一种倒置3μm~4.2μmnBn型InAsSb红外探测器材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种倒置3μm～4.2μm nBn型InAsSb红外探测器材料及其制备方法，属于光电子材料与器件技术领域。所述材料的结构从上向下依次为顶电极接触层、吸收层、势垒层、底电极接触层、缓冲层和衬底；采用分子术外延法制备得到。所述材料采用倒置nBn结构，在不增大器件表面漏电流的情况下有效减小器件横向扩散电流，进而降低器件暗电流；所述材料通过设定其中Sb组分的组成，保证吸收波长处于大气窗口的3μm～4.2μm红外中波段；所述材料势垒层采用非故意掺杂AlAs

【技术实现步骤摘要】
一种倒置3
μ
m～4.2
μ
m nBn型InAsSb红外探测器材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种倒置3μm～4.2μm nBn型InAsSb红外探测器材料及其制备方法，属于光电子材料与器件


技术介绍

[0002]2006年美国罗切斯特大学最先提出了基于InAsSb材料的n型接触层
‑
B势垒层
‑
n型吸收层(简称nBn)结构。所述nBn结构有别于传统的p
‑
n结结构，其通过能带设计工程，将耗尽区从窄带隙吸收层移除到宽带隙半导体材料，减小产生
‑
复合相关暗电流，同时导带中的大能量势垒起到自钝化作用能够抑制表面漏泄电流，显著降低器件暗电流，提高器件的工作温度。
[0003]现有技术中nBn结构通常采用浅台面刻蚀技术，即台面刻蚀到B势垒层，可有效减小表面漏电流但横向扩散电流显著增加，特别是对于小台面尺寸的器件，当台面尺寸小于载流子横向扩散长度时，会引起相邻台面间串音，影响器件的成像质量。通过深台面刻蚀技术，将吸收层刻开，可以消除上述横向扩散电流的影响，但会使器件暗电流增大，同时在测试使用过程中器件更容易发生击穿，器件的可靠性也会降低。

