一种基于InAs/InAsSbII类超晶格材料的势垒型短中波双色红外探测器制造技术

一种基于InAs/InAsSb II类超晶格材料的势垒型短中波双色红外探测器，包括GaSb衬底、GaSb缓冲层、外延薄膜、上电极、下电极、钝化层，外延薄膜包括下接触层、短波红外吸收层、中波红外吸收层、势垒层、上接触层，能够解决现有双色红外探测器暗电流高、探测性能低的问题，通过将InAs/InAsSb超晶格与本发明专利技术的能带结构结合起来，可实现低暗电流、高探测率的双色红外探测。探测。探测。

【技术实现步骤摘要】
一种基于InAs/InAsSb II类超晶格材料的势垒型短中波双色红外探测器


[0001]本专利技术涉及一种基于InAs/InAsSb II类超晶格材料的势垒型短中波双色红外探测器，属于半导体光电子器件


技术介绍

[0002]从伪装、干扰等复杂背景环境中有效地识别被测目标，是未来战场监视、情报侦察、空间预警领域的一个重要课题。双色红外探测对于提高目标的探测识别能力，以及实现探测系统智能化和小型化均具有极其重要的意义。
[0003]传统的双色红外探测技术大多依赖于光学系统分光的两个独立单色成像器件完成，这样就使得红外探测系统复杂度高、体积大、功耗大以及可靠性降低。因此在提高目标识别能力和降低红外探测系统复杂度、体积、功耗以及提高可靠性等需求驱动下，发展双色红外探测器是必然选择。
[0004]目前主流双色红外探测器是碲镉汞红外探测器、QWIP、II类超晶格红外探测器。但是，大面积、高均匀性碲镉汞材料的制备一直是未攻克的难题。QWIP 的局限性在于暗电流高且量子效率低。InAs/GaSb II类超晶格材料的问题在于，含有Ga缺陷，此类缺陷引入Shockley
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Hall缺陷能级，降低少子寿命。 InAs/InAsSb II类超晶格材料的优势在于：1)容易通过MBE外延出大面积、高均匀性的材料；2)暗电流低且量子效率高，理论性能超过碲镉汞探测器；3) 不存在Ga缺陷，少子寿命高。
[0005]目前主流双色红外探测器是基于“PIN
‑r/>NIP”或“NIBIN”能带结构。“PIN
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NIP”和“NIBIN”双色探测器的台面需刻蚀到下接触层，因此吸收层被刻穿。吸收层侧壁的悬挂键和氧化物形成漏电通道，导致器件暗电流增大和探测性能降低。

