电压调制型中长波双色量子阱红外探测器及其制作方法技术

一种电压调制型中长波双色量子阱红外探测器，包括：一半绝缘半导体ＧａＡｓ衬底；一第一半导体ＧａＡｓ接触层，制作在半绝缘半导体ＧａＡｓ衬底上；一第一多量子阱红外探测器，制作在第一半导体ＧａＡｓ接触层上，在第一半导体ＧａＡｓ接触层的一侧形成一台面；一第二半导体ＧａＡｓ接触层，制作在第一多量子阱红外探测器上；一第二多量子阱红外探测器，制作在第二半导体ＧａＡｓ接触层上；一第三半导体ＧａＡｓ接触层，制作在第二多量子阱红外探测器上；一上接触电极和下接触电极，分别制作在第三半导体ＧａＡｓ接触上和第一半导体ＧａＡｓ接触层形成的台面上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体材料生长与器件制作领域，特别是指一种电压调制型中长波双 色量子阱红外探测器的结构设计，材料生长和器件制作方法。
技术介绍
红外探测是一种在通信，遥感，侦查，预警等领域广泛应用的技术。双色探测能同 时响应目标在两个不同波段的红外辐射信息，有利于扩大探测范围，提高探测的灵敏度，提 高红外系统的抗干扰能力和识别伪装，排除假目标的本领，所以正成为新的技术发展方向。III-V族材料量子阱红外探测器，因为其相比于HgCdTe红外探测器来说，有材料 生长技术和器件制作工艺成熟，大尺寸生长的材料均勻性好，成本低，并且波长调节方便等 优点，所以受到重视，特别是在制作大面阵中长波双色探测器方面，发展十分迅速。为了制作双色，乃至多色量子阱红外探测器，人们提出过各种设计方法。最成功的 是三端叠层结构器件的方法，即将两个探测范围不同的量子阱红外探测器生长在一起，并 通过导电层接触起来，然后分别引出电极读取的方法，实现了对不同波的探测。但该方法需 要刻蚀三层，并且每个像元都要引出三个电极，其器件制作工艺，特别是制作多色大面阵器 件时，复杂程度大，从而使得成本大幅度提高。在本专利技术中，我们通过将不同材料系的量子阱红外探测器(AlGaAs/GaA^AlGaAs/ GaAs/InGaAs)经导电层串联起来，并通过对材料生长过程的优化设计，使它们在不同偏压 下的动态电导各不相同，进而分配的电压不同，因此在不同偏压下两个探测器分别处在最 优化的工作状态，从而分别实现对3-5微米和8-12微米两个大气窗口范围内红外信息的探 测。并且采用两端结构的器件(即每个像元上引出两个电极)使得器件的制作，尤其是制 作面阵器件时，其工艺大为简化，成本降低。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种电压调制型中长波双色量子阱红外探测器的器件设计及 制作方法。通过采用简单的两端器件结构，既避免了三端结构制作工艺的复杂，大大降低了 量子阱红外探测器的制作成本，同时能通过调制外加偏置电压的大小使其工作在不同的红 外波段。本专利技术所述方法适用于目前各种外延生长技术，主要包括MBE等。本专利技术提供一种电压调制型中长波双色量子阱红外探测器，包括一半绝缘半导体GaAs衬底，作为整个器件的承载体；一第一半导体GaAs接触层，制作在半绝缘半导体GaAs衬底上，其中掺杂n型杂 质，起到缓冲衬底和其它层之间应力的作用，又充当了器件的下接触层，用来连接外部偏置 电压，传导电流；一第一多量子阱红外探测器，制作在第一半导体GaAs接触层上，其量子阱内掺杂 n型杂质，用于探测位于长波大气窗口的红外辐射，该第一多量子阱红外探测器的面积小于 第一半导体GaAs接触层的面积，而位于第一半导体GaAs接触层一侧，该第一半导体GaAs接触层的另一侧形成有一台面；一第二半导体GaAs接触层，制作在第一多量子阱红外探测器上，其中掺杂n型杂 质，起到将上下两个探测器在电学上串联起来的作用；一第二多量子阱红外探测器，制作在第二半导体GaAs接触层上，其量子阱内掺杂 n型杂质，用于探测位于中波大气窗口的红外辐射；一第三半导体GaAs接触层，制作在第二多量子阱红外探测器上，其中掺杂n型杂 质，起到保护整个器件的作用，并作为上接触层，用来连接外部偏置电压，传导电流；一上接触电极和下接触电极，分别制作在第三半导体GaAs接触上和第一半导体 GaAs接触层形成的台面上。其中第一、第二和第三半导体GaAs接触层的层厚为300-700纳米。其中第一和第二多量子阱红外探测器，其各自内部由多个相同的重复单元构成。其中该第一多量子阱红外探测器的每一个重复单元包括一第一 AlxGai_xAs势垒层，用来限制电子；一 GaAs量子阱层，制作在第一 AlxGai_xAs势垒层上，其中掺杂n型杂质，提供载流 子；一第二 AlxGai_xAs势垒层，制作在GaAs量子阱层上，用来限制电子。