光伏型ＩｎＡｓ量子点红外探测器结构制造技术

一种光伏型ＩｎＡｓ量子点红外探测器结构，包括：一ＧａＡｓ衬底；一ＧａＡｓ底接触层制作在重掺杂或半绝缘ＧａＡｓ衬底上；一未掺杂的下ＧａＡｓ隔离层制作在ＧａＡｓ底接触层上面的一侧，在ＧａＡｓ底接触层的另一侧形成一台面；一５－１００个周期的ＩｎＡｓ／ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ结构层制作在未掺杂的下ＧａＡｓ隔离层上，该５－１００个周期的ＩｎＡｓ／ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ结构层是实现红外探测的核心部位；一ＧａＡｓ顶接触层制作在５－１００个周期的ＩｎＡｓ／ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ结构层上；该ＧａＡｓ顶接触层进行高浓度掺杂从而实现与电极材料的欧姆接触；一上电极制作在ＧａＡｓ顶接触层的中间部位；一下电极制作在ＧａＡｓ底接触层上的台面上，该下电极可以收集电子，输出电流或电压信号；所述上电极与下电极一起能构成探测器检测回路。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术设计半导体光电探测技术，主要是在重掺杂或半绝缘GaAs衬底上生长用 于量子点红外探测器的InAs/AlGaAs/GaAs结构，特别是指一种光伏型InAs量子点红外探 测器的结构。
技术介绍
红外探测器主要工作在中红外和远红外波段，在夜视、热成像、导弹制导、环境监 测、森林防火等军事和民用方面都有着非常广泛的应用。目前，主要的红外探测器有HgCdTe 红外探测器(MCT)和量子阱红外探测器(QWIP)等，但它们都有自身难以克服的困难。对于 HgCdTe红外探测器，高质量单晶薄膜外延生长和器件制作工艺困难，非均匀掺杂会导致器 件性能的波动和工作温度低于或接近80K，需要冷却装置。对于QWIP，它对垂直入射光不响 应，需要引入光栅或磨制入射斜面，同时，其电子热激发率较高，导致了大的暗电流，器件需 在低温下工作。 与HgCdTe红外探测器和量子阱红外探测器相比，量子点红外探测器(QDIP)在理 论上具有很多优势 (1)对垂直入射光敏感。量子点具有三维限制效应，其能级在三个维度上都是分裂 的，任何偏振的红外光都可以诱导子带间跃迁的发生，因此QDIP能对垂直入射光响应。 (2)有效载流子寿命长。在量子点中，子带内能级间距比声子能量要大，电子_空 穴散射很大程度上受到抑制，声子散射也被禁戒，即所谓的声子瓶颈效应，电子_电子散 射成为主要的弛豫过程。由于电子弛豫足够慢，载流子的有效寿命更长。有效载流子寿命 长能提高探测器的工作温度和探测率，减小暗电流。 (3)暗电流小。暗电流的成分主要包括热激发电流、电场辅助隧穿电流和连续共振 隧穿形成的电流。而在探测器中，电子的电场辅助隧穿和共振隧穿很难避免，要降低暗电流 主要是减少热激发电流。在QDIP中，载流子的有效寿命长能抑制电子的热激发，使得暗电 流保持在较低的数量级。通过降低掺杂浓度及设计更加合理的器件结构能进一步减少暗电 流。 (4)响应率和探测率高。QDIP的光导增益比较大且电子有效寿命比QWIP的要长 很多，峰值响应率高于QWIP。响应率高和暗电流小，会使QDIP的探测率更高。 (5)工作温度高。QDIP的暗电流小，具有更高的响应率和探测率，必然导致其工作 温度提高。器件工作温度高，可以省去冷却装置，不仅能降低成本而且使用也比较方便。 目前，由于S-K模式生长的自组装量子点尺寸均匀性较差及材料生长过程中存在 应力积累，使得生长层数受限，导致QDIP的光吸收效率偏低。此外，目前QDIP的暗电流仍 然比较大。怎样提高探测器的性能是目前QDIP研究的主要方向。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种光伏型InAs量子点红外探测器结构，该结构能够在无外加偏压时实现探测，可以减少暗电流，降低功耗。 