一种双过渡层碲镉汞多层异质结器件及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种双过渡层碲镉汞多层异质结器件及其制备方法，包括碲锌镉CdZnTe衬底和沉积于碲锌镉衬底上的碲镉汞Hg1‑

【技术实现步骤摘要】
一种双过渡层碲镉汞多层异质结器件及其制备方法


[0001]本专利技术属于半导体材料与器件领域，涉及一种双过渡层碲镉汞多层异质结器件及其制备方法，具体为一种双过渡层的P
+
G
+
G
‑
νG
+
G
‑
N
+
碲镉汞多层异质结器件及其制备方法。

技术介绍

[0002]碲镉汞材料具有卓越的红外光电性能，其在高性能光子型红外探测器
一直占据着主导地位。目前，世界各研究机构正致力于将碲镉汞基红外焦平面探测器的工作温度提高到室温，以满足系统对红外探测器的小尺寸、轻重量、低功耗、高可靠性及高环境适应性等使用需求。使红外探测器工作在接近室温的条件下，仍然保持较高的探测性能，是高工作温度(High OperationTemperature，HOT)红外探测领域亟需解决的首要问题。
[0003]为了提高碲镉汞探测器工作温度，实现高温下对暗电流的有效抑制，国际上先后开发了优化Hg空位的n
‑
on
‑
p、非本征掺杂n
‑
on
‑
p、非本征掺杂p
‑
on
‑
n、nBn势垒型等技术途径以提高工作温度。其中非平衡(Non
‑
equilibrium)工作模式P
+
/(ν)/N
+
器件在反向偏压下通过ν/N
+
排斥结(Exclusion junction)的排斥作用结合P
+
/ν抽取结(Extraction junction)的抽取作用来抑制高工作温度下吸收层中高浓度的本征载流子，从而抑制俄歇过程以降低器件的暗电流，使得器件可以工作在较高的工作温度。非平衡模式碲镉汞结构包含多层碲镉汞薄膜和不同的掺杂浓度和掺杂类型，一般采用分子束外延(molecule beam epitaxy，MBE)制备。其中n型层一般采用原位In掺杂，平面结P型层一般采用As离子注入配合高温退火实现。As离子激活需要在温度高于400℃的环境下热处理，高温下多层异质结碲镉汞由于元素比例的不同出现组分的互扩散，导致吸收区边缘Cd组分升高、吸收区长度变短，严重影响器件的量子效率。

