CN104576805A - 一种基于InAs/GaSbⅡ类超晶格材料的短波/中波/长波三色红外探测器 - Google Patents
一种基于InAs/GaSbⅡ类超晶格材料的短波/中波/长波三色红外探测器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104576805A CN104576805A CN201510030089.0A CN201510030089A CN104576805A CN 104576805 A CN104576805 A CN 104576805A CN 201510030089 A CN201510030089 A CN 201510030089A CN 104576805 A CN104576805 A CN 104576805A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gasb
- inas
- layer
- superlattice
- wave
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N indium arsenide Chemical class [In]#[As] RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 165
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 55
- 229910005542 GaSb Inorganic materials 0.000 claims abstract description 195
- 229910000673 Indium arsenide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 164
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 25
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 25
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 17
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims abstract description 16
- 238000002161 passivation Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 43
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 17
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims description 9
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 8
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 6
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 4
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910017115 AlSb Inorganic materials 0.000 abstract description 16
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 11
- 230000003139 buffering effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- 229920001486 SU-8 photoresist Polymers 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- PLXMOAALOJOTIY-FPTXNFDTSA-N Aesculin Natural products OC[C@@H]1[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H]1Oc2cc3C=CC(=O)Oc3cc2O PLXMOAALOJOTIY-FPTXNFDTSA-N 0.000 description 1
- 229910000661 Mercury cadmium telluride Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- MCMSPRNYOJJPIZ-UHFFFAOYSA-N cadmium;mercury;tellurium Chemical compound [Cd]=[Te]=[Hg] MCMSPRNYOJJPIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000005247 gettering Methods 0.000 description 1
