一种衍射环结构II类超晶格红外探测器及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种衍射环结构II类超晶格红外探测器，包括至下而上的衬底层(7)、缓冲层(6)、刻蚀终止层(5)、p区层(4)、i区吸收层(3)、n区层(2)、衍射环层(1)；衍射环层(1)与p区层(4)之间形成第一台面；p区层(4)与刻蚀终止层(5)之间形成第二台面；第一台面、第二台面上设有钝化膜(8)；第一台面、第二台面上的钝化膜(8)上设有开孔；开孔中、衍射环层(1)的衍射环和刻蚀暴露出的n区层(2)上设有金属电极(9)；设有金属电极(9)；衍射环层(1)为衍射环组成的阵列，用于将背入射光反射回i区吸收层(3)。本发明专利技术提供的探测器可以在不改变探测器结构的情况下提高探测器的量子效率，提高器件性能。

【技术实现步骤摘要】
一种衍射环结构II类超晶格红外探测器及其制备方法
本专利技术涉及半导体制备
，具体涉及一种衍射环结构II类超晶格红外探测器及其制备方法。
技术介绍
红外探测器是将入射的红外辐射信号转变成为电信号的器件。红外探测器主要分为两类，利用红外辐射对物体的热效应制成的热敏型红外探测器和利用半导体的光电效应制成的光电型红外探测器。目前，光电探测器的技术最为成熟，基于光电技术的红外探测器小型化后可制备成为密集的红外探测器焦平面阵列，焦平面是红外相机的核心元件，其在夜视成像，天文观测，工业控制，医疗，通讯等众多领域有着极其广泛的应用。光电探测器又分为光电导型和光伏型。光伏型红外探测器通常由半导体pn结构成，利用pn结的内建电场将光生载流子扫出结区，形成电信号。高性能制冷型光电红外探测器主要包括碲镉汞红外探测器、量子阱红外探测器、量子点红外探测器、II类超晶格红外探测器。其中，II类超晶格材料因为较大的有效质量、抑制俄歇复合、带隙可调且覆盖波长范围大等优点，被视为HgCdTe红外材料的替代者。尽管II类超晶格红外探测器具有诸多优点，要实现广泛应用还需要解决暗电流和量子效率两方面的问题。降低暗电流可以通过能带设计和提高制备工艺等实现。可以通过增大吸收提高量子效率。增加i区厚度可以增加吸收提高量子效率，但是同时增加了SRH暗电流。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题针对上述问题，本专利技术提供了一种衍射环结构II类超晶格红外探测器，用于至少部分解决降低暗电流和提高量子效率两者相互矛盾等技术问题问题。(二)技术方案本专利技术一方面提供了一种衍射环结构II类超晶格红外探测器，包括至下而上的衬底层7、缓冲层6、刻蚀终止层5、p区层4、i区吸收层3、n区层2、衍射环层1；衍射环层1与p区层4之间形成第一台面；p区层4与刻蚀终止层5之间形成第二台面；第一台面、第二台面上设有钝化膜8；第一台面、第二台面上的钝化膜8上设有开孔；开孔中、衍射环层1的衍射环和刻蚀暴露出的n区层2上设有金属电极9；设有金属电极9；衍射环层1为至少一个衍射环组成的阵列，用于将背入射光反射回i区吸收层3，并在探测器内循环直至光被吸收。进一步地，p区4、i区吸收层3和n区2分别为p型掺杂、非刻意掺杂和n型掺杂的InAs/GaSbII类超晶格结构。进一步地，缓冲层6为p型掺杂的GaSb。进一步地，衍射环层1为InAs层，掺杂浓度与n区2的掺杂浓度相同。进一步地，钝化膜8材料为二氧化硅或氮化硅。进一步地，金属电极9为Ti/Pt/Au组合的复合层电极。进一步地，衬底层下方还设有表面等离子体微纳结构10，表面等离子体微纳结构10的形状包括十字形、矩形、圆柱形、L形、环形。本专利技术另一方面提供了一种衍射环结构II类超晶格红外探测器的制备方法，包括：S1，在衬底7上至下而上依次生长缓冲层6、刻蚀终止层5、p区层4、i区吸收层3、n区层2、衍射环层1；S2，刻蚀第一台面，从上至下到p区层4的表面停止；S3，刻蚀第二台面，从上至下到刻蚀终止层5的表面停止；S4，刻蚀衍射环1；S5，在器件的台面上生长钝化膜8，并在刻蚀终止层上表面和p区层4上表面开孔；S6，在孔中生长金属电极9；S7，减薄或者完全去除衬底1。进一步地，S7之后还包括：S8，在衍射环结构II类超晶格红外探测器的下表面制备表面等离子体微纳结构10。进一步地，S8具体包括：直接通过掩模光刻和干法刻蚀将缓冲层制备成表面等离子体微纳结构10，或者在缓冲层上生长一层材料制备表面等离子体微纳结构10。(三)有益效果本专利技术实施例提供的一种衍射环结构II类超晶格红外探测器，探测器上表面的衍射环将背入射光反射回吸收层，并在器件内循环直至光被吸收，从而增加探测器的光吸收，可以在不改变探测器结构的情况下提高探测器的量子效率，大大提高器件性能。衍射环尺寸与形状的设计可以改变吸收峰的位置，对于特定波长的红外光探测有重要意义。此外，在入射面增加表面等离子体微纳结构(SPP结构)，与衍射环结构相结合，可以进一步提高量子效率，提升器件光电性能。附图说明图1示意性示出了根据本专利技术实施例衍射环结构II类超晶格红外探测器的结构示意图；图2示意性示出了根据本专利技术实施例衍射环结构II类超晶格红外探测器外延片的结构示意图；图3示意性示出了根据本专利技术实施例从外延片开始制备出台面型上下电极的探测器工艺过程的截面示意图；图4示意性示出了根据本专利技术实施例半导体工艺完成制备后的探测器结构的俯视示意图；图5示意性示出了根据本专利技术实施例衍射环结构加SPP结构II类超晶格红外探测器的示意图；图6示意性示出了根据本专利技术实施例从外延片开始制备出台面型上下电极的探测器工艺过程的截面示意图；附图标记说明1-衍射环层；2-n区层；3-i区吸收层；4-p区层；5-刻蚀终止层；6-缓冲层；7-衬底层；8-钝化膜；9-金属电极；10-表面等离子体微纳结构。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，对本专利技术进一步详细说明。本专利技术的第一实施例提供一种衍射环结构II类超晶格红外探测器，包括至下而上的衬底层7、缓冲层6、刻蚀终止层5、p区层4、i区吸收层3、n区层2、衍射环层1；衍射环层1与p区层4之间形成第一台面；p区层4与刻蚀终止层5之间形成第二台面；第一台面、第二台面上设有钝化膜8；第一台面、第二台面上的钝化膜8上设有开孔；开孔中、衍射环层1的衍射环和刻蚀暴露出的n区层2上设有金属电极9；设有金属电极9；衍射环层1为至少一个衍射环组成的阵列，用于将背入射光反射回i区吸收层3，并在探测器内循环直至光被吸收。请参见图1，为方便展示，没有画出钝化膜8和金属电极9。衍射环结构II类超晶格红外探测器主要结构包括衍射环层1--n型掺杂InAs层，n区层2--n型掺杂InAs/GaSb超晶格层，吸收层3--非刻意掺杂InAs/GaSb超晶格层，p区层4--p型掺杂InAs/GaSb超晶格层，刻蚀终止层5--InAsSb刻蚀终止层，缓冲层6--p型掺杂GaSb，衬底层7--GaSb衬底。衍射环层1为衍射环组成的阵列，图1为3*3的矩形环阵列，当然这里并不限定于阵列的数量排布，也不限定于该衍射环为矩形环。衍射环结构依然使用InAs材料，与p-i-n结构中InAs/GaSb材料之间的晶格失配很小，小的应力更有利于材料生长、器件制备以及器件的光电性能。衍射环将背入射光反射回吸收层，并在器件内循环直至光被吸收，从而增加探测器的光吸收，可以在不改变探测器结构的情况下提高探测器的量子效率，大大提高器件性能。衍射环尺寸与形状的设计可以改变吸收峰的位置，对于特定波长的红外光探测有重要意义。通过刻蚀使衍射环层1与p区层4之间形成第一台面，是为了后续在衍射环层上表面和p区层4上表面制备金属电极本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种衍射环结构II类超晶格红外探测器，其特征在于，包括至下而上的衬底层(7)、缓冲层(6)、刻蚀终止层(5)、p区层(4)、i区吸收层(3)、n区层(2)、衍射环层(1)；/n所述衍射环层(1)与所述p区层(4)之间形成第一台面；所述p区层(4)与所述刻蚀终止层(5)之间形成第二台面；/n所述第一台面、第二台面上设有钝化膜(8)；所述第一台面、第二台面上的钝化膜(8)上设有开孔；所述开孔中、衍射环层(1)的衍射环和刻蚀暴露出的n区层(2)上设有金属电极(9)；/n所述衍射环层(1)为至少一个衍射环组成的阵列，用于将背入射光反射回所述i区吸收层(3)，并在所述探测器内循环直至光被吸收。/n

