CN104103697A - 红外探测器及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种红外探测器，包括半绝缘砷化镓单晶衬底以及依次形成于所述半绝缘砷化镓单晶衬底上的n+下电极接触层、暗电流阻挡层、量子点有源区、n+中间电极接触层和p+上电极接触层，所述的n+下电极接触层、n+中间电极接触层和p+上电极接触层上分别形成有下电极、中间电极和上电极，所述n+中间电极接触层的厚度小于空穴载流子的扩散长度。本发明还公开了一种红外探测器的制作方法和红外探测系统。本发明通过设置上电极接触层，利用差分放大电路互连，可以削弱、甚至消除可见光和高能粒子、射线照射引起的探测器噪声信号，不仅能够直接吸收正入射的红外辐射光子，而且具有抗可见光致盲和抗辐照功能。
Description
技术领域
本发明设计红外探测技术领域，具体涉及一种抗辐照铟镓砷/砷化镓（InGaAs/GaAs）量子点红外探测器及制作方法。
背景技术
目前，红外探测器在现代军事和民用领域中的应用越来越广泛，尤其是作为各种空间红外系统的核心部件，在天文观测，对地观察，导弹发射的侦察及追踪等方面都有很高的应用价值。然而，当红外探测器在太空中工作时，将不可避免地受到可见光以及高能电子、质子，α、β、γ射线、x射线的照射，产生辐射损伤，并导致器件性能降低。特别是高能粒子辐射和红外探测器的互相作用主要表现为两种形式：1.电离和激发过程，该过程会对半导体材料的电学性质产生瞬间扰动，是红外探测器产生噪声信号；2.原子移动过程，该过程使半导体材料中的原子发生位移，形成位错等缺陷，给红外探测器造成永久损伤，降低了红外探测器的工作性能，甚至导致器件失效。
随着微电子器件集成度的不断提高，器件单元的尺度越来越小，开始出现各种纳米器件，量子点器件就是公认的纳米器件中的一种。由于金属有机化学气相沉积和分子束外延等材料生长技术的发展，人们已经研制出铟镓砷/砷化镓（InGaAs/GaAs）和铟镓砷/铟镓磷/砷化镓（InGaAs/InGaP/GaAs）量子点红外探测器。其中，铟镓砷/砷化镓量子点红外探测器的基本结构是：自下而上依次包括半绝缘砷化镓单晶衬底、n+下电极接触层、暗电流阻挡层、量子点有源区和n+上电极接触层；所述量子点有源区包括砷化镓势垒层和自组织形成的铟镓砷量子点层，在所述n+下电极接触层上设置有下电极，在所述n+上电极接触层上设置有上电极。
其基本的工作原理是，半导体量子点中载流子受到三维量子限制作用而处于分立子能级上，因此能够直接吸收正入射的红外辐射光子而发生能级跃迁，把红外辐射信号转换成光电流或者光伏信号而实现检测。此外，半导体量子点中分立子能级使得量子点红外探测器具有更高的工作温度。改变In组分和量子点的尺寸可以调节铟镓砷（InGaAs）量子点中子能级，从而得到工作波长处于中波红外窗口(3~5μm)和长波红外窗口(8~14μm)的铟镓砷/砷化镓（InGaAs/GaAs）量子点红外探测器。
由于III-V族半导体材料具有很高的结晶质量和很强的化学键，能够承受高能粒子辐射而不产生原子位移过程，因此，采用铟镓砷/砷化镓（InGaAs/GaAs）材料制备的量子点红外光探测器在太空中使用时，能够克服原子位移，但是对可见光和高能电子、质子以及α、β、γ射线和x射线的照射仍然会导致III-V族半导体材料发生电离和激发过程，即半导体材料中的电子在高能量光子照射下发生带间跃迁，产生数目相等的电子和空穴两种载流子，由此影响了检测结果。因此，我们需要研制出一种适用于太空环境中工作的抗辐照铟镓砷/砷化镓（InGaAs/GaAs）量子点红外探测器。
发明内容
本发明的目的是提供一种适于在太空环境下工作的抗辐照和抗可见光致盲的量子点红外探测器；本发明的另一目的是提供该抗辐照和抗可见光致盲量子点红外探测器的制作方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种红外探测器，包括半绝缘砷化镓单晶衬底以及依次形成于所述半绝缘砷化镓单晶衬底上的n+下电极接触层、暗电流阻挡层、量子点有源区、n+中间电极接触层和p+上电极接触层，所述的n+下电极接触层、n+中间电极接触层和p+上电极接触层上分别形成有下电极、中间电极和上电极，所述n+中间电极接触层的厚度小于空穴载流子的扩散长度。