- 230000009643 growth defect Effects 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 230000004297 night vision Effects 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000011664 signaling Effects 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H01L31/1013—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation devices sensitive to two or more wavelengths, e.g. multi-spectrum radiation detection devices
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
- H01L31/0264—Inorganic materials
- H01L31/0304—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
- H01L31/109—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PN heterojunction type
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于InAs/GaSb？II类超晶格材料的短波/中波/长波三色红外探测器，其包括GaSb衬底、沉积于GaSb衬底上的外延结构、钝化层、金属电极，所述外延结构从下至上依次为GaSb缓冲层、n型InAs/GaSb超晶格接触层、第一M型InAs/GaSb/AlSb/GaSb/InAs超晶格空穴阻挡层、p型InAs/GaSb超晶格长波红外吸收层、第一p型InAs/GaSb超晶格接触层、p型InAs/GaSb超晶格中波红外吸收层、第二M型InAs/GaSb/AlSb/GaSb/InAs超晶格空穴阻挡层、p型InAs/GaSb超晶格短波红外吸收层、第二p型InAs/GaSb超晶格接触层和盖层。该探测器具有pMp-p-π-M-n异质结构，具有低串扰、低暗电流、高探测率的优点。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域，涉及一种基于InAs/GaSb II类短波(1～3μm)/中波(3～5μm)/长波(8～14μm)三色红外探测器。
背景技术
红外探测器在战略预警、战术报警、夜视、制导、通讯、气象、地球资源探测、工业探伤、医学、光谱、测温、大气监测等军用和民用领域都有广泛的应用。随着探测技术的发展和对探测效果要求的提高，当前红外探测技术向着获取更多目标信息的方向发展。目前，国内外第三代红外探测器的重要发展方向之一就是实现多波段同时探测。如果一个探测系统能在多个波段获取目标信息，就可以对复杂的背景进行抑制，提高对目标的探测效果。在预警、搜索和跟踪系统中能明显的降低虚警率，显著提高探测系统的性能和在各武器平台的通用性；在医学诊断、安防监控和天文监测等领域能更好的识别目标，提高获取目标信息的准确性。
目前，市场上已经存在碲镉汞和量子阱双色红外探测器，但是以上两种探测器都存在着明显的缺点。为克服以上两种材料的缺陷，一种新的材料体系-InAs/GaSb II类超晶格材料引起了相关研究技术人员的广泛关注。InAs/GaSb II类超晶格材料因其特殊的能带结构，能够克服碲镉汞红外探测器均匀性差、遂穿电流低和量子阱红外探测器量子效率低的缺陷，因此被认为第三代红外探测的候选材料。
目前，不同波段信号通道间的串扰是多色红外探测器的一个主要问题，它限制了探测器的偏压应用范围。有报道称，利用非极性势垒层阻挡不同通道间的光生载流子迁移可以缓解多色探测器的串扰问题。当前所报道的多色器件多采用nBn等结构来缓解不同通道间的串扰问题。2007年美国西北大学M.Razeghi等人提出了一种M型的 超晶格结构，即在InAs/GaSb超晶格的GaSb层插入一AlSb层。其单元器件，中波5μm在77K下已做到量子效率大于70％，探测率达1013数量级，并实现了室温探测。长波10μm在77K下，量子效率大于35％，探测率达1011数量级。
与nBn结构相比，pMp结构具有明显的优势：(1)M型超晶格结构能够灵活的调整能带结构，以实现活性层与势垒层间的理想能带分布，从而降低器件的遂穿电流；(2)M型结构中的各层都是II类超晶格材料，在实际材料生长过程中易于获得高质量的超晶格薄膜；(3)pMp结构中的光生少子是高迁移率的电子，电子具有比空穴更大的迁移率和扩散长度，有利于提高探测器的量子效率；(4)p型材料的本征性能比n型材料更稳定。此外，将M型结构引入传统的PIN器件结构形成p-π-M-n器件结构，该结构可以明显的提高器件的微分阻抗和量子效率。所以该结构在红外长波、甚长波波段探测领域比传统的PIN结构相比具有更高的探测率和实用性。
发明内容
本发明的目的是结合pMp器件结构和p-π-M-n器件结构的优点，提供一种低串扰、低暗电流、高探测率、具有pMp-p-π-M-n器件结构的基于InAs/GaSb II类超晶格材料的短波/中波/长波三色红外探测器。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于InAs/GaSb II类超晶格材料的短波/中波/长波三色红外探测器，包括GaSb衬底、沉积于GaSb衬底上的外延结构、钝化层、金属电极，其中：外延结构从下至上依次为GaSb缓冲层、n型InAs/GaSb超晶格接触层、第一M型InAs/GaSb/AlSb/GaSb/InAs超晶格空穴阻挡层、p型InAs/GaSb超晶格长波红外吸收层、第一p型InAs/GaSb超晶格接触层、p型InAs/GaSb超晶格中波红外吸收层、第二M型InAs/GaSb/AlSb/GaSb/InAs超晶格空穴阻挡层、p型InAs/GaSb超晶格短波红外吸收层、第二p型InAs/GaSb超晶格接触层和盖层，外延结构的两侧经刻蚀形成台阶，台阶的深度分别至n型InAs/GaSb超晶格接触层和第一p型InAs/GaSb超晶格接触层；电极 包括金属下电极、金属中电极和金属上电极，金属下电极与n型InAs/GaSb超晶格接触层欧姆接触，金属中电极与第一p型InAs/GaSb超晶格接触层欧姆接触，金属上电极形成于台阶的上方，与盖层欧姆接触。
