用于探测器的超晶格吸收体制造技术

公开了一种红外探测器，其包括具有多个InGaAsSb层的超晶格吸收体，以实现高量子效率和长载流子寿命。具有不同铟(In)含量X和/或砷(As)含量y的In

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于探测器的超晶格吸收体


[0001]本申请总体上涉及光电探测器，具体涉及一种红外光电探测器的吸收体。

技术介绍

[0002]Ⅱ型破开带隙(破隙)超晶格探测器是近年来研究的热点。红外探测器通常具有吸收红外辐射的吸收层和与金属电极接触的接触层。诸如阻挡层和蚀刻中止层之类的其它功能层也可以插入到外延结构中。探测器的吸收体可以掺杂为n型导电体、p型导电体或部分n型导电体和部分p型导电体。吸收体是探测器最敏感的部分。探测器的性能在很大程度上取决于吸收体材料的光电特性。具有高吸收系数和长载流子寿命的吸收体材料一直是器件中的首选材料。碲化汞镉(MCT)和锑化铟(InSb)是目前最常用的红外探测器吸收体材料。MCT具有可调带隙，其覆盖了从中红外波长到很长的红外波长的范围。InSb主要用于中波长探测。破隙InAs/Ga(In)Sb超晶格被提出，是因为理论上它是一种能提供比MCT更长的少数载流子寿命、但具有相近的吸收系数的材料体系。它也非常灵活，可以从2μm
‑
32μm调整敏感波长，覆盖了最感兴趣的红外辐射范围。
[0003]超晶格是由两种材料组成的周期结构。通常，一层的厚度是几纳米。如果超晶格是由两种具有不同带隙的半导体材料构成，那么每个量子阱都会建立新的选择规则，从而影响电荷流过结构的条件。两种不同的半导体材料交替沉积在彼此上以在生长方向上形成周期性结构。在InAs/Ga(In)Sb超晶格中，这两种材料具体是指InAs和Ga(In)Sb。
[0004]还有其他锑基材料可作为吸收材料。Ⅱ型探测器的研究主要集中在InAs/Ga(In)Sb基超晶格结构和InAs/InAsSb基超晶格结构作为吸收体。InAs/Ga(In)Sb超晶格被预测具有比传统红外材料MCT更长的少数载流子寿命。然而，由于Ga的相关缺陷，这种长的少数载流子寿命还没有实现。由于InAs/InAsSb超晶格中没有Ga，因此InAs/InAsSb超晶格被建议作为吸收体材料。这种无Ga超晶格被证明具有较长的少数载流子寿命，但由于结构的周期厚度较大，电子和空穴的包络函数减弱，量子效率将大大降低。近年来，人们提出了一种新型的超晶格结构InGaAs/InAsSb，它在中波长范围内具有长的少数载流子寿命和高的量子效率。
[0005]在InAs/GaInSb超晶格中，铟/镓的含量以及InAs和GaSb层的厚度可以调节从而达到指定的截止波长。这些参数还改变了探测器的有效质量、残余应变、电子与空穴包络函数的重叠等，因此可以通过改变这些参数的组合来优化探测器的性能。InAs/InAsSb超晶格的情况也是如此。可以通过调节InAsSb层的As含量和InAs层和InAsSb层的厚度来优化探测器。
[0006]在这些传统的超晶格结构中，形成超晶格的两种材料总是在一个周期内的层中保持其带隙和晶格常数。例如，在InAs层中，InAs始终保持相同的带隙和晶格常数；在GaSb层中，GaSb始终保持相同的带隙和晶格常数。对于含有诸如InGaSb、InGaAs和InAsSb等三元化合物物的结构，元素的含量始终保持不变。然后，它们在超晶格中保持相同的带隙和晶格常数。
[0007]一些专利文件中提出了更复杂的结构，如InAsSb/InGaAsSb超晶格(参见，公开号为US20110037097A1的美国专利)。但InGaAsSb层主要用于应变补偿而不是作为吸收材料。或者，InGaAsSb作为吸收材料，InAsSb作为应变补偿。在第二种情况下，InGaAsSb的带隙决定了吸收波长。在超晶格的一个周期内，这些三元或四元材料的含量保持不变。

