CN106684200B - 一种三色红外探测器的制备方法 - Google Patents

一种三色红外探测器的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种三色红外探测器的制作方法，其结构包括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Be掺杂的GaSb缓冲层、p型InAs/InAsSb超晶格接触层、未掺杂的InAs/InAsSb超晶格红外吸收层、n型InAs/InAsSb超晶格接触层、第一n型InAsSb接触层、AlAsSb电子势垒层、非掺杂InAsSb红外吸收层、第二n型InAsSb接触层、n型低温GaSb接触层、未掺杂低温GaSb红外吸收层、p型低温GaSb接触层（盖层）。该探测器具有PIN型InAs/InAsSb超晶格、NBN型InAsSb异质结构和PIN型低温GaSb结构，具有高探测率、低暗电流、低串扰等优点，可以提高红外探测器的性能。

Description

一种三色红外探测器的制备方法
技术领域
本发明属于半导体材料及器件领域，涉及一种三色红外探测器。
背景技术
红外探测器由于自身优异的性能已经广泛应用于洲际弹道导弹预警、红外导引、夜视、通信、高光谱成像、医学、大气监测等军用和民用领域。随着探测技术的发展和对探测要求的提高，当前红外探测技术向着获取更多目标信息的方向发展，从而对红外探测器的性能提出了更高要求。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、安防监控和天文观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，碲镉汞和多量子阱结构是两种主流的双色红外探测器，但是以上两种探测器都存在着各自 明显的缺点。碲镉汞材料的大面积均匀性差，多量子阱结构不能吸收正入射光，需要复杂的耦合结构，量子效率低。从20世纪70年代，应变层超晶格已经成为日益活跃的研究热点。与传统红外探测材料HgCdTe相比，InAs/GaSb T2SLs（type-IIsuperlattices）具有特殊的错开型能带结构，具有低成本、大面积均匀性好、响应波段范围宽、隧穿电流小、俄歇复合率低等优点，能够克服碲镉汞红外探测器均匀性差和量子阱红外探测器量子效率低的缺陷，在红外探测领域具有广泛的应用前景，是目前国际上的研究热点。然而，因为这种材料体系制备的器件具有相对高的产生复合（G-R）暗电流，从而使其没有展示出预期的高性能。相对高的产生复合暗电流是由于低的Shockley-Read-Hall （SRH）寿命所造成，而低的SRH寿命又是由于在GaSb层所存在的原始缺陷。
我们知道，InAsxSb1-x是一种典型的III-V族三元化合物半导体材料，也是目前发现的禁带宽度最小的本征型III-V族化合物半导体。在室温下InAsxSb1-x的禁带宽度可到0.099eV（对应截止波长为12.5μm）甚至更小。InAsxSb1-x的结构稳定，As与Sb和In之间都是稳定的共价键结合，InAsxSb1-x的载流子迁移率比HgxCd1-xTe的高，而且介电常数和室温下的自扩散系数（约5.2×10-16cm2/s）都比较小，InAsSb已成为重要的红外探测器和气体传感器的最佳材料之一。同时，InAs/InAsSb窄带隙应变层超晶格的响应波长（禁带宽度）的控制是由Sb组分决定，能够覆盖与InAs/GaSb超晶格相同的红外波段，InAs/InAsSb超晶格可以在与InAs/GaSb超晶格相同的波长范围内工作，相比于InAs/GaSb T2SL，InAs/InAsSb SL体系具有更长的少子寿命，这有利于减少隧穿效应，降低暗电流，大幅提高器件的性能。
发明内容
鉴于上述分析，本发明旨在提供一种具有低暗电流、高探测率、高载流子迁移率、低串扰的三色红外探测器。
本发明的另一个目的是提供一种上述的低暗电流、高探测率、高载流子迁移率、低串扰的三色红外探测器的制备方法。
本发明主要是通过以下技术方案实现的：
1. 一种三色红外探测器，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Be掺杂的GaSb缓冲层、p型InAs/InAsSb超晶格接触层、未掺杂的InAs/InAsSb超晶格红外吸收层、n型InAs/InAsSb超晶格接触层、第一n型InAsSb接触层、AlAsSb电子势垒层、非掺杂InAsSb红外吸收层、第二n型InAsSb接触层、n型低温GaSb接触层、未掺杂低温GaSb红外吸收层、p型低温GaSb接触层（盖层），外延结构的两侧经刻蚀形成台阶，台阶的深度分别至p型InAs/InAsSb超晶格接触层（或Be掺杂GaSb缓冲层）和第一n型InAsSb接触层（或n型InAs/InAsSb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P型InAs/InAsSb超晶格接触层（或Be掺杂GaSb缓冲层）形成欧姆接触，金属中电极与第一n型InAsSb接触层（或n型InAs/InAsSb超晶格接触层）形成欧姆接触，金属上电极形成于台阶的上方，与盖层形成欧姆接触。
2. 本发明中，所述GaSb衬底采用(001)方向的n型GaSb衬底或者(001)方向的GaAs衬底。
3. 本发明中，所述GaSb缓冲层的厚度为0.5~1 μm，材料为采用Be进行P型掺杂的GaSb材料，其中Be掺杂浓度为1~2×1018 cm-3。
4. 本发明中，所述P型InAs/InAsSb超晶格接触层由交替生长的19.2 ML(monolayer) InAs层和9.6 ML InAs0.73Sb0.27层组成，总厚度为0.4~0.9 μm，其中InAs层的材料采用Be掺杂的InAs材料，掺杂浓度为1~2×1018 cm-3，各组分层厚度可以根据具体的需要进行调节，本发明中其中每层InAs厚度为19.2ML，InAs0.73Sb0.27厚度为9.6 ML。