技术实现思路

[0004]基于上述问题，本专利技术的目的在于提供一种双过渡层的P
+
G
+
G
‑
νG
+
G
‑
N
+
碲镉汞多层异质结器件及其制备方法，该结构同常规P
+
νN
+
结构相比，主要在三层异质结之间加入了双层过渡层，其中过渡层G
‑
组分由高到低，过渡层G
+
的组分由低变高，由此在两层过渡层之间形成一个组分低洼区，该组分低洼区能有效降低因高温As离子激活导致组分互扩散带来的吸收层边缘Cd组分变大、有效厚度变短，提高量子效率。另外在吸收层Hg1‑
x4
Cd
x4
Te也加入一定的组分梯度，该组分梯度形成内建电场能有效降低界面复合以及增强pn结光生载流子的收集效率。器件退火成结后主要通过三层异质结结合掺杂浓度的变化形成了N
+
‑
ν排斥结与ν
‑
P
+
抽取结，吸收层采用低浓度(N
D
≤1
×
10
14
cm
‑3)N型掺杂，在高工作温度下实现吸收层内热激发本征载流子的抑制，降低俄歇复合过程从而有效降低器件的暗电流，器件两端的N
+
和P
+
层对响应光谱几乎全透，起到自钝化效果，有效降低表面暗电流，且pn结耗尽区的终点在宽带隙层，能有效抑制隧穿电流提高器件工作温度。
[0005]本专利技术的目标主要是通过以下技术方案实现的：
[0006]一种双过渡层的P
+
G
+
G
‑
νG
+
G
‑
N
+
碲镉汞多层异质结器件包括碲锌镉(Cd1‑
y
Zn
y
Te，
CZT)衬底和沉积于CZT衬底上的碲镉汞(Hg1‑
x
Cd
x
Te，MCT)外延结构，所述外延结构从碲锌镉衬底开始依次为:重掺杂的宽带隙n型Hg1‑
x1
Cd
x1
Te接触层(N
+
层)，轻掺杂的n型Hg1‑
x2
Cd
x2
Te组分由高到低的梯度过渡层(G
‑
层)，轻掺杂的n型Hg1‑
x3
Cd
x3
Te组分由低到高的梯度过渡层(G
+
层)，较窄带隙轻掺杂的n型Hg1‑
x4
Cd
x4
Te吸收层(ν层)，轻掺杂的n型Hg1‑
x5
Cd
x5
Te组分由高到低的梯度过渡层(G
‑
层)，轻掺杂的n型Hg1‑
x6
Cd
x6
Te组分由低到高的梯度过渡层(G
+
层)，重掺杂宽带隙的p型Hg1‑7Cd
x7
Te接触层(P
+
层)。
[0007]进一步地，上述器件中，所述CZT衬底采用(211)B面的CZT衬底。
[0008]进一步地，上述器件中，所述较宽带隙重掺杂的n型Hg1‑
x1
Cd
x1
Te接触层的厚度为2μm，材料采用In掺杂的HgCdTe材料，掺杂浓度为(1～5)
×
10
16
cm
‑3，Cd组分根据吸收层组分进行调节，一般比吸收层的组分大0.1
‑
0.15，以中波器件为例，本专利技术中的组分x1采用0.45。
[0009]进一步地，上述器件中，所述轻掺杂的Hg1‑
x2
Cd
x2
Te组分梯度过渡层的厚度为0.3μm。材料采用In掺杂的n型HgCdTe材料，掺杂浓度N
D
≤1
×
10
14
cm
‑3。Hg1‑
x2
Cd
x2
Te组分梯度过渡层中的组分x2从Hg1‑
x1
Cd
x1
Te接触层所采用的高组分逐渐降低到Hg1‑
x3
Cd
x3
Te过渡层起始所采用的低组分，根据具体的需要进行调节，本专利技术中组分x2梯度变化具体以中波器件为例采用从0.45逐渐减小到0.2。
[0010]进一步地，上述器件中，所述轻掺杂的Hg1‑
x3
Cd
x3...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双过渡层碲镉汞多层异质结器件，包括碲锌镉CdZnTe衬底和沉积于碲锌镉衬底上的碲镉汞Hg1‑
x
Cd
x
Te外延结构，其特征在于，所述外延结构从碲锌镉衬底开始依次为：重掺杂的宽带隙n型Hg1‑
x1
Cd
x1
Te接触层N
+
，轻掺杂的n型Hg1‑
x2
Cd
x2
Te组分梯度过渡层G
‑
，轻掺杂的n型Hg1‑
x3
Cd
x3
Te组分梯度过渡层G
+
，较窄带隙轻掺杂的n型Hg1‑
x4
Cd
x4
Te吸收层ν，轻掺杂的n型Hg1‑
x5
Cd
x5
Te组分梯度过渡层G
‑
，轻掺杂的n型Hg1‑
x6
Cd
x6
Te组分梯度过渡层G
+
，重掺杂宽带隙的p型Hg1‑7Cd
x7
Te接触层P
+
。2.根据权利要求1所述的双过渡层碲镉汞多层异质结器件，其特征在于，所述较窄带隙轻掺杂的n型Hg1‑
x4
Cd
x4
Te吸收层ν与重掺杂的宽带隙n型Hg1‑
x1
Cd
x1
Te接触层N
+
和重掺杂宽带隙的p型Hg1‑7Cd
x7
Te接触层P
+
之间分别加入轻掺杂的n型Hg1‑
x3
Cd
x3
Te组分由低到高的梯度过渡层G
+
和轻掺杂的n型Hg1‑
x2
Cd
x2
Te组分由高到低的梯度过渡层G
‑
，在过渡层G
‑
和过渡层G
+
之间形成一个组分低洼区。3.根据权利要求2所述的双过渡层碲镉汞多层异质结器件，其特征在于，所述低洼区的组分比吸收区的组分至少低0.1，该组分低洼区能有效降低因高温As离子激活导致组分互扩散带来的吸收层边缘Cd组分变大、厚度变短，用于提高量子效率。4.根据权利要求2所述的双过渡层碲镉汞多层异质结器件，其特征在于，较窄带隙轻掺杂的n型Hg1‑
x4
Cd
x4
Te吸收层ν中加入一定的组分梯度用于形成内建电场，该内建电场用于降低界面复合带来的影响、加速光生载流子向pn结靠近并增加量子效率。5.根据权利要求2所述的双过渡层碲镉汞多层异质结器件，其特征在于，所述重掺杂的宽带隙n型Hg1‑
x1
Cd
x1
Te接触层N
+
的厚度为2μm，材料采用In掺杂的HgCdTe材料，掺杂浓度为(1～5)
×
10
16
cm
‑3，组分x1比吸收层的组分大0.1
‑
0.15。6.根据权利要求2所述的双过渡层碲镉汞多层异质结器件，其特征在于，所述轻掺杂的Hg1‑
x2
Cd
x2
Te组分梯度过渡层的厚度为0.3μm，材料采用In掺杂的n型HgCdTe材料，掺杂浓度N
D
≤1
×
10
14
cm
‑3，Hg1‑
x2
Cd
x2
Te组分梯度过渡层中的组分x2从Hg1‑
x1
Cd
x1
Te接触层所采用的高组分逐渐降低到Hg1‑
x3
Cd
x3
Te过渡层起始所采用的低组分，所述组分x2梯度变化从0.45逐渐减小到0.2。7.根据权利要求2所述的双过渡层碲镉汞多层异质结器件，其特征在于，所述轻掺杂的Hg1‑
x3
Cd
x3
Te组分梯度过渡层的厚度为0.3μm，材料采用In掺杂的N型HgCdTe材料，掺杂浓度N
D
≤1
×
10
14
cm
‑3，Hg1‑
x3
Cd
x3
Te组分梯度过渡层中的组分x3从N型Hg1‑
x2
Cd
x2
Te过渡层末端所采用的低组分逐渐增加到Hg1‑
x4
Cd
x4
Te吸收层所采用的组分，组分x3从0.2逐渐增加到0.3。8.根据权利要求2所述的双过渡层碲镉汞多层异质结器件，其特征在于，所述较窄带隙轻掺杂的n型Hg1‑
x4
Cd
x4
Te吸收层的厚度为4μm；Hg1‑
x4
Cd
x4
Te吸收层采用In掺杂的HgCdTe材料，掺杂浓度为N

【专利技术属性】
技术研发人员：俞见云，孔金丞，覃钢，秦强，宋林伟，丛树仁，何天应，李艳辉，赵俊，赵鹏，
申请(专利权)人：昆明物理研究所，
类型：发明
国别省市：