一种InAs基InGaAs/InAsSb超晶格nBn型红外探测器材料制造技术

本发明专利技术属于半导体材料领域，具体涉及一种InAs基InGaAs/InAsSb超晶格nBn型红外探测器材料。该红外探测器材料包括依次设置的InAs缓冲层、下接触层、吸收层、势垒层、过渡层和上接触层；所述下接触层和上接触层采用N型In

【技术实现步骤摘要】
一种InAs基InGaAs/InAsSb超晶格nBn型红外探测器材料


[0001]本专利技术属于半导体材料领域，具体涉及一种InAs基InGaAs/InAsSb超晶格nBn型红外探测器材料。

技术介绍

[0002]锑化物II类超晶格由于拥有生长技术成熟、量子效率高以及能带调控灵活等优点，成为红外探测器的优选材料之一。现有的红外探测器常采用InAs/InAsSb或InAs/GaSb等超晶格材料，其中InAs/InAsSb材料主要用于中波红外（3
‑
5μm）光电器件，一般8nm以上的超晶格周期厚度才能够达到5μm的截止波长，而根据II类超晶格光吸收特点，超晶格周期厚度越长会造成量子效率衰减，因此InAs/InAsSb材料体系一直存在量子效率较低的缺陷。另一类InAs/GaSb材料体系截止波长可以覆盖中波至长波红外波段（3
‑
12μm），但是超晶格中包含的GaSb材料存在本征P型缺陷，限制了该材料体系的载流子迁移率。另外由于InAs/GaSb超晶格两种组成材料均是二元化合物，调节截止波长只有改变超晶格层厚这一种手段。综上，现有的红外探测器存在结构厚度高、量子效率低，能带控制不灵活等问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术旨在解决上述问题，提供了一种InAs基InGaAs/InAsSb超晶格nBn型红外探测器材料，其量子效率高，能带控制灵活。
[0004]按照本专利技术的技术方案，所述InAs基InGaAs/InAsSb超晶格nBn型红外探测器材料，包括依次设置的InAs缓冲层、下接触层、吸收层、势垒层、过渡层和上接触层；所述下接触层和上接触层采用N型In
x
Ga1‑
x
As/InAs
y
Sb1‑
y
超晶格材料，所述吸收层和过渡层采用非故意掺杂In
x
Ga1‑
x
As/InAs
y
Sb1‑
y
超晶格材料，其中，0.6≤x≤0.9，0.6≤y≤0.9；所述In
x
Ga1‑
x
As/InAs
y
Sb1‑
y
超晶格材料由若干In
x
Ga1‑
x
As/InAs
y
Sb1‑
y
超晶格原胞重复堆叠形成，所述In
x
Ga1‑
x
As/InAs
y
Sb1‑
y
超晶格原胞包括一层In
x
Ga1‑
x
As三元合金材料和一层InAs
y
Sb1‑
y
三元合金材料。
[0005]本专利技术采用InAs基In
x
Ga1‑
x
As/InAs
y
Sb1‑
y
超晶格，该结构中电子被限制在In
x
Ga1‑
x
As层，空穴被限制在InAs
y
Sb1‑
y
层，可以独立调制电子与空穴能级，实现3
‑
7μm范围内的红外光吸收截止波长调节，覆盖全部中红外波段，具有极大应用潜力。
[0006]相比于InAs/InAsSb和InAs/GaSb等同类锑化物II类超晶格红外探测器材料结构相比，In
x
Ga1‑
x
As/InAs
y
Sb1‑
y
特殊的能带结构使其能够用更薄的超晶格周期厚度达到相同的红外吸收截止波长，从而获得更高的量子效率和探测器性能。
[0007]并且，除了改变超晶格原胞厚度这一调控锑化物II类超晶格红外吸收截止波长的一般手段以外，In
x
Ga1‑
x
As/InAs
y
Sb1‑
y
超晶格结构还能够通过改变In
x
Ga1‑
x
As层与InAs
y
Sb1‑
y
层的各自组分来实现这一目的。这为该结构增加了额外的调节维度，极大提高了结构设计与外延生长方面的灵活性。
