合FX·=Σi(Te(λi)-Tt(ni,di,λi))2,]]>并最后输出最终拟合参数d1、d2及nQW，式中Te(λi)和Tt(ni，di，λi)分别表示某一波长处透射率实验测量和理论计算结果。所述的量子阱层的等效折射率主要由其中的势垒AlxGal-xAs 的折射率快，并依关系式nQW＝x·nAlAs+(1-x)nGaAs及半导体材料参数手册来求得量子阱区的折射率。本专利技术的最大优点是(1)光谱测量具有非接触、无损伤的优点，非常适于确定将用于器件制备的QWIP材料的结构层基本参数；(2)利用本专利技术中提出的模型，可以快速、准确地提供器件制备工艺中非常关注的材料生长实际厚度参数；(3)进行透射光谱测量时样品放入后光路无需重新调节，保证了测量的便捷性和可靠性，适合于常规性测量。附图说明图1为本专利技术所要测量的一种GaAs/AlGaAs多量子阱红外探测器材料典型结构示意图；图2为本专利技术所使用的透射光谱实验测量系统示意图；图3为应用本专利技术方法所做的几种实施例对应的实验结果(虚线)与拟合结果(实线)的比较示意图。具体实施例方式下面根据图1～图3给出本专利技术一个较好实施例，并结合该实施例对本专利技术的方法作进一步的详细说明实施例所用样品为分子束外延系统中生长的QWIP材料，材料编号为QWIP1018，GaAs(001)作为衬底，多量子阱区中AlGaAs层Al组分值x＝0.11。如图1所示，本实施例所用的QWIP材料20，其共由104层薄膜组成，自上而下，依次为上电极层21、多量子阱层22、下电极层23、缓冲层24和衬底25。本专利技术提出了将下电极层23、缓冲层24视为与衬底25为一体，称为等效衬底层，将50个量子阱的多量子阱区域的101层视为等效第二层，将上电极层21称为第一层，这样就将衬底25上104层薄膜近似为衬底25上的双层薄膜的模型。本实施例采用常规的透射测量系统，具体实验装置如图2所示，其中光源1为Oriel公司(型号为66184)的卤钨灯；单色仪2是Oriel公司的1/8m(型号74000，计算机控制)；探测器6为室温工作的Ge探测器；采用EG&G(型号5209)的锁相放大器7并由计算机9进行数据采集。具体的测量过程为(1)首先，样品3不放在光路中，光路的置放样品3的空间要足够大，同时样品3置放在器件级材料专本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陆卫，陈贵宾，王少伟，李宁，陈效双，季亚林，李志锋，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：