【技术特征摘要】
1.一种衍射环结构II类超晶格红外探测器，其特征在于，包括至下而上的衬底层(7)、缓冲层(6)、刻蚀终止层(5)、p区层(4)、i区吸收层(3)、n区层(2)、衍射环层(1)；
所述衍射环层(1)与所述p区层(4)之间形成第一台面；所述p区层(4)与所述刻蚀终止层(5)之间形成第二台面；
所述第一台面、第二台面上设有钝化膜(8)；所述第一台面、第二台面上的钝化膜(8)上设有开孔；所述开孔中、衍射环层(1)的衍射环和刻蚀暴露出的n区层(2)上设有金属电极(9)；
所述衍射环层(1)为至少一个衍射环组成的阵列，用于将背入射光反射回所述i区吸收层(3)，并在所述探测器内循环直至光被吸收。


2.根据权利要求1所述的衍射环结构II类超晶格红外探测器，其特征在于，所述p区(4)、i区吸收层(3)和n区(2)分别为p型掺杂、非刻意掺杂和n型掺杂的InAs/GaSbII类超晶格结构。


3.根据权利要求1所述的衍射环结构II类超晶格红外探测器，其特征在于，所述缓冲层(6)为p型掺杂的GaSb。


4.根据权利要求1所述的衍射环结构II类超晶格红外探测器，其特征在于，所述衍射环层(1)为InAs层，掺杂浓度与所述n区(2)的掺杂浓度相同。


5.根据权利要求1所述的衍射环结构II类超晶格红外探测器，其特征在于，所述钝化膜(8)材料为二氧化硅或氮化硅。


6.根据权利要求1所述的衍射环结构II类超...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐云，杜雅楠，吕龙锋，陈良惠，
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