本专利技术提供一种光伏型InAs量子点红外探测器结构，包括 —GaAs衬底； — GaAs底接触层，该GaAs底接触层制作在重掺杂或半绝缘GaAs衬底上，该GaAs 底接触层进行高浓度掺杂从而实现与电极材料的欧姆接触； —未掺杂的下GaAs隔离层，该未掺杂的下GaAs隔离层制作在GaAs底接触层上面 的一侧，在GaAs底接触层的另一侧形成一台面，该未掺杂的下GaAs隔离层可以形成势垒， 减少暗电流，阻止量子点层之间的耦合； — 5-100个周期的InAs/AlGaAs/GaAs结构层，该5-100个周期的InAs/AlGaAs/ GaAs结构层制作在未掺杂的下GaAs隔离层上，该5-100个周期的InAs/AlGaAs/GaAs结构 层是实现红外探测的核心部位； — GaAs顶接触层，该GaAs顶接触层制作在5-100个周期的InAs/AlGaAs/GaAs结 构层上；该GaAs顶接触层进行高浓度掺杂从而实现与电极材料的欧姆接触； —上电极，该上电极制作在GaAs顶接触层的中间部位； —下电极，该下电极制作在GaAs底接触层上的台面上，该下电极可以收集电子， 输出电流或电压信号； 所述上电极与下电极一起能构成探测器检测回路。 其中衬底为重掺杂或半绝缘GaAs衬底。 其中5-100个周期的InAs/AlGaAs/GaAs结构层的每一周期结构包括 —未掺杂的InAs量子点层； —未掺杂的AlGaAs势垒层，该AlGaAs势垒层制作在InAs量子点层上； —掺杂的GaAs层，该掺杂的GaAs层制作在AlGaAs势垒层上，该掺杂的GaAs层为InAs量子点层提供电子； —未掺杂的上GaAs隔离层，该未掺杂上GaAs隔离层制作在掺杂的GaAs层上。 其中所述的GaAs底接触层，其掺杂元素为Si，掺杂浓度为3 X 1017_5 X 1018/cm3，生 长厚度为300-3000nm，生长温度为560_630°C 。 其中所述的未掺杂的下GaAs隔离层的生长厚度为25-100nm，生长温度为 560-630°C。 其中所述的5-100个周期的InAs/AlGaAs/GaAs结构层中的未掺杂的InAs量子点 层的生长厚度为1. 8-2. 7ML，生长温度为440-52(TC;未掺杂的AlGaAs势垒层的生长厚度为 5-15nm，生长温度为440_520°C， Al的组分为0. 05-1. 0 ;掺杂的GaAs层的掺杂元素为Si， 掺杂浓度为5X10-lX10/cm 生长厚度为5-15nm，生长温度为440-520°C ;未掺杂的上 GaAs隔离层的生长厚度为25-100nm，生长温度为560_630°C 。 其中所述的GaAs顶接触层的掺杂元素为Si，掺杂浓度为3 X 1017_5 X 1018/cm3，生 长厚度为300-3000nm，生长温度为560_630°C 。附图说明 为了进一步说明本专利技术的特征和效果，下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步 的说明，其中 图1为本专利技术光伏型InAs量子点红外探测器结构的示意图。 具体实施例方式请参阅图1所示，本专利技术提供一种光伏型InAs量子点红外探测器结构，包括 — GaAs衬底10，该GaAs衬底10为重掺杂或半绝缘GaAs衬底； — GaAs底接触层20 ，该GaAs底接触层20制作在重掺杂或半绝缘GaAs衬 底lO上，该GaAs底接触层20为高掺杂的GaAs底接触层，掺杂元素为Si，掺杂浓度为 3 X 1017-5 X 1018/cm3，生长温度为560_630°C ，生长厚度为300-3000nm。