技术实现思路

[0006]本专利技术解决的技术问题是：针对目前现有技术中，主流双色红外探测器采用的能带结构导致吸收层需要被刻穿、容易漏电、器件暗电流增大和探测性能降低的问题，提出了一种基于InAs/InAsSb II类超晶格材料的势垒型短中波双色红外探测器。
[0007]本专利技术解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：
[0008]一种基于InAs/InAsSb II类超晶格材料的势垒型短中波双色红外探测器，包括GaSb衬底、GaSb缓冲层、外延薄膜、上电极、下电极、钝化层，所述 GaSb缓冲层设置于GaSb衬底上，于GaSb缓冲层上生长外延薄膜，外延薄膜包括下接触层、短波红外吸收层、中波红外吸收层、势垒层、上接触层，所述下接触层设置于GaSb缓冲层上，以外延薄膜为基础进行刻蚀，确定有效像元区，并于有效像元区之外，刻蚀到下接触层，裸露的下接触层区域沉积有下电极，下电极与下接触层形成欧姆接触，于有效像元区之内，像元之间的间隙区域刻蚀到势垒层，形成像元台面，台面顶端的上接触层上沉积有上电极，上电极与上接触层形成欧姆接触。
[0009]以外延薄膜为基础刻蚀台面，仅刻蚀至势垒层，刻蚀台面区域为有效像元区。
[0010]所述裸露的下接触层区域为有效像元区之外通过刻蚀做出沟槽，下电极沉积于沟槽上。
[0011]所述外延薄膜中，包括下接触层、短波红外吸收层、中波红外吸收层、势垒层、上接触层，具体为：n型InAs/AlAs/InAs/InAsSb超晶格下接触层、弱n 型InAs/AlAs/InAs/InAsSb超晶格短波红外吸收层、弱n型InAs/InAsSb超晶格中波红外吸收层、AlAsSb电子势垒层、n型InAs/InAsSb超晶格上接触层。
[0012]所述GaSb衬底为(001)方向的n型GaSb衬底。
[0013]所述GaSb缓冲层为n型GaSb缓冲层，外延厚度为0.6～1μm，采用Si 材料进行n型掺杂，掺杂浓度为1～2
×
10
18
cm
‑3。
[0014]n型InAs/AlAs/InAs/InAsSb超晶格下接触层由周期性的1.3nmInAs/0.6nm AlAs/1.3nm InAs/1.6nm InAs
0.48
Sb
0.52
组成，总厚度为250nm～600nm，InAs层掺杂元素为Si材料，掺杂浓度为1～5
×
10
17
cm
‑3。
[0015]弱n型InAs/AlAs/InAs/InAsSb超晶格短波红外吸收层由周期性的1.3nmInAs/0.6nm AlAs/1.3nm InAs/1.6nm InAs
0.48
Sb
0.52
组成，总厚度为2μm～3μm， InAs层掺杂元素为Si材料，掺杂浓度为1～10
×
10
14
cm
‑3。
[0016]弱n型InAs/InAsSb超晶格中波红外吸收层由周期性的2.1nm InAs/1.6nmInAs
0.48
Sb
0.52
组成，总厚度为2μm～3μm，InAs层掺杂元素为Si材料，掺杂浓度为1～10
×
10
14
cm
‑3。
[0017]AlAsSb电子势垒层是AlAs
0.1
Sb
0.9
体材料，不掺杂，厚度为150nm～200nm。
[0018]n型InAs/InAsSb超晶格上接触层周期性的2.1nm InAs/1.6nmInAs
0.48
Sb
0.52
组成，总厚度为250nm～300nm，InAs层掺杂元素为Si材料，掺杂浓度为1～5
×
10
17
cm
‑3。
[0019]还包括钝化层，包覆设计于除上电极、下电极外的其他部分，钝化层为SiO2薄膜，厚度为300nm～800nm。
[0020]所述上电极、下电极为Ti/Pt/Au金属层，厚度分别为50nm/50nm/300nm。
[0021]本专利技术与现有技术相比的优点在于：
[0022]本专利技术提供的一种基于InAs/InAsSb II类超晶格材料的势垒型短中波双色红外探测器，具有高均匀性、大面阵、高探测性能的优点。本专利技术采用的超晶格材料具有均匀性更高、面积更大的优点，比传统碲镉汞材料更适合做大面阵的焦平面双色红外探测器；本专利技术采用的InAs/InAsSb II类超晶格材料无Ga 缺陷、载流子寿命高，探测性能比双色QWIP或双色InAs/GaSb II类超晶格探测器高；本专利技术的像元台面只需刻蚀到势垒层，既不会对吸收层造成刻蚀损伤，也解决了吸收层侧壁漏电通道的问题，降低暗电流，提高探测性能。
附图说明
[0023]图1为专利技术提供的势垒型短中波双色红外探测器结构示意图；
具体实施方式
[0024]一种基于InAs/InAsSb II类超晶格材料的势垒型短中波双色本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于InAs/InAsSb II类超晶格材料的势垒型短中波双色红外探测器，其特征在于：包括GaSb衬底、GaSb缓冲层、外延薄膜、上电极、下电极、钝化层，所述GaSb缓冲层设置于GaSb衬底上，于GaSb缓冲层上生长外延薄膜，外延薄膜包括下接触层、短波红外吸收层、中波红外吸收层、势垒层、上接触层，所述下接触层设置于GaSb缓冲层上，以外延薄膜为基础进行刻蚀，确定有效像元区，并于有效像元区之外，刻蚀到下接触层，裸露的下接触层区域沉积有下电极，下电极与下接触层形成欧姆接触，于有效像元区之内，像元之间的间隙区域刻蚀到势垒层，形成像元台面，台面顶端的上接触层上沉积有上电极，上电极与上接触层形成欧姆接触。2.根据权利要求1所述的一种基于InAs/InAsSb II类超晶格材料的势垒型短中波双色红外探测器，其特征在于：以外延薄膜为基础刻蚀台面，仅刻蚀至势垒层，刻蚀台面区域为有效像元区。3.根据权利要求2所述的一种基于InAs/InAsSb II类超晶格材料的势垒型短中波双色红外探测器，其特征在于：所述裸露的下接触层区域为有效像元区之外通过刻蚀做出沟槽，下电极沉积于沟槽上。4.根据权利要求3所述的一种基于InAs/InAsSb II类超晶格材料的势垒型短中波双色红外探测器，其特征在于：所述外延薄膜中，包括下接触层、短波红外吸收层、中波红外吸收层、势垒层、上接触层，具体为：n型InAs/AlAs/InAs/InAsSb超晶格下接触层、弱n型InAs/AlAs/InAs/InAsSb超晶格短波红外吸收层、弱n型InAs/InAsSb超晶格中波红外吸收层、AlAsSb电子势垒层、n型InAs/InAsSb超晶格上接触层。5.根据权利要求4所述的一种基于InAs/InAsSb II类超晶格材料的势垒型短中波双色红外探测器，其特征在于：所述GaSb衬底为(001)方向的n型GaSb衬底。6.根据权利要求5所述的一种基于InAs/InAsSb II类超晶格材料的势垒型短中波双色红外探测器，其特征在于：所述GaSb缓冲层为n型GaSb缓冲层，外延厚度为0.6～1μm，采用Si材料进行n型掺杂，掺杂浓度为1～2
×
10
18
cm
‑3。7.根据权利要求6所述的一种基于InAs/InAsSb II类超晶格材料的势垒型短中波双色红外探测器，其特征在于：n型InAs/AlAs/InAs/InAsSb超晶格下接触层由周期性的1.3nm InAs/0.6nm AlAs/1.3nm InAs/1.6nm InAs
0.48
Sb
0.52
组成，总厚度为250nm～600nm，...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢莉莉，谢圣文，柴瑞青，韩立镪，姚瑶，戴立群，张旭，潘卫军，张芮萌，陈瑞明，
申请(专利权)人：北京空间机电研究所，
类型：发明
国别省市：