本发明中，所述GaSb衬底采用(001)方向的n型GaSb衬底或(001)方向的GaAs衬底等其他衬底。
本发明中，所述GaSb缓冲层的厚度为0.5～1μm；材料为采用Te进行n型掺杂的GaSb材料，其中Te掺杂浓度为1～2×1018cm-3。
本发明中，所述n型InAs/GaSb超晶格接触层由交替生长的GaSb势垒层/InAs势阱层组成，总厚度为0.4～0.6μm。其中：InAs势阱层的材料采用Si掺杂的InAs材料，掺杂浓度为1～2×1018cm-3，各组分层厚度可以根据具体的需要进行调节，一般InAs势阱层为10～15ML，GaSb势垒层为5～8ML。
本发明中，所述第一M型InAs/GaSb/AlSb/GaSb/InAs超晶格空穴阻挡层总厚度为0.3～0.8μm。其中，InAs层的材料采用Si掺杂的InAs材料，掺杂浓度为1～2×1018cm-3。该M型超晶格结构中，InAs层一般为10～20ML，而GaSb层、AlSb层和GaSb层一般为1～5ML。
本发明中，所述p型InAs/GaSb超晶格长波红外吸收层由交替生长的GaSb势垒层/InAs势阱层组成，总厚度为1～6μm。其中，InAs势阱层和GaSb势垒层均为本征层，不进行掺杂。该超晶格结构中，各组分层厚度可以根据具体的需要进行调节，一般InAs势阱层为10～15ML，GaSb势垒层为5～8ML。
本发明中，所述第一p型InAs/GaSb超晶格接触层由交替生长的GaSb势垒层/InAs势阱层组成，总厚度为0.4～0.6μm。其中，GaSb势垒层的材料为掺杂元素Be的GaSb材料，Be掺杂浓度为1～2×1018cm-3。
本发明中，所述p型InAs/GaSb超晶格中波红外吸收层由交替生长的GaSb势垒层/InAs势阱层组成，总厚度为1～6μm。其中，InAs势阱层和GaSb势垒层均为本征层，不进行掺杂。该超晶格结构中， 各组分层厚度可以根据具体的需要进行调节，一般InAs势阱层为8～10ML，GaSb势垒层为8～12ML。
本发明中，所述第二M型InAs/GaSb/AlSb/GaSb/InAs超晶格空穴阻挡层总厚度为0.3～0.8μm。其中，GaSb层的材料采用Be掺杂的GaSb材料，掺杂浓度为1～2×1018cm-3。该M型超晶格结构中，InAs层一般为10～20ML，而GaSb层、AlSb层和GaSb层一般为1～5ML。
本发明中，所述p型InAs/GaSb超晶格短波红外吸收层由交替生长的GaSb势垒层/InAs势阱层组成，总厚度为1～6μm。其中，InAs势阱层和GaSb势垒层均为本征层，不进行掺杂。该超晶格结构中，一般InAs势阱层为5～7ML，GaSb势垒层为8～10ML。
本发明中，所述第二p型InAs/GaSb超晶格接触层由交替生长的GaSb势垒层/InAs势阱层组成，总厚度为0.4～0.6μm。其中，GaSb势垒层的材料为掺杂元素Be的GaSb材料，Be掺杂浓度为1～2×1018cm-3。该超晶格结构中，各组分层厚度可以根据具体的需要进行调节。一般InAs势阱层为8～10ML，GaSb势垒层为8～12ML。
本发明中，所述盖层采用p型掺杂的GaSb材料，掺杂元素为Be，掺杂浓度为1～2×1018cm-3。
本发明中，在超晶格材料生长完成以后，使用标准光刻技术和ICP刻蚀制作台面。在台面制作结束后，分别在顶部、中部和底部接触层上蒸镀Ti/Pt/Au电极，并使用SU-8光刻胶钝化，以减小器件表面漏电流。
本发明中，所述探测器通过偏压调制来收集不同波段的信号，其具体实施如下：当在顶部电极加正偏压时中波红外吸收区的光生空穴收集到中部电极，光生电子收集到顶部电极。而短波红外吸收区的光生空穴被M空穴势垒层阻挡不能到达中部电极，从而减少光谱串扰。相反，当在顶部加负偏压时短波红外吸收区的光生空穴收集到顶部电极，光生电子收集到中部电极，而中波红外吸收区的光生空穴被M空穴势垒层阻挡。长波红外区的偏压加在中部和底部电极之间完成信号收集。
本发明提供的InAs/GaSb超晶格三色红外光电探测器具有以下有益效果：
1、通过合适的器件能带结构设计，在探测器吸收区之间生长M型超晶格作为探测器的势垒区，同样有效的抑制由于生长缺陷所带来的产生-复合暗电流以及隧穿暗电流，从而提高探测器的性能。
2、M型超晶格作为探测器的空穴势垒区，在调制偏压提取信号时能够很好地抑制不同信号间的串扰。
3、该探测器结构中通过掺杂以电子为少数载流子，电子具有比空穴更大的迁移率和扩散长度，有利于提高探测器的量子效率。
4、该InAs/GaSb超晶格红外光电探测器具有pMp-p-π-M-n异质结构，其中pMp结构为短波/中波双色探测区，p-π-M-n结构为单色长波探测区。
5、该探测器通过偏压调制，可分别得到短波、中波和长波信号。
附图说明
图1是短波/中波/长波三色InAs/GaSb超晶格红外探测器结构示意图；
图2是短波/中波/长波三色InAs/GaSb超晶格红外探测器结构的能带结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
本发明基于M型超晶格势垒层能带的特殊性，可显著抑制耗尽层中的产生-复合暗电流以及陷阱中心隧穿暗电流，从而使光电流增强，实现对探测器探测率D*的提高；M型超晶格势垒层的存在，在调制偏压提取信号时能够很好地抑制不同信号间的串扰。
如图1和图2所示，本发明提供的InAs/GaSb超晶格三色红外光电探测器包括GaSb衬底1、沉积于GaSb衬底1上的外延结构、金属下电极12、金属中电极13、金属上电极14和钝化层15，其中：
