本发明专利技术涉及一种带有宽波段吸收增强结构的II类超晶格红外探测器及其制备方法，属于半导体红外探测器技术领域。该探测器包括以下结构：衬底层；重掺反射层，外延于衬底层上；缓冲层，外延于重掺反射层上；电极I、II类超晶格层，均设置在缓冲层上；电极II、非对称性微结构阵列层，以电极II环绕非对称性微结构阵列层的方式设置在II类超晶格层上；石墨烯层，覆盖电极II和非对称性微结构阵列层。通过重掺反射层、中间II类超晶格层以及II类超晶格层上特定结构的非对称性微结构阵列层，构建非对称等离子结构结构，从而提升该红外探测器的光响应速度、比探测率和吸收率，降低其暗电流。该探测器具有宽波段吸收增强功能，制作周期短且成本低，适合扩大化生产。适合扩大化生产。适合扩大化生产。
【技术实现步骤摘要】
一种带有宽波段吸收增强结构的II类超晶格红外探测器及其制备方法
[0001]本专利技术属于半导体红外探测器
，具体涉及一种带有宽波段吸收增强结构的II类超晶格红外探测器及其制备方法。
技术介绍
[0002]红外探测器是感知和获取目标红外辐射信息的核心器件，具有空间辨识度高、适用于全天候工作及恶劣环境等特点，在国家重大需求和国民经济发展诸多领域具有重要的应用价值。
[0003]II类超晶格材料是近年来国内外发展迅速的一种新型红外探测材料，具有禁带宽度可调、覆盖探测波长宽、理论探测率高，与III
‑
V族半导体工艺兼容性强等特点，是下一代高性能红外焦平面探测器的优选材料。但现在常用的II类超晶格红外探测器为了获得较高的光响应强度，需要微米级别厚度的吸收层，且目前等离子增强型红外探测器的结构会导致光谱响应变窄。较厚的吸收层和窄光谱响应带宽会导致了器件的制作成本高，应用场景受到限制。因此，需要优化红外探测器结构，以克服上述缺陷。
技术实现思路
[0004]有鉴于此，本专利技术的目的之一在于提供一种带有宽波段吸收增强结构的II类超晶格红外探测器；目的之二在于提供一种带有宽波段吸收增强结构的II类超晶格红外探测器的制备方法。
[0005]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]1、一种带有宽波段吸收增强结构的II类超晶格红外探测器，包括以下结构：
[0007]衬底层；重掺反射层，外延于所述衬底层上；缓冲层，外延于所述重掺反射层上；电极I、II类超晶格层，均设置在所述缓冲层上；电极II、非对称性微结构阵列层，以所述电极II环绕所述非对称性微结构阵列层的方式设置在所述II类超晶格层上；石墨烯层，覆盖所述电极II和非对称性微结构阵列层。
[0008]优选地，所述非对称性微结构阵列层中非对称性微结构阵列厚度为100
‑
300nm，单元结构周期为2
‑
5μm，材质为Au、Ag、Al或Cu中的一种，非对称性微结构形貌如下：四个大梯形的短底边以矩形排列方式依次连接，任一对相对设置的大梯形上对称开设有镂空小梯形，两镂空小梯形的短底边相互靠近，所述四个大梯形的短底边为0.5
‑
1μm，长底边为1
‑
2μm，高为1
‑
1.5μm，所述两镂空小梯形的短底边、长底边和高均为各自所在大梯形短底边、长底边和高的1/2。
[0009]优选地，所述衬底层材质为GaSb，厚度为500
‑
800μm。
[0010]优选地，所述重掺反射层的材质为Be掺杂GaSb，掺杂浓度为1
‑
1.5
×
10
19
/cm3，厚度为1000
‑
2000nm。
[0011]优选地，所述缓冲层材质为GaSb，厚度为500
‑
1000nm。
[0012]优选地，所述电极I和电极II均由下往上依次由Ti层、Pt层和Au层层叠组成，所述Ti层、Pt层和Au层的厚度依次为50
‑
100nm、50
‑
100nm、和100
‑
200nm。
[0013]优选地，所述II类超晶格层由下往上依次由P掺杂层、本征吸收层、N掺杂层和接触层层叠组成；所述P掺杂层厚度为50
‑
100nm，材质为Be掺杂P型InAs/GaSb，掺杂浓度为1
‑2×
10
18
/cm3；所述本征吸收层厚度为200
‑
500nm，材质为P型InAs/GaSb；所述N掺杂层厚度为50
‑
100nm，材质为Si掺杂InAs/GaSb，掺杂浓度为1
‑2×
10
18
/cm3；所述接触层厚度为25
‑
50nm，材质为Si掺杂InAs，掺杂浓度为1
‑2×
10
18
/cm3。
[0014]优选地，所述石墨烯层的厚度为0.34
‑
1nm。
[0015]2、所述的一种带有宽波段吸收增强结构的II类超晶格红外探测器的制备方法，包括如下步骤：
[0016](1)在衬底上外延生长重掺反射层，然后在所述重掺反射层上外延生长缓冲层，随后在所述缓冲层上依次外延生长P掺杂层、本征吸收层、N掺杂层和接触层；
[0017](2)利用紫外光刻将单元台面掩膜图案转移到所述接触层上，随后通过湿法刻蚀至所述缓冲层，制得II类超晶格单元台面；