其中该第二多量子阱红外探测器的每一个重复单元包括一第一 AlxGai_xAs势垒层，用来限制电子；一第一 GaAs层，制作在第一 AlxGai_xAs势垒层上，改善量子阱的界面质量；一 InxGai_xAs量子阱层，制作在第一 GaAs层上，其中掺杂n型杂质，提供载流子；一第二 GaAs层，制作在InXGal-XAs量子阱层上，改善量子阱的界面质量；一第二 AlxGai_xAs势垒层，制作在第二 GaAs层上，用来限制电子；本专利技术提供一种电压调制型中长波双色量子阱红外探测器的制作方法，其特征在 于，包括如下步骤步骤1 将一半绝缘半导体GaAs衬底烘干，脱氧，作为整个器件的承载体；步骤2 在半绝缘半导体GaAs衬底上，通过外延技术生长一第一半导体GaAs接触 层，起到缓冲衬底和其它层之间应力的作用；同时在其中掺杂n型杂质Si，提供载流子，使 其能作为器件的下接触层，用来连接外部偏置电压，传导电流；步骤3 在第一半导体GaAs接触层上通过外延技术生长一第一多量子阱红外探测 器，生长温度为650°C -750°C，其由多个完全相同的量子阱结构重复单元生长而成；步骤4 在第一多量子阱红外探测器上通过外延技术生长第二半导体GaAs接触 层，并掺杂n型杂质Si，起到将上下两个探测器在电学上串联起来的作用；步骤5 在第二半导体GaAs接触层上通过外延技术生长一第二多量子阱红外探测 器，生长温度为550°C -650°C，其由多个完全相同的量子阱结构重复生长而成；步骤6 在第二多量子阱红外探测器上通过外延技术生长第三半导体GaAs接触， 并掺杂n型杂质Si，起到保护整个器件的作用，并作为上接触层，用来连接外部偏置电压， 传导电流；步骤7 将第一多量子阱红外探测器、第二半导体GaAs接触层、第二多量子阱红外 探测器和第三半导体GaAs接触的一侧刻蚀，露出部分第一半导体GaAs接触层，形成台面；步骤8 在第一半导体GaAs接触层形成的台面上和第三半导体GaAs接触上面分 别制作上接触电极和下接触电极，完成器件的制作。其中步骤2、步骤4和步骤6分别生长的第一、第二和第三半导体GaAs接触层的层 厚为300-700纳米，均掺杂n型杂质Si，生长温度为650°C _750°C。其中步骤3，步骤5生长的第一多量子阱红外探测器和第二多量子阱红外探测器， 其各自量子阱层中n型杂质Si掺杂浓度互不相同。其中步骤3其中的每一个重复单元包括一第一 AlxGai_xAs势垒层，用来限制电子，其中0 < X < 0. 41层厚30-50纳米；一 GaAs量子阱层，制作在第一 AlxGai_xAs势垒层上，其中掺杂n型杂质Si，提供载 流子，层厚3-5纳米；一第二 AlxGai_xAs势垒层，制作在GaAs量子阱层上，用来限制电子，其中0 < X<0. 41，层厚30-50纳米。其中步骤5中的每一个重复单元包括一第一 AlxGai_xAs势垒层，用来限制电子，其中0 < X < 0. 41，层厚30_50纳米；—第一 GaAs层，制作在第一 AlxGai_xAs势垒层上，改善量子阱的界面质量，层厚 0. 5-1纳米；一 InxGai_xAs量子阱层，其中0 < X < 1，制作在第一 GaAs层上，其中掺杂有n型 杂质Si，提供本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电压调制型中长波双色量子阱红外探测器，包括：一半绝缘半导体ＧａＡｓ衬底，作为整个器件的承载体；一第一半导体ＧａＡｓ接触层，制作在半绝缘半导体ＧａＡｓ衬底上，其中掺杂ｎ型杂质，起到缓冲衬底和其它层之间应力的作用，又充当了器件的下接触层，用来连接外部偏置电压，传导电流；一第一多量子阱红外探测器，制作在第一半导体ＧａＡｓ接触层上，其量子阱内掺杂ｎ型杂质，用于探测位于长波大气窗口的红外辐射，该第一多量子阱红外探测器的面积小于第一半导体ＧａＡｓ接触层的面积，而位于第一半导体ＧａＡｓ接触层一侧，该第一半导体ＧａＡｓ接触层的另一侧形成有一台面；一第二半导体ＧａＡｓ接触层，制作在第一多量子阱红外探测器上，其中掺杂ｎ型杂质，起到将上下两个探测器在电学上串联起来的作用；一第二多量子阱红外探测器，制作在第二半导体ＧａＡｓ接触层上，其量子阱内掺杂ｎ型杂质，用于探测位于中波大气窗口的红外辐射；一第三半导体ＧａＡｓ接触层，制作在第二多量子阱红外探测器上，其中掺杂ｎ型杂质，起到保护整个器件的作用，并作为上接触层，用来连接外部偏置电压，传导电流；一上接触电极和下接触电极，分别制作在第三半导体ＧａＡｓ接触上和第一半导体ＧａＡｓ接触层形成的台面上。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：霍永恒，马文全，种明，张艳华，陈良惠，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]