所述外延结构包括：n型掺杂GaSb缓冲层2、n型InAs/GaSb超晶格接触层3、第一M型InAs/GaSb/AlSb/GaSb/InAs超晶格空穴阻挡层4、p型InAs/GaSb超晶格长波红外吸收层5、第一p型InAs/GaSb超晶格接触层6、p型InAs/GaSb超晶格中波红外吸收层7、第二M型InAs/GaSb/AlSb/GaSb/InAs超晶格空穴阻挡层8、p型InAs/GaSb超晶格短波红外吸收层9、第二p型InAs/GaSb超晶格接触层10和盖层11，该外延结构的两侧经刻蚀形成台阶，台阶的深度分别至n型InAs/GaSb超晶格接触层3和p型InAs/GaSb超晶格接触层6；
所述金属下电极12与n型InAs/GaSb超晶格接触层3欧姆接触，金属中电极13与第一p型InAs/GaSb超晶格接触层6欧姆接触，金属上电极14形成于台阶的上方，与盖层11欧姆接触；
所述钝化层15形成于衬底1以及外延结构上除金属上电极8和金属下电极9之外的其他位置。
本发明中，所述n型掺杂GaSb缓冲层2生长于GaSb衬底1之上，厚度为0.7μm。其中，GaSb缓冲层中Te掺杂浓度为1×1018cm-3。
本发明中，所述n型InAs/GaSb超晶格接触层3生长于n型掺杂GaSb缓冲层2上，其厚度为0.5μm。该层由交替生长的GaSb势垒层/InAs势阱层组成，其中每层GaSb厚度为7ML，InAs厚度为14ML，InAs势阱层中Si掺杂浓度为2×1018cm-3。
本发明中，所述第一M型InAs/GaSb/AlSb/GaSb/InAs超晶格空穴阻挡层4生长在n型InAs/GaSb超晶格接触层3上。该M型超晶格结构由18ML InAs/3ML GaSb/5MLAlSb/3ML GaSb结构构成，其中InAs层的材料采用Si掺杂的InAs材料，掺杂浓度为2×1018cm-3。
本发明中，所述p型InAs/GaSb超晶格长波红外吸收层5生长在第一M型InAs/GaSb/AlSb/GaSb/InAs超晶格空穴阻挡层4上，其厚度为2μm，该层由交替生长的GaSb势垒层/InAs势阱层组成，其中每层GaSb厚度为7ML，InAs厚度为14ML，超晶格截止波长为～11.4μm。
本发明中，所述第一p型InAs/GaSb超晶格接触层6生长在p型 InAs/GaSb超晶格长波红外吸收层5上，总厚度为0.5μm，Be掺杂浓度为1×1018cm-3。该层由交替生长的GaSb势垒层/InAs势阱层组成，其中每层GaSb厚度为8ML，InAs厚度为8ML，GaSb势垒层中Be掺杂浓度为1×1018cm-3。
本发明中，所述p型InAs/GaSb超晶格中波红外吸收层7生长在p型InAs/GaSb超晶格接触层6上，其厚度为2μm，该层由交替生长的GaSb势垒层/InAs势阱层组成，其中每层GaSb厚度为8ML，InAs厚度为8ML，超晶格截止波长为～4.5μm。
本发明中，所述第二M型InAs/GaSb/AlSb/GaSb/InAs超晶格空穴阻挡层8生长在p型InAs/GaSb超晶格中波红外吸收层7上。该M型超晶格结构由15ML InAs/3ML GaSb/5ML AlSb/3ML GaSb结构构成，其中InAs层的材料采用Si掺杂的InAs材料，掺杂浓度为2×1018cm-3。
本发明中，所述p型InAs/GaSb超晶格短波红外吸收层9生长在第二M型InAs/GaSb/AlSb/GaSb/InAs超晶格空穴阻挡层8上，其厚度为2μm。该层由交替生长的GaSb势垒层/InAs势阱层组成，其中每层GaSb厚度为10ML，InAs厚度为5ML，超晶格截止波长为～2.5μm。
本发明中，所述第二p型InAs/GaSb超晶格接触层10生长在p型InAs/GaSb超晶格短波红外吸收层9上，总厚度为0.5μm，该层由交替生长的GaSb势垒层/InAs势阱层组成，其中每层GaSb厚度为8ML，InAs厚度为8ML，GaSb势垒层中Be掺杂浓度为1×1018cm-3。
本发明中，所述盖层11生长在p型InAs/GaSb超晶格接触层10上，采用p型掺杂的GaSb材料，掺杂元素为Be，掺杂浓度为1×1018cm-3。
本发明中，所述台阶经湿法刻蚀形成。金属下电极12、中电极13和金属下电极14采用电子束蒸发Ti/Pt/Au，其厚度分别为50nm/50nm/300nm。
本发明中，所述钝化层15采用SU-8光刻胶，厚度为300nm。
该探测器通过偏压调制，可分别得到短波、中波和长波三色信号， 其具体实施如下：当在顶部电极加正偏压时中波红外吸收区的光生空穴收集到中部电极，光生电子收集到顶部电极。而短波红外吸收区的光生空穴被M空穴势垒层阻挡不能到达中部电极，从而减少光谱串扰。相反，当在顶部加负偏压时短波红外吸收区的光生空穴收集到顶部电极，光生电子收集到中部电极，而中波红外吸收区的光生空穴被M空穴势垒层阻挡。长波红外吸收区的偏压加在中部和底部电极之间完成信号收集。
由于本征红外吸收层材料质量的提高，热辐射背景等非探测红外光源在本征吸收层所产生的暗电流产生减小。此外，通过M势垒层，暗电流得到进一步抑制。同时，由于钝化层的存在，使得表面态引起的表面漏电流得到抑制。三方面同时作用，使得红外探测器的探测率得到提高，不同信号间的串扰也得到了明显的抑制。
综上所述，本发明提供的InAs/GaSb超晶格三色红外光电探测器中，M势垒层的引入可有效的降低探测器的产生-复合暗电流以及隧穿暗电流，此外该势垒层对于各信号间的串扰也起到明显的抑制作用。本发明完成了一种低串扰、低暗电流和高探测率的新型短波(1～3μm)/中波(3～5μm)/长波(8～14μm)InAs/GaSb II类超晶格红外探测器原型器件结构设计。
Claims (10)