[0018](3)依次通过紫外光刻、磁控溅射在所述缓冲层上制备电极I，在所述II类超晶格单元台面四周区域制备电极II；
[0019](4)依次利用电子束光刻、Lift
‑
off工艺和电子束蒸镀，在所述II类超晶格单元台面中间区域加工非对称性微结构阵列；
[0020](5)在所述电极II和非对称性微结构阵列上覆盖一层石墨烯薄膜。
[0021]优选地，步骤(2)中，所述湿法刻蚀具体为：于刻蚀液中，在30
‑
35℃，15
‑
20r/min条件下刻蚀3
‑
5min，所述刻蚀液由质量分数为95
‑
99％的柠檬酸水溶液、质量分数为85
‑
95％的磷酸和质量分数为30
‑
40％的双氧水按体积比4
‑
6:1:1混合而成。
[0022]本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供了一种带有宽波段吸收增强结构的II类超晶格红外探测器及其制备方法，通过重掺反射层、中间II类超晶格层以及II类超晶格层上特定结构的非对称性微结构阵列层，构建非对称等离子结构结构，探测器中构建该结构后，不仅可以减少本征吸收层的厚度，从而提升探测器的光响应速度，降低探测器的暗电流，提高了红外探测器的比探测率，还可以避免因制备较厚本征吸收层导致的制作周期长、成本高的缺陷。另外，特定结构的非对称性微结构阵列能形成宽光谱的吸收增强效应，提升探测器的吸收率，使探测器具有宽波段吸收增强功能。
[0023]本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
[0024]为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作优选的详细描述，其中：
[0025]图1为本专利技术中带有宽波段吸收增强结构的II类超晶格红外探测器的结构示意图；
[0026]图2为本专利技术中带有宽波段吸收增强结构的II类超晶格红外探测器中非对称性微结构形貌示意图；
[0027]图3为实施例1中红外探测器各项性能的仿真与测试结果图(图3中(a)为利用有本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种带有宽波段吸收增强结构的II类超晶格红外探测器，其特征在于，包括以下结构：衬底层；重掺反射层，外延于所述衬底层上；缓冲层，外延于所述重掺反射层上；电极I、II类超晶格层，均设置在所述缓冲层上；电极II、非对称性微结构阵列层，以所述电极II环绕所述非对称性微结构阵列层的方式设置在所述II类超晶格层上；石墨烯层，覆盖所述电极II和非对称性微结构阵列层。2.如权利要求1所述的一种带有宽波段吸收增强结构的II类超晶格红外探测器，其特征在于，所述非对称性微结构阵列层中非对称性微结构阵列厚度为100
‑
300nm，单元结构周期为2
‑
5μm，材质为Au、Ag、Al或Cu中的一种，非对称性微结构形貌如下：四个大梯形的短底边以矩形排列方式依次连接，任一对相对设置的大梯形上对称开设有镂空小梯形，两镂空小梯形的短底边相互靠近，所述四个大梯形的短底边为0.5
‑
1μm，长底边为1
‑
2μm，高为1
‑
1.5μm，所述两镂空小梯形的短底边、长底边和高均为各自所在大梯形短底边、长底边和高的1/2。3.如权利要求1所述的一种带有宽波段吸收增强结构的II类超晶格红外探测器，其特征在于，所述衬底层材质为GaSb，厚度为500
‑
800μm。4.如权利要求1所述的一种带有宽波段吸收增强结构的II类超晶格红外探测器，其特征在于，所述重掺反射层的材质为Be掺杂GaSb，掺杂浓度为1
‑
1.5
×
10
19
/cm3，厚度为1000
‑
2000nm。5.如权利要求1所述的一种带有宽波段吸收增强结构的II类超晶格红外探测器，其特征在于，所述缓冲层材质为GaSb，厚度为500
‑
1000nm。6.如权利要求1所述的一种带有宽波段吸收增强结构的II类超晶格红外探测器，其特征在于，所述电极I和电极II均由下往上依次由Ti层、Pt层和Au层层叠组成，所述Ti层、Pt层和Au层的厚度依次为50
‑
100nm、50
‑
100nm、和100
‑
200nm。7.如权利要求1所述的一种带有宽波段吸收增强结构的II类超晶格红外探测器，其特征在于，所述II类超晶格...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱鹏，孙泰，史浩飞，肖磊，魏兴战，熊稳，
申请(专利权)人：中国科学院重庆绿色智能技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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