优选的，在上述的红外探测器中，所述的量子点有源区包括砷化镓势垒层和自组织形成的铟镓砷量子点层。
优选的，在上述的红外探测器中，所述的铟镓砷(InyGa1-yAs)量子点层中掺杂有硅元素，其中0.3≤y＜1，该量子点超晶格周期数至少为1。
优选的，在上述的红外探测器中，所述的p+上电极接触层为p型AlxGa1-xAs外延层，其中0.1≤x＜1，受主元素铍或者碳的掺杂浓度在1.0×1018cm-3~20.0×1018cm-3之间。
优选的，在上述的红外探测器中，所述空穴载流子的扩散长度Lh是工作温度T的函数，满足Lh=Lo*exp(T/To)，其中经验常数Lo=60nm，特征温度To=87K。
优选的，在上述的红外探测器中，所述的上电极呈方框形，其电极材料采用钛/金，钛/铂/金或者金/锌合金。
优选的，在上述的红外探测器中，所述的n+下电极接触层是掺杂硅元素的n+砷化镓外延层，其厚度小于空穴载流子的扩散长度。
优选的，在上述的红外探测器中，所述的暗电流阻挡层为AlxGa1-xAs外延层，其中0.1≤x＜1。
相应的，本发明还公开了一种上述的红外探测器的制作方法，包括：在半绝缘砷化镓单晶衬底上依次生长n+下电极接触层、暗电流阻挡层、量子点有源区、n+中间电极接触层和p+上电极接触层，在n+下电极接触层、n+中间电极接触层和p+上电极接触层上分别制作下电极、中间电极和上电极。
优选的，在上述的红外探测的制作方法中，所述n+下电极接触层、暗电流阻挡层、量子点有源区、n+中间电极接触层和p+上电极接触层均采用分子束外延方法或者金属有机物化学气相沉积方法连续生长获得。
优选的，在上述的红外探测器的制作方法中，在沉积上电极材料时，加热到100~350℃，在沉积中间电极和下电极材料时，加热到80~140℃。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1.本发明在铟镓砷/砷化镓（InGaAs/GaAs）量子点红外探测器的n+上电极接触层上生长一层p+上电极接触层，使量子点红外探测器由n+-n+型两端器件变为具有抗辐照功能的p+-n+-n+型三端器件，n+中间电极接触层的厚度小于空穴载流子的扩散长度，光生空穴电流绝大部分能被p+上电极接触层收集，而n+中间电极接触层与n+下电极接触层分别作为量子点红外探测器的电子发射极和收集极。这样的p+-n+-n+结构铟镓砷/砷化镓（InGaAs/GaAs）量子点红外探测器的三个电极和差分放大电路互连，就可以分别测量出电子电流和空穴电流。如果量子点红外光探测器是光伏型，光生电子流和光生空穴流的增益均为1，带间跃迁产生的电子电流和空穴电流完全相等。这样从差分放大电路获取的总电子电流值减去空穴电流值即可得到红外辐射引起的光电流值以及对应的光伏信号，从而减弱、甚至消除了高能粒子和高能射线照射在铟镓砷/砷化镓（InGaAs/GaAs）量子点红外探测器中引起的噪声信号。
2. 本发明结合了量子点红外探测器可以直接吸收正入射红外辐射光子、工作温度高的优点，增加了p+上电极接触层和上电极，通过和差分放大电路互连即可实现抗辐射和抗光盲功能，结构简单，特别适合于在外太空工作。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明具体实施例中量子点红外探测器的层次结构示意图；
图2是实施例一中上电极的制作示意图；
图3是实施例一中刻蚀中间电极和下电极图形的示意图；
图4是实施例一中上电极、中间电极和下电极的俯视图；
图5是实施例一的量子点红外探测器单元管芯示意图。
具体实施方式