1.一种基于InAs/GaSb II类超晶格材料的短波/中波/长波三色红外探测器，包括GaSb衬底、沉积于GaSb衬底上的外延结构、钝化层、金属电极，其特征在于所述外延结构从下至上依次为GaSb缓冲层、n型InAs/GaSb超晶格接触层、第一M型InAs/GaSb/A1Sb/GaSb/InAs超晶格空穴阻挡层、p型InAs/GaSb超晶格长波红外吸收层、第一p型InAs/GaSb超晶格接触层、p型InAs/GaSb超晶格中波红外吸收层、第二M型InAs/GaSb/A1Sb/GaSb/InAs超晶格空穴阻挡层、p型InAs/GaSb超晶格短波红外吸收层、第二p型InAs/GaSb超晶格接触层和盖层，外延结构的两侧经刻蚀形成台阶，台阶的深度分别至n型InAs/GaSb超晶格接触层和第一p型InAs/GaSb超晶格接触层；电极包括金属下电极、金属中电极和金属上电极，金属下电极与n型InAs/GaSb超晶格接触层欧姆接触，金属中电极与第一p型InAs/GaSb超晶格接触层欧姆接触，金属上电极形成于台阶的上方，与盖层欧姆接触。
2.根据权利要求1所述的基于InAs/GaSb II类超晶格材料的短波/中波/长波三色红外探测器，其特征在于所述GaSb衬底采用(001)方向的n型GaSb衬底或(001)方向的GaAs衬底。
3.根据权利要求1所述的基于InAs/GaSb II类超晶格材料的短波/中波/长波三色红外探测器，其特征在于所述GaSb缓冲层的厚度为0.5～1μm，材料为采用Te进行n型掺杂的GaSb材料，Te掺杂浓度为1～2×1018cm-3。
4.根据权利要求1所述的基于InAs/GaSb II类超晶格材料的短波/中波/长波三色红外探测器，其特征在于所述n型InAs/GaSb超晶格接触层由交替生长的GaSb势垒层/InAs势阱层组成，总厚度为0.4～0.6μm，其中：InAs势阱层的材料采用Si掺杂的InAs材料，掺杂浓度为1～2×1018cm-3。
5.根据权利要求1所述的基于InAs/GaSb II类超晶格材料的短波/中波/长波三色红外探测器，其特征在于所述第一M型InAs/GaSb/A1Sb/GaSb/InAs超品格空穴阻挡层总厚度为0.3～0.8μm，其中：InAs层的材料采用Si掺杂的InAs材料，掺杂浓度为1～2×1018cm-3；所述第二M型InAs/GaSb/A1Sb/GaSb/InAs超品格空穴阻挡层总厚度为0.3～0.8μm，其中：GaSb层的材料采用Be掺杂的GaSb材料，掺杂浓度为1～2×1018cm-3。
6.根据权利要求1所述的基于InAs/GaSb II类超晶格材料的短波/中波/长波三色红外探测器，其特征在于所述p型InAs/GaSb超晶格长波红外吸收层由交替生长的GaSb势垒层/InAs势阱层组成，总厚度为1～6μm。
7.根据权利要求1所述的基于InAs/GaSb II类超晶格材料的短波/中波/长波三色红外探测器，其特征在于所述p型InAs/GaSb超晶格中波红外吸收层由交替生长的GaSb势垒层/InAs势阱层组成，总厚度为1～6μm。
8.根据权利要求1所述的基于InAs/GaSb II类超晶格材料的短波/中波/长波三色红外探测器，其特征在于所述p型InAs/GaSb超晶格短波红外吸收层由交替生长的GaSb势垒层/InAs势阱层组成，总厚度为1～6μm。
9.根据权利要求1所述的基于InAs/GaSb II类超晶格材料的短波/中波/长波三色红外探测器，其特征在于所述第一p型InAs/GaSb超晶格接触层和第二p型InAs/GaSb超晶格接触层均由交替生长的GaSb势垒层/InAs势阱层组成，总厚度为0.4～0.6μm，其中：GaSb势垒层的材料为掺杂元素Be的GaSb材料，Be掺杂浓度为1～2×1018cm-3。
10.根据权利要求1所述的基于InAs/GaSb II类超晶格材料的短波/中波/长波三色红外探测器，其特征在于所述盖层采用p型掺杂的GaSb材料，掺杂元素为Be，掺杂浓度为1～2×1018cm-3。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510030089.0A CN104576805B (zh) | 2015-01-21 | 2015-01-21 | 一种基于InAs/GaSbⅡ类超晶格材料的短波/中波/长波三色红外探测器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510030089.0A CN104576805B (zh) | 2015-01-21 | 2015-01-21 | 一种基于InAs/GaSbⅡ类超晶格材料的短波/中波/长波三色红外探测器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104576805A true CN104576805A (zh) | 2015-04-29 |
| CN104576805B CN104576805B (zh) | 2016-07-06 |
Family
ID=53092437
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510030089.0A Active CN104576805B (zh) | 2015-01-21 | 2015-01-21 | 一种基于InAs/GaSbⅡ类超晶格材料的短波/中波/长波三色红外探测器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104576805B (zh) |
Cited By (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105789364A (zh) * | 2016-05-25 | 2016-07-20 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种无铝型ii类超晶格长波双势垒红外探测器 |
| CN106684200A (zh) * | 2016-12-30 | 2017-05-17 | 云南师范大学 | 一种三色红外探测器的制备方法 |
