甚长波超晶格势垒红外探测器制造技术

本发明专利技术提供一种甚长波超晶格势垒红外探测器，包括由下至上依次叠置的衬底

【技术实现步骤摘要】
甚长波超晶格势垒红外探测器


[0001]本专利技术涉及半导体光电子器件
，具体涉及一种甚长波超晶格势垒红外探测器
。

技术介绍

[0002]目前，甚长波红外
(Very long wavelength infrared
，
VLWIR)
波段是红外探测技术中最为重要的波段，该波段的红外探测器件可用于特殊物质检测
、
高温工业过程监测
、
火灾监测
、
大气科学研究等方面
。
具体来说，甚长波红外技术对于特定材料的探测具有独特的优势，如气体泄漏检测
、
化学物质识别
。
此外，还可以用于监测炼钢
、
冶金等高温工业过程，提供关键的温度数据
。
[0003]对甚长波红外探测器（
VLWIR Detector
）而言，器件中的暗电流与能隙附近的吸收系数是衡量探测器性能的一个重要指标
。
由于在耗尽区内形成的窄能带隙或者生成复合
(Generation
‑
Recombination
，
GR)
电流会导致较大的暗电流，采用基于Ⅱ型超晶格（
Type
‑Ⅱꢀ
superlattice
，
T2SL
）的
nBn
势垒探测器可以有效缓解该问题
。
然而，主流势垒探测器多采用体材料（如
AlGaSb、AlGaAs
）作为势垒层，与作为吸收层的Ⅱ型超晶格材料会产生晶格失配，晶格失配不同程度地影响晶体的外延生长，在外延层中产生大量缺陷，影响载流子的输运以及器件的性能和寿命
。
同时，势垒层与吸收层之间如果存在较大的价带偏移（
valence band offset
，
VBO
），会在吸收层中产生一个电场，从而形成耗尽区并导致
GR
暗电流，进而影响探测器的准确性和灵敏度
。
因此在上述结构下获得一种降低
GR
暗电流的甚长波超晶格势垒红外探测器尤为重要
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种甚长波超晶格势垒红外探测器，以解决甚长波红外探测器中
GR
暗电流噪声对器件造成的性能受损问题，从而满足特定探测需求
。
[0005]本专利技术一方面提供了一种甚长波超晶格势垒红外探测器，包括：由下至上依次叠置的衬底
、
缓冲层
、
底部接触层
、
吸收层
、
势垒层
、
顶部接触层和盖层；其中，底部接触层
、
吸收层
、
势垒层
、
顶部接触层均为
InAs/GaSb/AlSb/GaSb
构成的
M
型超晶格（
M
‑
superlattice
，
MSL
），且通过分子束外延的方式生长得到；势垒层材料中的
InAs
层周期厚度比吸收层小
。
[0006]在本专利技术的一些实施中，底部接触层
、
吸收层
、
顶部接触层均采用相同层数周期的
InAs/GaSb/AlSb/GaSb
体系的超晶格结构，且单层厚度为
InAs、GaSb
或
AlSb
所对应的一个晶格常数的厚度
。
[0007]在本专利技术的一些实施中，吸收层超晶格材料的截止波长对应甚长波红外波段，厚度为
1~5 mm。
[0008]在本专利技术的一些实施中，势垒层的超晶格材料的截止波长对应中长波红外波段，厚度在
1 mm
以内
。
[0009]在本专利技术的一些实施中，底部接触层
、
顶部接触层厚度在
1 mm
以内
。
[0010]在本专利技术的一些实施中，底部接触层与盖层为
N
型重掺杂，掺杂浓度为1×
10
17
~1
×
10
18 cm
‑3。
[0011]在本专利技术的一些实施中，吸收层为
N
型弱掺杂，掺杂浓度为5×
10
15
~5
×
10
16 cm
‑3；势垒层为
P
型弱掺杂，掺杂浓度为1×
10
15
~1
×