为达到上述目的，本发明解决问题的总体思路是：由于材料中的电子在发生带间跃迁时，产生了相等数量的电子和空穴，如果能把电子电流和空穴电流分别测量出来，则从总的电子电流中扣除空穴电流后，就是量子点红外探测器在红外关照下产生的光电流。
根据上述思路，本发明的具体技术方案是：一种抗辐照和抗光盲量子点红外探测器，自下而上依次包括半绝缘砷化镓单晶衬底、n+下电极接触层、暗电流阻挡层、量子点有源区和n+中间电极接触层（对应于背景技术中的n+上电极接触层）；所述量子点有源区包括砷化镓势垒层和自组织形成的铟镓砷量子点层，在所述n+下电极接触层上设置有下电极，在所述n+中间电极接触层上设置有中间电极，在所述n+中间电极接触层上生长有p+上电极接触层，所述p+上电极接触层上设置有上电极，所述n+中间电极接触层的厚度小于空穴载流子的扩散长度Lh。
其中，Lh是工作温度T的函数，即Lh=Lo×exp(T/To)，其中经验常数Lo=60nm，特征温度To=87K。
上述技术方案中，由于在n+中间电极接触层上生长了一层p+上电极接触层，使量子点红外探测器由n+-n+型两端器件变为具有抗辐照功能的p+-n+-n+型三端器件。由于n+中间电极接触层的厚度小于空穴载流子的扩散长度，光生空穴电流绝大部分能被p+上电极接触层收集，而n+中间电极接触层与n+下电极接触层分别作为量子点红外探测器的电子发射极和收集极。这样的p+-n+-n+型结构InGaAs/GaAs量子点红外探测器的三个电极和差分放大电路互连，可以把电子电流和空穴电流分开。从总的电子电流中扣除空穴电流后，就是量子点红外探测器吸收红外辐射光子产生的光电流，从而削弱、甚至消除了高能粒子和高能射线照射在InGaAs/GaAs量子点红外探测器中引起的噪声信号。
上述技术方案中，所述p+上电极接触层为p型铝镓砷(AlxGa1-xAs)外延层，其中铝组分x占10%~100%，受主元素铍或者碳的掺杂浓度在(1.0~20.0)×1018cm-3之间。该p+上电极接触层和n+中间电极接触层形成p-n结。
上述技术方案中，n+下电极接触层、暗电流阻挡层、量子点有源区和n+中间电极接触层均可以采用现有技术。其中n+下电极接触层为生长在半绝缘砷化镓单晶衬底上的砷化镓外延层，重掺杂硅元素作为施主；较厚的n+下电极接触层同时作为应力缓冲层来消除探测器和半绝缘砷化镓单晶衬底之间的晶面缺陷。暗电流阻挡层是铝镓砷(AlxGa1-xAs)外延层，其中铝组分x占10%~100%；铝镓砷外延层的厚度和铝组分决定着该暗电流阻挡层抑制暗电流的效果。量子点有源区是砷化镓势垒层和铟镓砷量子点交叠形成的量子点超晶格结构，其中砷化镓外延层不仅作为势垒区将载流子限制在铟镓砷量子点层中，并且把铟镓砷量子点层间隔开，避免应力累积产生位错。铟镓砷（InyGa1-yAs）量子点中铟组分y的调节范围是30%~100%，其中掺杂硅元素作为施主；该量子点有源区中量子点超晶格的周期数至少为1。
为了保证高能粒子和高能射线引起的空穴载流子绝大部分能被p+上电极接触层收集，该n+中间电极接触层的厚度应该远小于空穴载流子的扩散长度。所述中间电极和下电极采用Au/Ge/Ni/Au，Au/Ge，Au/Si合金或者其它与n型砷化镓形成欧姆接触的电极材料。
上述技术方案中，所述上电极呈方框形或其它中空图形，电极材料采用钛/金（Ti/Au），钛/铂/金（Ti/Pt/Au），金/锌（Au/Zn）合金，与p型砷化镓形成欧姆接触。
上述抗辐照量子点红外探测器的制作方法，包括下列步骤：
（1）利用分子束外延方法或者金属有机物化学气相沉积方法在洁净、平整的半绝缘砷化镓单晶衬底上生长n+下电极接触层；
（2）在n+下电极接触层上生长暗电流阻挡层；
（3）在暗电流阻挡层上生长量子点有源区，其方法是：首先生长一层砷化镓外延层；然后在砷化镓外延层上沉积铟镓砷材料，当铟镓砷材料的沉积量达到临界厚度时自组织形成一层铟镓砷量子点；重复这两个过程至少1次；最后再生长一层砷化镓外延层；
（4）在量子点有源区上生长n+中间电极接触层；
（5）在n+中间电极接触层上生长p+上电极接触层；