| CN108231926A (zh) * | 2016-12-15 | 2018-06-29 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 一种红外探测器及其制备方法 |
| CN108281495A (zh) * | 2018-01-05 | 2018-07-13 | 北京和炬科技有限责任公司 | 一种GaSb基背靠背结构四波段红外探测器及制备方法 |
| CN108550600A (zh) * | 2018-06-15 | 2018-09-18 | 杭州国翌科技有限公司 | 单片式多色光电探测器 |
| CN109148638A (zh) * | 2017-06-28 | 2019-01-04 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 红外探测器及其制备方法 |
| CN109285911A (zh) * | 2018-09-19 | 2019-01-29 | 云南师范大学 | 一种短波/中波/长波三波段红外探测器及其制备方法 |
| CN109768100A (zh) * | 2019-01-16 | 2019-05-17 | 浙江焜腾红外科技有限公司 | 一种具有强制p型表面态的InAs/GaSb二类超晶格光探测器 |
| CN109801993A (zh) * | 2019-01-16 | 2019-05-24 | 浙江焜腾红外科技有限公司 | 一种具有强制p型表面态的InAs/GaSb(Bi)二类超晶格光探测器 |
| CN110335908A (zh) * | 2019-06-20 | 2019-10-15 | 深圳大学 | 异质结分波段探测器及其制备方法与应用 |
| CN111430497A (zh) * | 2020-03-31 | 2020-07-17 | 上海科技大学 | 用于中红外波段的半导体光电探测器及其制备方法 |
| CN111710732A (zh) * | 2020-06-11 | 2020-09-25 | 南京大学 | 一种锑化物超晶格甚长波红外探测器中抑制扩散暗电流的结构 |
| CN111799350A (zh) * | 2019-04-09 | 2020-10-20 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 双色红外探测器及其制作方法 |
| CN111900217A (zh) * | 2020-07-23 | 2020-11-06 | 中国电子科技集团公司第十一研究所 | 一种中/长波红外双波段超晶格红外探测器及其制备方法 |
| CN112201712A (zh) * | 2020-09-21 | 2021-01-08 | 武汉高芯科技有限公司 | 超晶格梯度能带空穴势垒层结构以及红外探测器 |
| CN113410329A (zh) * | 2021-06-17 | 2021-09-17 | 苏州晶歌半导体有限公司 | 双色红外探测器及其制作方法 |
| CN114335232A (zh) * | 2021-12-15 | 2022-04-12 | 中国科学院半导体研究所 | 双色异质结光电晶体管及其制备方法 |
| CN114373826A (zh) * | 2022-01-11 | 2022-04-19 | 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 | 一种具有表面光调制层的ii类超晶格多色光电探测器及其制备方法 |
| CN115513310A (zh) * | 2022-11-02 | 2022-12-23 | 太原国科半导体光电研究院有限公司 | 一种ⅱ类超晶格红外探测器单元结构及其制备方法、ⅱ类超晶格红外焦平面探测器 |
| CN116487453A (zh) * | 2023-06-25 | 2023-07-25 | 山西创芯光电科技有限公司 | 一种二类超晶格红外探测器及其制备方法 |
| CN117133820A (zh) * | 2023-10-25 | 2023-11-28 | 中国科学院半导体研究所 | 甚长波超晶格势垒红外探测器 |
| CN117268562A (zh) * | 2023-10-07 | 2023-12-22 | 北京航空航天大学 | 一种基于双色测温的瞬时热辐射功率测定方法 |
| CN117747692A (zh) * | 2023-11-22 | 2024-03-22 | 广州市南沙区北科光子感知技术研究院 | 一种高量子效率的短中波超晶格双色探测器 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102569484A (zh) * | 2012-02-08 | 2012-07-11 | 中国科学院半导体研究所 | InAs/GaSb二类超晶格红外探测器 |
-
2015
- 2015-01-21 CN CN201510030089.0A patent/CN104576805B/zh active Active
Cited By (38)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105789364B (zh) * | 2016-05-25 | 2018-07-06 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种无铝型ii类超晶格长波双势垒红外探测器 |
| CN105789364A (zh) * | 2016-05-25 | 2016-07-20 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种无铝型ii类超晶格长波双势垒红外探测器 |