10
16 cm
‑3。
[0012]在本专利技术的一些实施中，衬底与缓冲层均为
N
型
Te
掺杂的
GaSb(100)
材料，掺杂浓度为1×
10
17
~1
×
10
18 cm
‑3。
[0013]在本专利技术的另一些实施中，还包括：第一钝化层，设置在底部接触层上方的最外围，呈环状凸台；第二钝化层，设置在底部接触层上方，且包裹于吸收层
、
势垒层
、
顶部接触层和部分盖层的最外围；第一电极，设置在底部接触层上方，且邻接于第一钝化层与第二钝化层之间；以及第二电极，设置在盖层上方，且邻接于第二钝化层内侧，呈环状凸台
。
[0014]在本专利技术的一些实施中，第一钝化层材料和第二钝化层相同，包括：
SiO2、SiN
x
；第一电极材料和第二电极相同，包括：
Ti、Pt、Au、Cu、Ni。
[0015]基于上述，本专利技术实施例的甚长波超晶格势垒红外探测器，采用同种超晶格结构同时作为吸收层和势垒层，可以在最大程度上减少晶格失配问题，降低势垒层与吸收层之间的价带偏移，从而降低
GR
暗电流噪声，提高探测器件的准确性和灵敏度
。
同时，超晶格结构可以通过能带工程来控制调节带隙的大小
、
吸收系数的高低，调整
M
型超晶格结构中的
InAs
层的厚度，在保证
VBO
尽可能小的情况下，来实现吸收层截止波长的变化，进而可以设计从
12 mm
到
20 mm
的甚长波探测器，进一步丰富了应用场景
。
附图说明
[0016]图1示意性示出了根据本专利技术实施例的甚长波超晶格势垒红外探测器剖视图；图2是两种不同周期层数的
M
型超晶格作为吸收层的甚长波超晶格势垒红外探测器在
0 V
偏压下的能带图；图3是作为势垒层的
M
型超晶格在
0 V
偏压下的子带色散图；图4是四种不同周本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种甚长波超晶格势垒红外探测器，其特征在于，包括：由下至上依次叠置的衬底（1）
、
缓冲层（2）
、
底部接触层（3）
、
吸收层（4）
、
势垒层（5）
、
顶部接触层（6）和盖层（7）；其中，所述底部接触层（3）
、
所述吸收层（4）
、
所述势垒层（5）
、
所述顶部接触层（6）均为
InAs/GaSb/AlSb/GaSb
构成的
M
型超晶格，且通过分子束外延的方式生长得到；所述势垒层（5）材料中的
InAs
层周期厚度比所述吸收层（4）小
。2.
根据权利要求1所述的甚长波超晶格势垒红外探测器，其特征在于，所述底部接触层（3）
、
所述吸收层（4）
、
所述顶部接触层（6）均采用相同层数周期的
InAs/GaSb/AlSb/GaSb
体系的超晶格结构，且单层厚度为
InAs、GaSb
或
AlSb
所对应的一个晶格常数的厚度
。3.
根据权利要求2所述的甚长波超晶格势垒红外探测器，其特征在于，所述吸收层（4）超晶格材料的截止波长对应甚长波红外波段，厚度为
1~5 mm。4.
根据权利要求2所述的甚长波超晶格势垒红外探测器，其特征在于，所述势垒层（5）的超晶格材料的截止波长对应中长波红外波段，厚度在
1 mm
以内
。5.
根据权利要求2所述的甚长波超晶格势垒红外探测器，其特征在于，所述底部接触层（3）
、
所述顶部接触层（6）厚度在
1 mm
以内
。6.
根据权利要求2所述的甚长波超晶格势垒红外探测器，其特征在于，所述吸收层（4）为
N
型弱掺杂，掺杂浓度为5×
10
15
~5
×
10
16 cm
‑3，所述势垒层（5）为

【专利技术属性】
技术研发人员：成毅凡，陈冠良，李明明，李传波，宋志刚，李树深，
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：