（6）在p+上电极接触层上沉积合金电极材料；利用光刻技术在合金电极材料上留下被光刻胶保护的上电极图形，用腐蚀液去除保护的部分，制作出p型欧姆接触的上电极；
（7）利用光刻胶保护上电极并在样品上表面暴露出下电极图形，然后利用干法刻蚀技术蚀出量子点红外探测器台面，刻蚀深度达到n+下电极接触层中，每一个台面是一个量子点红外探测器单元；
（8）利用光刻胶保护上电极并在量子点红外探测器台面上暴露出中间电极图形，然后进行二次干法刻蚀，刻蚀深度达到n+中间电极接触层；
（9）利用光刻胶保护上电极并留出中间电极和下电极图形，然后在样品上表面均匀地沉积一层合金电极材料，利用剥离方法去除多余的合金电极材料，制作出中间电极和下电极；
（10）在快速热退火炉中对上电极材料、中间电极材料和下电极材料进行合金处理。
上述技术方案中，所述n+下电极接触层、暗电流阻挡层、量子点有源区、n+中间电极接触层和p+上电极接触层均采用分子束外延方法或者金属有机物化学气相沉积方法连续生长获得。每层的截面可以为圆形也可以为矩形。
其中，所述n+下电极接触层是重掺杂硅元素的n+砷化镓外延层，其厚度大于200纳米；所述n+中间电极接触层是重掺杂硅元素的n+砷化镓外延层，其厚度小于空穴载流子的扩散长度Lh；所述p+上电极接触层为p型铝镓砷(AlxGa1-xAs)外延层，其中铝组分x占10%~100%，受主元素铍或者碳的掺杂浓度在(1.0~20.0)×1018cm-3之间。
所述步骤(2)中的暗电流阻挡层为铝镓砷外延层，其中，铝的重量不低于铝镓砷总重量的10%。
所述步骤(3)中的铟镓砷（InyGa1-yAs）量子点中掺杂有硅元素，其中的铟组分y的调节范围是30%~100%，该量子点超晶格的周期数至少为1。量子点超晶格中不同周期的铟镓砷量子点中掺杂硅元素宜采用浓度梯度渐变模式，进而形成内建电场来提高探测器的量子效率。
所述上电极呈中空的方框形或者梳状结构，在沉积上电极材料时，加热到100~350℃，在沉积中间电极和下电极材料时，加热到80~140℃。采用加热方法可以增加电极在砷化镓上的粘附性。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见附图1至5所示，一种抗辐射和抗光盲的铟镓砷/砷化镓量子点红外探测器，包括砷化镓半绝缘衬底1，在砷化镓半绝缘衬底1上依次排列生长有n+下电极接触层2、暗电流阻挡层3、量子点有源区4、n+中间电极接触层7和p+上电极接触层8，在所述p+上电极接触层8上设有电极9，在所述n+中间电极接触层7上设有中间电极10，在所述n+下电极接触层2上设有电极11。
其中，所述n+下电极接触层2是生长在衬底1上的n+砷化镓外延层，其厚度大于200nm，其中硅元素掺杂浓度约为(0.5~5.0)×1018cm-3之间。
所述暗电流阻挡层3是生长在n+下电极接触层2上的铝镓砷（(AlxGa1-xAs)外延层，其厚度约为20~500nm，其中的铝组分x调节范围是10%~100%。
所述量子点有源区4生长在暗电流阻挡层3上，是由砷化镓势垒层5和自组织形成的铟镓砷（InyGa1-yAs）量子点层6交叠形成的量子点超晶格结构。铟镓砷（InyGa1-yAs）量子点层6中的铟组分y为30%~100%，其中硅元素掺杂浓度约为1.0×1017cm-3~1.0×1019cm-3之间呈梯度渐变。该量子点有源区4中量子点超晶格结构的周期数通常为1~100。
所述n+中间电极接触层7生长在量子点有源区4上，该n+中间电极接触层7为n+砷化镓外延层，其中硅元素掺杂浓度的调节范围为(0.1~5.0)×1018cm-3，其厚度约为100~300nm。
所述p+上电极接触层8生长在n+中间电极接触层7上，该p+上电极接触层8为p型铝镓砷外延层，其中的铝组分x调节范围是30%~100%，受主元素铍或者碳的掺杂浓度在(1.0~20.0)×1018cm-3之间。该p+上电极接触层8和n+中间电极接触层7形成p-n结。分别在p+上电极接触层8和n+中间电极接触层7以及n+下电极接触层2上制作上电极、中间电极和下电极，并将三个电极同时连接到差分放大电路上即可分别收集电子电流和空穴电流并采集到红外辐射引起的光伏信号，实现抗辐射功能。