| CN108231926A (zh) * | 2016-12-15 | 2018-06-29 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 一种红外探测器及其制备方法 |
| CN108231926B (zh) * | 2016-12-15 | 2019-08-02 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 一种红外探测器及其制备方法 |
| CN106684200B (zh) * | 2016-12-30 | 2018-02-16 | 云南师范大学 | 一种三色红外探测器的制备方法 |
| CN106684200A (zh) * | 2016-12-30 | 2017-05-17 | 云南师范大学 | 一种三色红外探测器的制备方法 |
| CN109148638B (zh) * | 2017-06-28 | 2020-03-27 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 红外探测器及其制备方法 |
| CN109148638A (zh) * | 2017-06-28 | 2019-01-04 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 红外探测器及其制备方法 |
| CN108281495A (zh) * | 2018-01-05 | 2018-07-13 | 北京和炬科技有限责任公司 | 一种GaSb基背靠背结构四波段红外探测器及制备方法 |
| CN108281495B (zh) * | 2018-01-05 | 2020-06-05 | 北京和炬科技有限责任公司 | 一种GaSb基背靠背结构四波段红外探测器及制备方法 |
| CN108550600A (zh) * | 2018-06-15 | 2018-09-18 | 杭州国翌科技有限公司 | 单片式多色光电探测器 |
| CN109285911A (zh) * | 2018-09-19 | 2019-01-29 | 云南师范大学 | 一种短波/中波/长波三波段红外探测器及其制备方法 |
| CN109285911B (zh) * | 2018-09-19 | 2022-05-06 | 云南师范大学 | 一种短波/中波/长波三波段红外探测器及其制备方法 |
| CN109768100A (zh) * | 2019-01-16 | 2019-05-17 | 浙江焜腾红外科技有限公司 | 一种具有强制p型表面态的InAs/GaSb二类超晶格光探测器 |
| CN109801993A (zh) * | 2019-01-16 | 2019-05-24 | 浙江焜腾红外科技有限公司 | 一种具有强制p型表面态的InAs/GaSb(Bi)二类超晶格光探测器 |
| CN111799350A (zh) * | 2019-04-09 | 2020-10-20 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 双色红外探测器及其制作方法 |
| CN111799350B (zh) * | 2019-04-09 | 2022-07-05 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 双色红外探测器及其制作方法 |
| CN110335908B (zh) * | 2019-06-20 | 2020-11-13 | 深圳大学 | 异质结分波段探测器及其制备方法与应用 |
| CN110335908A (zh) * | 2019-06-20 | 2019-10-15 | 深圳大学 | 异质结分波段探测器及其制备方法与应用 |
| CN111430497B (zh) * | 2020-03-31 | 2021-11-16 | 上海科技大学 | 用于中红外波段的半导体光电探测器及其制备方法 |
| CN111430497A (zh) * | 2020-03-31 | 2020-07-17 | 上海科技大学 | 用于中红外波段的半导体光电探测器及其制备方法 |
| CN111710732A (zh) * | 2020-06-11 | 2020-09-25 | 南京大学 | 一种锑化物超晶格甚长波红外探测器中抑制扩散暗电流的结构 |
| CN111900217B (zh) * | 2020-07-23 | 2022-03-11 | 中国电子科技集团公司第十一研究所 | 一种中/长波红外双波段超晶格红外探测器及其制备方法 |
| CN111900217A (zh) * | 2020-07-23 | 2020-11-06 | 中国电子科技集团公司第十一研究所 | 一种中/长波红外双波段超晶格红外探测器及其制备方法 |
| CN112201712B (zh) * | 2020-09-21 | 2022-03-22 | 武汉高芯科技有限公司 | 超晶格梯度能带空穴势垒层结构以及红外探测器 |
| CN112201712A (zh) * | 2020-09-21 | 2021-01-08 | 武汉高芯科技有限公司 | 超晶格梯度能带空穴势垒层结构以及红外探测器 |
| CN113410329B (zh) * | 2021-06-17 | 2023-12-08 | 苏州晶歌半导体有限公司 | 双色红外探测器及其制作方法 |
| CN113410329A (zh) * | 2021-06-17 | 2021-09-17 | 苏州晶歌半导体有限公司 | 双色红外探测器及其制作方法 |
| CN114335232A (zh) * | 2021-12-15 | 2022-04-12 | 中国科学院半导体研究所 | 双色异质结光电晶体管及其制备方法 |