技术实现思路

[0008]为了进一步提高少数载流子寿命并保持或提高量子效率，本申请所基于的In(Ga)As(Sb)/InGaAsSb超晶格在每个超晶格周期中具有多个InGaAsSb层。
[0009]本申请涉及红外探测器的吸收体材料。吸收体包括具有多个InGaAsSb层的InAs/InGaAsSb超晶格、InGaAs/InGaAsSb超晶格、InAsSb/InGaAsSb或InGaAsSb/InGaAsSb超晶格。超晶格中的InGaAsSb部分每1
‑
10个单层具有的含量不同。每1
‑
10个单层具有相同的带隙和/或晶格常数，而InGaAsSb层的其他部分具有不同的带隙和/或晶格常数。上述其它部分不仅可以具有一个InGaAsSb含量，还可以具有两个或更多个InGaAsSb含量。由此，形成了具有多个InGaAsSb层的InAs/InGaAsSb超晶格。本文中的InGaAsSb含量包括InGaAsSb层中的铟含量和/或砷含量。然后相应地确定镓和锑的含量。具有不同铟含量和/或砷含量的In
x
Ga1‑
x
As
y
Sb1‑
y
单层与InAs、InGaAs或InAsSb层的特定组合提供了具有不同带隙微带的超晶格，但整个结构仍可以与GaSb或InAs基体晶格匹配。InAs、InGaAs或InAsSb层和多个分级的InGaAsSb层形成超晶格的一个周期，并且它们重复一定次数以形成整个超晶格吸收体。
[0010]通过数字分级或随机合金分级，在单层级别上调整InGaAsSb含量。
[0011]可以通过随机合金分级或数字合金分级来改变/分级合金的含量。为了对InGaAsSb的铟含量进行随机合金含量改变/分级，需要至少两个不同蒸发速率的In或Ga源来进行快速切换。为了对砷含量进行随机合金分级，需要改变带阀裂解炉的阀位置或使用两个砷源或锑源。
[0012]数字合金技术被用于通过分子束外延(MBE)来生长三元或四元合金。该技术克服了传统分子束外延生长过程中电池温度变化、生长中断、附加源电池等复杂过程。例如，通过短周期InAlAs/InGaAs超晶格生长可获得InAlGaAs化合物，通过短周期InGaAs/InGaSb生长可得InGaAsSb化合物，InAs/GaSb、InAsSb/GaSb、InAs/InGaSb或InAsSb/GaAsSb超晶格。子单层级别上的数字合金生长意味着形成超晶格的层厚度小于一个单层厚度。例如，半单层InAsSb和半单层GaAsSb形成一个单层InGaAsSb。通过改变短周期超晶格中这两层的厚度，实现了数字分级。
[0013]In
x
Ga1‑
x
As
y
Sb1‑
y
材料具有窄的带隙。超晶格的性质取决于InGaAsSb中X、Y的含量和InGaAsSb的厚度，以及InAs、InGaAs或InAsSb层的厚度和/或InGaAs的铟含量或InAsSb的砷含量。分级的层将具有X1、Y1、X2、Y2、X3、Y3
…
以及厚度为1、2、3
…
的In
x1
Ga1‑
x1
As
y1
Sb1‑
y1
、In
x2
Ga1‑
x本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于探测器的超晶格吸收体，所述超晶格吸收体包括连续沉积的多个材料周期，所述材料周期中的每一个包括：InAs、InGaAs、InAsSb或InGaAsSb的第一层；以及多个InGaAsSb的第二层，其中，所述第二层包括至少两个InGaAsSb层，所述至少两个InGaAsSb层具有至少两个不同的含量组合，并且所述第二层的含量与所述第一层的含量不同。2.根据权利要求1所述的超晶格吸收体，其中，具有不同含量组合的所述第二层包括彼此不同的铟含量和/或砷含量。3.根据权利要求1所述的超晶格吸收体，其中，所述第二层具有灵活生长顺序，以满足特定性能要求。4.根据权利要求3所述的超晶格吸收体，其中，所述第二层包括：InAs/In
x1
Ga1‑
x1
As
y1
Sb1‑
y1
/In
x2
Ga1‑
x2
As
y2
Sb1‑
y2
/In
x1
Ga1‑
x1
As
y1
Sb1‑
y1
结构，或InAs/In
x2
Ga1‑
x2
As
y2
Sb1‑
y2
/In
x1
Ga1‑
x1
As
y1
Sb1‑
y1
/In
x2
Ga1‑
x2
As
y2
Sb1‑
y2
结构。5.根据权利要求3所述的超晶格吸收体，其中，所述第二层包括：具有两个含量组合和四层的InAs/In
x1
...

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