本实施例的抗辐照铟镓砷/砷化镓量子点红外探测器的制作方法，包括如下步骤：
步骤1：利用分子束外延方法或者金属有机化学气相沉积方法在洁净、平整的半绝缘砷化镓衬底1上生长n+下电极接触层2。该n+下电极接触层2是厚度大于200nm的n+砷化镓外延层，其中硅元素掺杂浓度约为(0.5~5.0)×1018cm-3；
步骤2：在n+下电极接触层2上生长铝镓砷外延层作为暗电流阻挡层3，该暗电流阻挡层3中的铝镓砷外延层的厚度约20~500nm，其中的铝组分x调节范围是10%~100%；
步骤3：:在暗电流阻挡层3上生长量子点有源区4。该量子点有源区的生长过程是：首先生长一层砷化镓外延层5；然后在砷化镓外延层上沉积铟镓砷材料，当铟镓砷材料的沉积量达到临界厚度时自组织形成一层铟镓砷量子点层6；多次重复这两个过程；最后再生长一层砷化镓外延层5，就制备出量子点有源区4，通常量子点有源区4中量子点超晶格周期数为1~100。该量子点有源区4中每一砷化镓外延层5的厚度约为20~50nm，铟镓砷（InyGa1-yAs）量子点中铟组分y为30%~100%，具体铟镓砷的沉积量和铟组分根据所需要的探测波长和反射高能电子衍射仪观测到铟镓砷量子点层6的临界厚度来确定。铟镓砷量子点层6中硅元素的浓度为1.0×1017cm-3~1.0×1019cm-3；
步骤4：在量子点有源区4上生长厚度为100~300nm的n+砷化镓外延层作为n+中间电极接触层7，其中硅元素的浓度为1.0×1017cm-3~1.0×1019cm-3；
步骤5：在n+中间电极接触层7上生长p型铝镓砷外延层作为p+上电极接触层8，其厚度约为200~2000nm。该p+上电极接触层8中的铝组分x的调节范围是10%~100%，其中掺杂受主元素铍或者碳的掺杂浓度在(1.0~20.0)×1018cm-3。
通过以上五个步骤完成了如图1所示的本发明一种抗辐射铟镓砷/砷化镓量子点红外探测器的材料生长过程，以下五个步骤在所得材料的基础上进一步制作抗辐照铟镓砷/砷化镓量子点红外探测器的方法：
步骤6：在抗辐射铟镓砷/砷化镓量子点红外探测器材料的p+上电极接触层上沉积Ti/Au电极材料，利用光刻技术在钛/金（Ti/Au）电极材料上留下被光刻胶保护的上电极图形，然后分别用金（Au）和钛（Ti）的腐蚀液去除去多余的金（Au）和钛（Ti），制作出p型上电极9（参阅附件图2），即钛/金（Ti/Au）电极。上电极9呈方框形（参阅附图4）或者其它中空图形，允许红外外辐射光束入射到探测器中。在沉积钛/金（Ti/Au）电极材料时，样品需要加热到100~350℃左右，以增加电极材料在p型砷化镓上的黏附性；
步骤7：利用光刻胶保护钛/金（Ti/Au）上电极9并在样品上表面暴露出下电极图形，然后利用干法刻蚀技术刻蚀出抗辐照铟镓砷/砷化镓量子点红外探测器台面，刻蚀深度达到n+下电极接触层2中。每一个台面为一个抗辐照铟镓砷/砷化镓量子点红外探测器单元（参阅附图3）；
步骤8：利用光刻胶保护钛/金（Ti/Au）上电极9并在抗辐照铟镓砷/砷化镓量子点红外探测器台上暴露出中间电极图形，然后进行二次干法刻蚀，刻蚀深度达到n+中间电极接触层7（参阅附图3）；
步骤8：利用光刻胶保护钛/金（Ti/Au）上电极9并留出中间电极和下电极图形，然后在抗辐照铟镓砷/砷化镓量子点红外探测器样品上面均匀地沉积一层金/锗/镍/金（Au/Ge/Ni/Au）电极材料。利用剥离方法去除多余的金/锗/镍/金（Au/Ge/Ni/Au）电极材料，制作出如附图4所示的中间电极10和下电极11。在沉积金/锗/镍/金（Au/Ge/Ni/Au）电极材料时，样品需要加热到80~140℃左右，以增加电极材料在n型砷化镓的黏附性；
步骤10：在快速热退火炉中对钛/金（Ti/Au）电极和金/锗/镍/金（Au/Ge/Ni/Au）电极进行合金处理。
通过上述10个步骤，制作出如图5所示的一种抗辐照铟镓砷/砷化镓量子点红外探测器。