| CN114373826A (zh) * | 2022-01-11 | 2022-04-19 | 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 | 一种具有表面光调制层的ii类超晶格多色光电探测器及其制备方法 |
| CN115513310A (zh) * | 2022-11-02 | 2022-12-23 | 太原国科半导体光电研究院有限公司 | 一种ⅱ类超晶格红外探测器单元结构及其制备方法、ⅱ类超晶格红外焦平面探测器 |
| CN116487453A (zh) * | 2023-06-25 | 2023-07-25 | 山西创芯光电科技有限公司 | 一种二类超晶格红外探测器及其制备方法 |
| CN116487453B (zh) * | 2023-06-25 | 2023-09-12 | 山西创芯光电科技有限公司 | 一种二类超晶格红外探测器及其制备方法 |
| CN117268562A (zh) * | 2023-10-07 | 2023-12-22 | 北京航空航天大学 | 一种基于双色测温的瞬时热辐射功率测定方法 |
| CN117268562B (zh) * | 2023-10-07 | 2024-03-26 | 北京航空航天大学 | 一种基于双色测温的瞬时热辐射功率测定方法 |
| CN117133820A (zh) * | 2023-10-25 | 2023-11-28 | 中国科学院半导体研究所 | 甚长波超晶格势垒红外探测器 |
| CN117133820B (zh) * | 2023-10-25 | 2023-12-26 | 中国科学院半导体研究所 | 甚长波超晶格势垒红外探测器 |
| CN117747692A (zh) * | 2023-11-22 | 2024-03-22 | 广州市南沙区北科光子感知技术研究院 | 一种高量子效率的短中波超晶格双色探测器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104576805B (zh) | 2016-07-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104576805B (zh) | 一种基于InAs/GaSbⅡ类超晶格材料的短波/中波/长波三色红外探测器 | |
| US10629766B2 (en) | Method for manufacturing ultraviolet photodetector based on Ga2O3 material | |
| CN106711249B (zh) | 一种基于铟砷锑（InAsSb）材料的双色红外探测器的制备方法 | |
| CN109285911A (zh) | 一种短波/中波/长波三波段红外探测器及其制备方法 | |
| Liu et al. | Ultrahigh-performance planar β-Ga2O3 solar-blind Schottky photodiode detectors | |
| CN104282793A (zh) | 一种三台面p-π-n结构III族氮化物半导体雪崩光电探测器及其制备方法 | |
| CN107403848B (zh) | 一种背照式级联倍增雪崩光电二极管 | |
| CN106684200B (zh) | 一种三色红外探测器的制备方法 | |
| CN102237416A (zh) | 一种用于紫外探测的雪崩光电二极管及其制备方法和工作方法 | |
| CN108878576B (zh) | 一种氧化镓基紫外探测器 | |
| CN106206832B (zh) | 一种单级阻挡结构窄带通紫外探测器 | |
| CN106784054A (zh) | 一种紫外雪崩光电二极管探测器及其探测方法 | |
| CN102931272A (zh) | 一种具有增益的紫外探测器结构及其制备方法 | |
| Su et al. | Recent progress of SiC UV single photon counting avalanche photodiodes | |
| CN105097964B (zh) | 一种有源区高斯掺杂型pπn紫外探测器 | |
| He et al. | High photon detection efficiency InGaAs/InP single photon avalanche diode at 250 K | |
| CN109545883B (zh) | 一种低暗电流台面型雪崩单光子探测器及制备方法 | |
| CN103489937A (zh) | 一种非对称沟道量子点场效应光子探测器 | |
| CN207572377U (zh) | 一种多漂移环结构的紫外雪崩漂移探测器 | |
| CN102005486B (zh) | 基于碳化硅三极管的β射线探测器 | |
| CN209447826U (zh) | 一种低暗电流台面型雪崩单光子探测器 | |
| Chen et al. | Ultrahigh Responsivity β-Ga 2 O 3/BP Junction Field Effect Phototransistors for UV/IR Dual-Band Detection | |
| CN207320147U (zh) | 一种具有二维电子气去噪屏蔽环的AlGaN紫外探测器 | |
| CN206574724U (zh) | 一种紫外雪崩光电二极管探测器 | |
| CN109301026A (zh) | 氮掺杂氧化镍-氧化锌近紫外光探测器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |