量子点-阱红外探测器的结构及其制备方法技术

一种量子点－阱红外探测器结构，包括：一半绝缘ＧａＡｓ衬底；一ＧａＡｓ底接触层制作在半绝缘ＧａＡｓ衬底上；一下ＧａＡｓ隔离层制作在ＧａＡｓ底接触层上的一侧，在ＧａＡｓ底接触层上的另一侧形成一台面；一１０个周期的ＩｎＡｓ／ＩｎＧａＡｓ点－阱结构层制作在下ＧａＡｓ隔离层上，该１０个周期的ＩｎＡｓ／ＩｎＧａＡｓ点－阱结构层是形成光电流并最终实现红外探测的核心部位；一ＧａＡｓ顶接触层制作在１０个周期的ＩｎＡｓ／ＩｎＧａＡｓ点－阱结构层上；一上电极制作在ＧａＡｓ顶接触层上的中间部位，该上电极可以实现探测器进行外加电压；一下电极制作在ＧａＡｓ底接触层上的台面上，该下电极可以实现探测器进行外加电压。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体技术，主要是在半绝缘GaAs衬 底上生长用于量子点红外探测器的InAs/InGaAs点-阱 结构，特别是指 一 种量子点-阱红外探测器的结构及其 制备方法。
技术介绍
中远红外探测作为 一 种先进的技术，广泛的用于 军事和国民经济建设中。目前，常用的中远红外探测 器主要有HgCdTe红外探测器(MCT)和量子阱红外探 测器(QWIP )，但是它们都有着自身难以解决的问题。 对于MCT，不但生长用于焦平面阵列(FPA)的均匀的 大面积材料以及均匀掺杂比较困难，这使得MCT焦平 面的成像质量不佳，而且需要在小于或者等于8 QK的温度下才能实现远红外探测。此外它还存在比较大的 俄歇复合率。对于QWIP，它受器件物理机理的限制， 在应用时存在三个主要问题1)器件量子效率低。2由于QWIP红外吸收的偏振选择性，使得苴 z 、不得不引入光栅耦合，这样大大增加了 QDIP制作的复杂性，提高了成本。3器件工作温度低。这三个问题极大的限制了 QWIP的使用性能。子点、红外探泖J器(QDIP)是近十年来最新发展起来的红外探领U器QDIP有以下几方面优点:Cl对垂直人射光敏感。由于量子点、中的二维限制效应，任何偏振的红外光都可以诱导子带间跃迁的发生2可达到更宽的光谱响应。白组织量子点、般尺寸、组分、应力都具有不均匀性，这使得量子点红外探泖J器有个更大的响应范围3长的激发电子寿命。在」量子点中，电子-电子散射是主要的弛豫过程。由于电子弛豫足够慢，可预期达到更长的载流子寿命。长的激发电子寿命将直接导致更咼的工作度、更低的暗电流和更高的探测率。(4 )更低的暗电流。量子点红外探测器中暗电 流最主要的产生机制是量子点中的受限电子的热发 射。载流子寿命的增加使电子热发射得到抑制，使暗电流应处于较低的数量级。通过降低掺杂浓度及使用 异质结势垒作为接触层等手段，暗电流有望进一步降 低。目前，量子点的生长方法主要是S-K模式生长。 但是，由于量子点生长的随机性，使得人们很难精确 控制量子点的尺寸，密度和分布，这使得量子点红外 探测器的响应波长很难精确的设计和预测。此外，目 前的量子点红外探测器的暗电流仍然是比较大的。如 何解决这些问题是目前量子点红外探测器研究的 一 个 主要方向。
技术实现思路
要解决的技术问题有鉴于此，本专利技术的目的在于，提供--种量子点-阱红外探测器的结构，该结构可以方便调节探测波长并且有很低的暗电流本专利技术的另一个目的在于，提供 一 种』i子点-阱红外探测器的结构的制作方法，该方法可以获得更好的受光效果和欧姆接触。技术方案本专利技术提供 一 种量子点-阱红外探测器结构，其特 征在于，包括一半绝缘GaAs衬底；一 GaAs底接触层，该GaAs底接触层制作在半绝 缘GaAs衬底上，该GaAs底接触层进行高浓度掺杂从 而实现与电极材料的欧姆接触；—下GaAs隔离层，该下GaAs隔离层制作在GaAs 底接触层上的 一 侧，在GaAs底接触层上的另 一 侧形成 一台面，该下GaAs隔离层可以形成势垒，减小暗电流， 防止量子点层之间的耦合；一 1 0个周期的InAs/InGaAs点-阱结构层，该1 0个周期的InAs/InGaAs点-阱结构层制作在下GaAs 隔离层上，该1 0个周期的InAs/InGaAs点-阱结构层 是形成光电流并最终实现红外探测的核心部位；一 GaAs顶接触层，该GaAs顶接触层制作在1 0 个周期的InAs/InGaAs点-阱结构层上，该GaAs顶接 触层进行高浓度掺杂，从而可以与电极材料形成欧姆 接触；一上电极，该上电极制作在GaAs顶接触层上的中 间部位，该上电极可以实现探测器进行外加电压；一下电极，该下电极制作在GaAs底接触层上的台 面上，该下电极可以实现探测器进行外加电压。其中1 0个周期的InAs/InGaAs点-阱结构层的每 一周期结构包括 一下InGaAs量子阱层；一 InAs量 子点层，该InAs量子点层制作在下InGaAs量子阱层 上； 一上InGaAs量子阱层，该上InGaAs量子阱层制 作在InAs量子点层上； 一 上GaAs隔离层，该上GaAs 隔离层制作在上InGaAs量子阱层上。其中所述的GaAs底接触层，其掺杂元素为Si，掺 杂浓度为1 X 1 0 1 8 /cm3，生长温度为5 8 0 °C 。其中所述的下GaAs隔离层的厚度为5 0nm，生长 温度为5 8 0 °C 。其中所述的l O个周期的InAs/InGaAs点-阱结构 层中的下InGaAs量子阱层的生长温度为4 8 0°C，厚 度为2- 6nm; InAs量子点层的生长厚度为2.2- 2. 4 ML，生长温度为4 8 0 °C ;上InGaAs量子阱层的生 长厚度为6nm，生长温度为4 8 0°C;上GaAs隔离层 的生长厚度为5 Onm，生长温度为5 8 0 °C。其中所述的GaAs顶接触层的生长厚度为2 5 0 nm，掺杂元素为Si，掺杂浓度为1 XI 0 1 8/cm3，生 长温度为5 8 0 °C 。本专利技术提供 一 种量子点-阱红外探测器结构的制 备方法，其特征在于，包括如下步骤步骤1 :在半绝缘GaAs衬底上依序制作有一 GaAs底接触层、 一 下 GaAs隔离层、一1 0个周期的 InAs/InGaAs点-阱结构层和一 GaAs顶接触层，该结构 生长容易，制作简单；步骤2 :刻蚀将下GaAs隔离层、1 0个周期的 InAs/InGaAs点-阱结构层和GaAs顶接触层的一侧刻 蚀，在GaAs底接触层上的一侧形成一台面，制作成台 面的目的是在GaAs顶接触层和GaAs底接触层上分别 制作电极，实现探测器在 一 定电压下工作；步骤3 :在GaAs顶接触层上的中间位置制作上电 极，该上电极可以实现在探测器上加工作电压；步骤4 :在GaAs底接触层上 一 侧的台面上制作下 电极，该下电极可以实现在探测器上加工作电压；步骤5:退火，退火可以使GaAs顶接触层与上电 极以及GaAs底接触层与下电极之间形成良好的欧姆接 触；步骤6 :解理将外延片解理成小的芯片，完成 量子点-阱红外探测器的制备。其中所述的1 0个周期的InAs/InGaAs点-阱结构 层的每 一 周期结构包括 一 下InGaAs量子阱层；一 InAs 量子点层，该InAs量子点层制作在下InGaAs量子阱 层上 ， 一上InGaAs量子阱层，该上InGaAs量子阱层 制作在InAs量子点层上； 一 上GaAs隔离层，该上GaAs隔离层制作在上InGaAs量子阱层上。其中所述的GaAs底接触层，其掺杂元素为Si，掺 杂浓度为1 X 1 0 1 8 /cm3，生长温度为5 8 0 °C 。其中所述的下GaAs隔离层的厚度为5 0 nm，生长 温度为5 8 0 °C 。其中所述的1 0个周期的InAs/InGaAs点-阱结构 层中的下InGaAs量子阱层的生长温度为4 8 0°C，厚 度为2- 6nm;工nAs量子点层的生长厚度为2.2- 2. 