本实施例获得的抗辐照和抗光盲铟镓砷/砷化镓量子点红外探测器既具有量子点红外探测器的优点，又具有抗辐照和抗可见光致盲的特性。首先，由于半导体量子点中载流子受到三维量子限制作用而处于分立子能级上，因此量子点红外探测器能够直接吸收正入射的红外辐射光子而发生子能级跃迁，不用制作表面光栅来增强红外辐射光子与探测器有源区的光耦合；其次，铟镓砷（InGaAs）量子点中的In组分和量子点尺寸变化都会引起量子点导带中子能级间隔，从而影响量子点红外探测器的红外吸收波长，通过调节In组分或者量子点尺寸可以把InGaAs/GaAs量子点红外探测器的工作波长调节到中波红外窗口（3~5μm）和长波红外窗口(8~14μm)波段；最后，p+-n+-n+结构光伏型抗辐照铟镓砷/砷化镓量子点红外探测器的三个电极和差分放大电路互连，可以把可见光和高能电子、质子和α、β、γ射线、x射线辐照在红外探测器中引发的电子电流和空穴电流分别开来，其中光生电子电流和光生空穴电流的增益均为1，即带间跃迁产生的电子电流和空穴电流完全相等，从差分放大电路获取的总电子电流值减去空穴电流值即可得到红外辐射引起的光电流值及对应的光伏信号。这样的探测器可以消除了可见光和高能粒子、射线在量子点红外探测器中引发的噪声信号，因而特别适用于太空环境中工作。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。
Claims (11)
1.一种红外探测器，其特征在于：包括半绝缘砷化镓单晶衬底以及依次形成于所述半绝缘砷化镓单晶衬底上的n+下电极接触层、暗电流阻挡层、量子点有源区、n+中间电极接触层和p+上电极接触层，所述的n+下电极接触层、n+中间电极接触层和p+上电极接触层上分别形成有下电极、中间电极和上电极，所述n+中间电极接触层的厚度小于空穴载流子的扩散长度。
2.根据权利要求1所述的红外探测器，其特征在于：所述的量子点有源区包括砷化镓势垒层和自组织形成的铟镓砷量子点层。
3.根据权利要求2所述的红外探测器，其特征在于：所述的铟镓砷(InyGa1-yAs)量子点层中掺杂有硅元素，其中0.3≤y＜1，该量子点超晶格周期数至少为1。
4.根据权利要求1所述的红外探测器，其特征在于：所述的p+上电极接触层为p型AlxGa1-xAs外延层，其中0.1≤x＜1，受主元素铍或者碳的掺杂浓度在1.0×1018cm-3~20.0×1018cm-3之间。
5.根据权利要求1所述的红外探测器，其特征在于：所述空穴载流子的扩散长度Lh是工作温度T的函数，满足Lh=Lo*exp(T/To)，其中经验常数Lo=60nm，特征温度To=87K。
6.根据权利要求1所述的红外探测器，其特征在于：所述的上电极呈方框形，其电极材料采用钛/金，钛/铂/金或者金/锌合金。
7.根据权利要求1所述的红外探测器，其特征在于：所述的n+下电极接触层是掺杂硅元素的n+砷化镓外延层，其厚度小于空穴载流子的扩散长度。
8.根据权利要求1所述的红外探测器，其特征在于：所述的暗电流阻挡层为AlxGa1-xAs外延层，其中0.1≤x＜1。
9.一种权利要求1至8任一所述的红外探测器的制作方法，其特征在于，包括：在半绝缘砷化镓单晶衬底上依次生长n+下电极接触层、暗电流阻挡层、量子点有源区、n+中间电极接触层和p+上电极接触层，在n+下电极接触层、n+中间电极接触层和p+上电极接触层上分别制作下电极、中间电极和上电极。
10.根据权利要求9所述的红外探测器的制作方法，其特征在于：所述n+下电极接触层、暗电流阻挡层、量子点有源区、n+中间电极接触层和p+上电极接触层均采用分子束外延方法或者金属有机物化学气相沉积方法连续生长获得。
11.根据权利要求9所述的红外探测器的制作方法，其特征在于：在沉积上电极材料时，加热到100~350℃，在沉积中间电极和下电极材料时，加热到80~140℃。
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