[0008]具体的，所述InAs基InGaAs/InAsSb超晶格nBn型红外探测器材料采用分子束外延技术在InAs衬底上外延生长得到。
[0009]进一步的，所述InAs缓冲层为N型InAs缓冲层，N型掺杂的元素为Si，掺杂浓度为5e17 cm
‑3‑
5e18 cm
‑3，InAs缓冲层的厚度为100
‑
500nm。
[0010]进一步的，所述In
x
Ga1‑
x
As/InAs
y
Sb1‑
y
超晶格原胞中，In
x
Ga1‑
x
As三元合金材料和InAs
y
Sb1‑
y
三元合金材料的厚度均为1
‑
3nm。
[0011]具体的，In
x
Ga1‑
x
As三元合金材料和InAs
y
Sb1‑
y
三元合金材料的厚度相同或不同。两种三元合金材料的厚度和组分中的x、y的调节，均可以实现红外吸收截止波长的调整。
[0012]进一步的，所述下接触层的厚度均为200
‑
300nm；所述吸收层的厚度为2000
‑
3000nm；所述过渡层的厚度为100
‑
200nm；所述上接触层的厚度为200
‑
300nm。
[0013]进一步的，所述下接触层和上接触层中，N型掺杂的元素为Si，掺杂浓度为1e16 cm
‑3‑
1e19 cm
‑3。
[0014]进一步的，所述下接触层和上接触层中掺杂浓度低于InAs缓冲层掺杂浓度。
[0015]进一步的，所述势垒层的价带顶能级与所述吸收层的价带顶能级齐平。
[0016]进一步的，所述势垒层采用AlAsSb数字合金材料或AlGaAsSb数字合金材料。
[0017]进一步的，所述势垒层的厚度为100
‑
150nm。
[0018]进一步的，所述AlAsSb数字合金材料由厚度AlSb层与AlAs层交替堆叠形成；所述AlGaAsSb数字合金材料由Al
p
Ga1‑
p
Sb层与AlAs层，或Al
p
Ga1‑
p
Sb层与AlAs
q
Sb1‑
q
层交替堆叠形成，其中，0<p<1，0<q<1。
[0019]具体的，所述AlAsSb数字合金材料由厚本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种InAs基InGaAs/InAsSb超晶格nBn型红外探测器材料，其特征在于，包括依次设置的InAs缓冲层、下接触层、吸收层、势垒层、过渡层和上接触层；所述下接触层和上接触层采用N型In
x
Ga1‑
x
As/InAs
y
Sb1‑
y
超晶格材料，所述吸收层和过渡层采用非故意掺杂In
x
Ga1‑
x
As/InAs
y
Sb1‑
y
超晶格材料，其中，0.6≤x≤0.9，0.6≤y≤0.9；所述In
x
Ga1‑
x
As/InAs
y
Sb1‑
y
超晶格材料由若干In
x
Ga1‑
x
As/InAs
y
Sb1‑
y
超晶格原胞重复堆叠形成，所述In
x
Ga1‑
x
As/InAs
y
Sb1‑
y
超晶格原胞包括一层In
x
Ga1‑
x
As三元合金材料和一层InAs
y
Sb1‑
y
三元合金材料。2.如权利要求1所述的InAs基InGaAs/InAsSb超晶格nBn型红外探测器材料，其特征在于，所述InAs缓冲层为N型InAs缓冲层，N型掺杂的元素为Si，掺杂浓度为5e17 cm
‑3‑
5e18 cm
‑3，InAs缓冲层的厚度为100
‑
500nm。3.如权利要求1所述的InAs基InGaAs/InAsSb超晶格nBn型红外探测器材料，其特征在于，所述In
x
Ga1‑
x
As/InAs
y
Sb1‑
y
超晶格原胞中，In
x
Ga1‑
x
As三元合金材料和InAs
y
Sb1‑
y
三元合金材料的厚度均为1.0
‑
3.0nm。4.如权利要求1或3所述的InAs基InGaAs/InAsSb超晶格nBn型红外探测器材料，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈意桥，于天，周浩，
申请(专利权)人：苏州焜原光电有限公司，
类型：发明
国别省市：