4 ML，生长温度为4 8 0 °C ;上InGaAs量子阱层的生 长厚度为6 nm，生长温度为4 8本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种量子点－阱红外探测器结构，其特征在于，包括：一半绝缘ＧａＡｓ衬底；一ＧａＡｓ底接触层，该ＧａＡｓ底接触层制作在半绝缘ＧａＡｓ衬底上，该ＧａＡｓ底接触层进行高浓度掺杂从而实现与电极材料的欧姆接触；一下ＧａＡｓ隔离层，该下ＧａＡｓ隔离层制作在ＧａＡｓ底接触层上的一侧，在ＧａＡｓ底接触层上的另一侧形成一台面，该下ＧａＡｓ隔离层可以形成势垒，减小暗电流，防止量子点层之间的耦合；一１０个周期的ＩｎＡｓ／ＩｎＧａＡｓ点－阱结构层，该１０个周期的ＩｎＡｓ／ＩｎＧａＡｓ点－阱结构层制作在下ＧａＡｓ隔离层上，该１０个周期的ＩｎＡｓ／ＩｎＧａＡｓ点－阱结构层是形成光电流并最终实现红外探测的核心部位；一ＧａＡｓ顶接触层，该ＧａＡｓ顶接触层制作在１０个周期的ＩｎＡｓ／ＩｎＧａＡｓ点－阱结构层上，该ＧａＡｓ顶接触层进行高浓度掺杂，从而可以与电极材料形成欧姆接触；一上电极，该上电极制作在ＧａＡｓ顶接触层上的中间部位，该上电极可以实现探测器进行外加电压；一下电极，该下电极制作在ＧａＡｓ底接触层上的台面上，该下电极可以实现探测器进行外加电压。

【技术特征摘要】
1. 一种量子点-阱红外探测器结构，其特征在于，包括一半绝缘GaAs衬底；一GaAs底接触层，该GaAs底接触层制作在半绝缘GaAs衬底上，该GaAs底接触层进行高浓度掺杂从而实现与电极材料的欧姆接触；一下GaAs隔离层，该下GaAs隔离层制作在GaAs底接触层上的一侧，在GaAs底接触层上的另一侧形成一台面，该下GaAs隔离层可以形成势垒，减小暗电流，防止量子点层之间的耦合；一10个周期的InAs/InGaAs点-阱结构层，该10个周期的InAs/InGaAs点-阱结构层制作在下GaAs隔离层上，该10个周期的InAs/InGaAs点-阱结构层是形成光电流并最终实现红外探测的核心部位；一GaAs顶接触层，该GaAs顶接触层制作在10个周期的InAs/InGaAs点-阱结构层上，该GaAs顶接触层进行高浓度掺杂，从而可以与电极材料形成欧姆接触；一上电极，该上电极制作在GaAs顶接触层上的中间部位，该上电极可以实现探测器进行外加电压；一下电极，该下电极制作在GaAs底接触层上的台面上，该下电极可以实现探测器进行外加电压。2 、根据权利要求1所述的量子点-阱红外探测器 结构，其特征在于，其中1 0个周期的 InAs/InGaAs 点-阱结构层的每 一 周期结构包括 一下InGaAs量子 阱层；一 InAs量子点层，该InAs量子点层制作在下 InGaAs量子阱层上； 一上 InGaAs量子阱层，该上 InGaAs量子阱层制作在InAs量子点层上； 一上GaAs 隔离层，该上GaAs隔离层制作在上InGaAs量子阱层 上。3 、根据权利要求1所述的量子点-阱红外探测器 结构，其特征在于，其中所述的GaAs底接触层，其掺 杂元素为Si，掺杂浓度为1 XI 0 1 8/cm3，生长温度 为5 8 0 °C 。4 、根据权利要求1所述的量子点-阱红外探测器 结构，其特征在于，其中所述的下GaAs隔离层的厚度 为5 Onm，生长温度为5 8 0 °C。5 、根据权利要求2所述的量子点-阱红外探测器结构，其特征在于，其中所述的1 0个周期的 InAs/InGaAs点-阱结构层中的下InGaAs量子阱层的生 长温度为4 8 0 °C ，厚度为2 - 6 nm; InAs量子点层的生长厚度为2.2- 2.4ML，生长温度为4 8 0 。C;上 InGaAs量子阱层的生长厚度为6nm，生长温度为4 8 0 °C ;上GaAs隔离层的生长厚度为5 0nm，生长温度 为5 8 0 。C 。6 、根据权利要求1所述的量子点-阱红外探测器 结构，其特征在于，其中所述的GaAs顶接触层的生长 厚度为2 5 0 nm，掺杂元素为 Si，掺杂浓度为1X1 0 1 8 /cm3， 生长温度为5 8 0°C。7 、 一种量子点-阱红外探测器结构的制备方法， 其特征在于，包括如下步骤步骤1 :在半绝缘GaAs衬底上依序制作有一 GaAs 底接触层、 一 下 GaAs隔离层、一 1 0个周期的 InAs/InGaAs点-阱结构层和一 GaAs顶接触层，该结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志成，徐波，刘峰奇，陈涌海，王占国，石礼伟，梁凌燕，
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：11[中国|北京]