对GaAs底接触层20 进行高浓度掺杂的目的是为了在以后制作下电极70时能够和电极材料AuGe/Ni/Au形成良 好的欧姆接触；生长相对较厚的300-3000nm是为了在以后的器件制作过程中便于刻蚀的 操作； —未掺杂的下GaAs隔离层30，该未掺杂的下GaAs隔离层30，制作在高掺杂的 GaAs底接触层20上面的一侧，在GaAs底接触层20的另一侧形成一台面21，生长温度为 560-630°C，生长厚度为25-100nm ;生长未掺杂的下GaAs隔离层30的目的是为了形成势 垒，减小暗电流，同时阻止量子点层之间的耦合；此外，一定厚度的未掺杂的下GaAs隔离层 30还可以减缓材料生长过程中积累的应力，为生长更多层数提供条件； — 5-100个周期的InAs/AlGaAs/GaAs结构层40，该5-100个周期的InA本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光伏型ＩｎＡｓ量子点红外探测器结构，包括：一ＧａＡｓ衬底；一ＧａＡｓ底接触层，该ＧａＡｓ底接触层制作在重掺杂或半绝缘ＧａＡｓ衬底上，该ＧａＡｓ底接触层进行高浓度掺杂从而实现与电极材料的欧姆接触；一未掺杂的下ＧａＡｓ隔离层，该未掺杂的下ＧａＡｓ隔离层制作在ＧａＡｓ底接触层上面的一侧，在ＧａＡｓ底接触层的另一侧形成一台面，该未掺杂的下ＧａＡｓ隔离层可以形成势垒，减少暗电流，阻止量子点层之间的耦合；一５－１００个周期的ＩｎＡｓ／ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ结构层，该５－１００个周期的ＩｎＡｓ／ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ结构层制作在未掺杂的下ＧａＡｓ隔离层上，该５－１００个周期的ＩｎＡｓ／ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ结构层是实现红外探测的核心部位；一ＧａＡｓ顶接触层，该ＧａＡｓ顶接触层制作在５－１００个周期的ＩｎＡｓ／ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ结构层上；该ＧａＡｓ顶接触层进行高浓度掺杂从而实现与电极材料的欧姆接触；一上电极，该上电极制作在ＧａＡｓ顶接触层的中间部位；一下电极，该下电极制作在ＧａＡｓ底接触层上的台面上，该下电极可以收集电子，输出电流或电压信号；所述上电极与下电极一起能构成探测器检测回路。

【技术特征摘要】
一种光伏型InAs量子点红外探测器结构，包括一GaAs衬底；一GaAs底接触层，该GaAs底接触层制作在重掺杂或半绝缘GaAs衬底上，该GaAs底接触层进行高浓度掺杂从而实现与电极材料的欧姆接触；一未掺杂的下GaAs隔离层，该未掺杂的下GaAs隔离层制作在GaAs底接触层上面的一侧，在GaAs底接触层的另一侧形成一台面，该未掺杂的下GaAs隔离层可以形成势垒，减少暗电流，阻止量子点层之间的耦合；一5-100个周期的InAs/AlGaAs/GaAs结构层，该5-100个周期的InAs/AlGaAs/GaAs结构层制作在未掺杂的下GaAs隔离层上，该5-100个周期的InAs/AlGaAs/GaAs结构层是实现红外探测的核心部位；一GaAs顶接触层，该GaAs顶接触层制作在5-100个周期的InAs/AlGaAs/GaAs结构层上；该GaAs顶接触层进行高浓度掺杂从而实现与电极材料的欧姆接触；一上电极，该上电极制作在GaAs顶接触层的中间部位；一下电极，该下电极制作在GaAs底接触层上的台面上，该下电极可以收集电子，输出电流或电压信号；所述上电极与下电极一起能构成探测器检测回路。2. 根据权利要求l所述的光伏型InAs量子点红外探测器结构，其中衬底为重掺杂或半 绝缘GaAs衬底。3. 根据权利要求1所述的光伏型InAs量子点红外探测器结构，其中5-100个周期的 InAs/AlGaAs/GaAs结构层的每一周期结构包括一未掺杂的InAs量子点层；一未掺杂的AlGaAs势垒层，该AlGaAs势垒层制作在InAs量子点层上； 一...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐光华，徐波，叶小玲，金鹏，刘峰奇，陈涌海，王占国，姜立稳，孔金霞，孔宁，
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]