技术实现思路

[0004]为克服现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的之一在于提供一种倒置3μm～4.2μm nBn型InAsSb红外探测器材料，采用所述材料的红外探测器可以在不增大器件表面漏电流的情况下有效减小器件横向扩散电流，进而降低器件暗电流。
[0005]本专利技术的目的之二在于提供一种倒置3μm～4.2μm nBn型InAsSb红外探测器材料的制备方法。
[0006]为实现本专利技术的目的，提供以下技术方案。
[0007]一种倒置3μm～4.2μm nBn型InAsSb红外探测器材料，所述材料的结构从上向下依次为顶电极接触层、吸收层、势垒层、底电极接触层、缓冲层和衬底。
[0008]其中，顶电极接触层的材料为掺杂硅(Si)的n型InAs
0.91
Sb
0.09
单晶；Si的掺杂浓度为1
×
10
17
cm
‑3～1
×
10
18
cm
‑3。优选顶电极接触层的厚度为100nm～300nm。
[0009]吸收层的材料为非故意掺杂的InAs
0.91
Sb
0.09
单晶。优选吸收层的厚度为2000nm～3500nm。
[0010]势垒层的材料为非故意掺杂AlAs
0.08
Sb
0.92
单晶，所述势垒层材料的禁带宽度大于吸收层的禁带宽度，且晶格与吸收层材料晶格匹配。优选势垒层的厚度为100nm～200nm。
[0011]底电极接触层的材料为掺杂硅(Si)的n型InAs
0.91
Sb
0.09
单晶，Si的掺杂浓度为1
×
10
17
cm
‑3～1
×
10
18
cm
‑3。优选底电极接触层的厚度为200nm～500nm。
[0012]缓冲层的材料为非故意掺杂的GaSb。优选缓冲层的厚度为50nm～200nm。
[0013]衬底的材料为掺杂碲(Te)的n型GaSb，Te的掺杂浓度为1
×
10
17
～5
×
10
17
cm
‑3。
[0014]一种本专利技术所述的倒置3μm～4.2μm nBn型InAsSb红外探测器材料的制备方法，所述方法为分子术外延法，所述方法在真空度10
‑
10
Torr量级以上的分子束外延设备中进行，具体步骤如下：
[0015](1)在去除氧化物后的洁净衬底上生长缓冲层；
[0016](2)在步骤(1)制得的缓冲层上生长底电极接触层；
[0017](3)在步骤(2)制得底电极接触层上生长势垒层；
[0018](4)在步骤(3)制得的势垒层上生长吸收层；
[0019](5)在步骤(4)制得的吸收层上生长顶电极接触层，制备得到一种倒置3μm～4.2μm nBn型InAsSb红外探测器材料。
[0020]有益效果
[0021]1.本专利技术提供了一种倒置3μm～4.2μm nBn型InAsSb红外探测器材料，所述材料采用倒置nBn结构，在不增大器件表面漏电流的情况下有效减小器件横向扩散电流，进而降低器件暗电流。
[0022]2.本专利技术提供了一种倒置3μm～4.2μm nBn型InAsSb红外探测器材料，所述材料通过设定其中Sb组分的组成，保证吸收波长处于大气窗口的3μm～4.2μm红外中波段。
[0023]3.本专利技术提供了一种倒置3μm～4.2μm nBn型InAsSb红外探测器材料，所述材料利用异质结材料能带差主要落在导带的特点，势垒层采用非故意掺杂AlAs
0.08
Sb
0.92
单晶作为材料，构成导带势垒来阻止多数载流子的导电，吸收层(2)中的少数载流子通过扩散穿越势垒，形成电流响应信号；势垒层的禁带宽度较大，其产生
‑
复合电流基本可以忽略，因而不存在耗尽区的产生
‑
复合电流和带间隧穿电流。
[0024]4.本专利技术提供了一种倒置3μm～4.2μm nBn型InAsSb红外探测器材料，所述材料势垒层采用非故意掺杂AlAs
0.08
Sb
0.92
单晶，可以实现抑制暗电流产生，同时，由于AlAs
0.08
Sb
0.92
是宽禁带材料，其禁带宽度大于晶格匹配的吸收层材料InAs
0.91
Sb
0.09
，所以对于所探测的中波红外几乎不吸收，有助于提高红外探测器的量子效率。
[0025]5.本专利技术提供了一种倒置3μm～4.2μm nBn型InAsSb红外探测器材料，所述材料的顶电极接触层能够与金属电极形成良好的欧姆接触以及良好的载流子传输作用。
[0026]6.本专利技术提供了一种倒置3μm～4.2μm nBn型InAsSb红外探测器材料，所述材料的势垒层能有效抑制产生
‑
复合电流、扩散电流和隧穿电流，采用深台面制备技术即可将吸收层刻开，刻蚀到势垒层，从而有效减小传统nBn结构器件由于浅台面刻蚀造成的横向扩散电流，适用于高工作温度条件下对中波段红外的探测；为后续制备高性能焦平面器件创造很好的条件。
附图说明
[0027]图1为本专利技术所述的一种倒置3μm～4.2μm nBn型InAsSb红外探测器材料的结构示意图。
[0028]图2为实施例3所述的红外探测器的结构示意图。
[0029]图3为实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种倒置3μm～4.2μm nBn型InAsSb红外探测器材料，其特征在于：所述材料的结构从上向下依次为顶电极接触层(1)、吸收层(2)、势垒层(3)、底电极接触层(4)、缓冲层(5)和衬底(6)；顶电极接触层(1)的材料为掺杂硅(Si)的n型InAs
0.91
Sb
0.09
单晶；吸收层(2)的材料为非故意掺杂的InAs
0.91
Sb
0.09
单晶；势垒层(3)的材料为非故意掺杂AlAs
0.08
Sb
0.92
单晶；底电极接触层(4)的材料为掺杂Si的n型InAs
0.91
Sb
0.09
单晶；缓冲层(5)的材料为非故意掺杂的GaSb；衬底(6)的材料为掺杂碲(Te)的n型GaSb。2.根据权利要求1所述的一种倒置3μm～4.2μm nBn型InAsSb红外探测器材料，其特征在于：顶电极接触层(1)中Si的掺杂浓度为1
×
10
17
cm
‑3～1
×
10
18
cm
‑3。3.根据权利要求1所述的一种倒置3μm～4.2μm nBn型InAsSb红外探测器材料，其特征在于：底电极接触层(4)中Si的掺杂浓度为1
×
10
17
cm
‑3～1
×
10
18
cm
‑3。4.根据权利要求1所述的一种倒置3μm～4.2μm nBn型InAsSb红外探测器材料，其特征在于：衬底(6)中Te的掺杂浓度为1
×
10
17
～5
×
10
17
cm
‑3。5.根据权利要求1所述的一种倒置3μm～4.2μm nBn型InAsSb红外探测器材料，其特征在于：顶电极接触层(1)中Si的掺杂浓度为1
×

【专利技术属性】
技术研发人员：赵鹏，邓功荣，杨文运，陈冬琼，李德香，肖婷婷，岳彪，朱琴，施静梅，杨绍培，袁俊，黄晖，
申请(专利权)人：昆明物理研究所，
类型：发明
国别省市：