5. 本发明中，所述未掺杂的InAs/InAsSb超晶格红外吸收层由交替生长的19.2ML InAs层和9.6 ML InAs0.73Sb0.27层组成，总厚度为2~6 μm。其中，InAs层和InAs0.73Sb0.27层均为本征层，不进行掺杂。各组分层厚度可以根据具体的需要进行调节，本发明中其中每层InAs厚度为19.2ML，InAs0.73Sb0.27厚度为9.6 ML。
6. 本发明中，所述n型InAs/InAsSb超晶格接触层由交替生长的19.2 ML InAs层和9.6 ML InAs0.73Sb0.27层组成，总厚度为0.4~0.9 μm，其中InAs层的材料为掺杂元素Si的InAs材料，Si掺杂浓度为1~2×1018 cm-3。各组分层厚度可以根据具体的需要进行调节，本发明中其中每层InAs厚度为19.2ML，InAs0.73Sb0.27厚度为9.6 ML。
7. 本发明中，所述AlAsSb电子势垒层的总厚度为0.3~0.5 μm，材料采用Be弱掺杂的AlAsSb材料，掺杂浓度为1~2×1017cm-3。
8．本发明中，所述第一n型InAsSb接触层和第二n型InAsSb接触层（包括盖层）的厚度均为0.3~0.8 μm，InAsSb层材料采用Si掺杂的InAsSb材料，掺杂浓度为1~2×1018cm-3。
9. 本发明中，所述非掺杂的InAsSb红外吸收层，总厚度为2~6 μm。
10. 本发明中，所述n型低温GaSb接触层的厚度为0.3~0.8 μm，GaSb层材料采用Te掺杂的GaSb材料，掺杂浓度为1~2×1018cm-3。
11. 本发明中，所述未掺杂的低温GaSb红外吸收层，总厚度为2~6 μm。
12. 本发明中，所述p型低温GaSb接触层（盖层）的厚度为0.3~0.8 μm，GaSb层材料采用Be掺杂的GaSb材料，掺杂浓度为1~2×1018cm-3。
13. 一种制备上述三色红外探测器的方法，包括以下步骤：
（1）将所述GaSb衬底装入分子束外延系统的进样室进行低温（200°C）除气，再进入缓冲室内进行高温除气，高温除气处理的温度为500°C。200°C除气2小时，500°C除气40~90分钟。
（2）将除气处理后的GaSb衬底转入生长室去除氧化层，N型GaSb (001)衬底在Sb2保护下升温，在衬底表面出现脱氧点时的温度基础上一般加30°C（590°C~640°C）进行15-30分钟的脱氧（在Sb2气氛保护下），除去GaSb衬底表面上的氧化物，这样处理过的GaSb衬底将作为外延层的承载体。
（3）在去除氧化层的过程中，当GaSb衬底温度超过370°C，需要通入Sb束流进行保护，Sb束流大小在10-6 Torr量级，并对去除氧化的效果进行实时监测。
（4）本发明中，在外延结构生长完成以后，使用标准光刻技术和ICP干法刻蚀制作台面。在台面制作结束后，分别在顶部、中部和底部接触层上溅射Ti/Pt/Au合金电极，并使用硫化和二氧化硅或者SU-8光刻胶钝化，这样就完成整个器件的制作。
本发明提供的三色红外探测器具有以下有益效果：
1. 本发明实施例提供的一种三色红外探测器，通过InAsSb中的Sb组分和InAs/InAsSb超晶格各子层厚度这2个参数来设定红外探测器的探测波长，从而使本发明的三色红外探测器材料能够实现对三种不同的波长同时进行探测，大大减少了复杂环境对红外探测器的探测限制，提高了探测效果。
2. 通过合适的器件能带结构设计，电子势垒层的设计能够有效地抑制产生-复合暗电流以及隧穿暗电流，从而提高探测器的性能。
3. 本发明提供的三色红外探测器，基于InAsSb的红外光电材料与GaSb衬底晶格匹配，应力问题可以忽略，其中三种不同材料结构均可以在相同的衬底温度下外延生长，避免了由于外延生长温度不同所造成的器件内部缺陷的增加，这样可降低暗电流，有利于提高探测器的量子效率。
附图说明
图1为三色红外探测器结构示意图。
图2为1 μm厚的GaSb薄膜的光致发光（PL）谱（截止波长为1.65μm）。
图3为实施例1中NBN型InAsSb结构的绝对响应光谱。
图4为实施例1中PIN型InAs/InAsSb超晶格结构的绝对响应光谱。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进一步的说明，附图构成本申请的一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。
本发明基于势垒层能带的特殊性，可以显著抑制耗尽层的产生-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。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。
请参阅图1所示，本发明提供一种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13、金属中电极14、金属上电极15和钝化层16，其中：
所述外延结构包括：Be掺杂GaSb缓冲层2、p型InAs/InAsSb超晶格接触层3、未掺杂的InAs/InAsSb超晶格红外吸收层4、n型InAs/InAsSb超晶格接触层5、第一n型InAsSb接触层6、AlAsSb电子势垒层7、非掺杂InAsSb红外吸收层8、第二n型InAsSb接触层9、n型低温GaSb接触层10、未掺杂低温GaSb红外吸收层11、p型低温GaSb接触层（盖层）12，该外延结构的两侧经刻蚀形成台阶，台阶的深度分别至Be掺杂GaSb缓冲层2和n型InAs/InAsSb超晶格接触层5。
所述金属下电极13与Be掺杂GaSb缓冲层2欧姆接触，金属中电极14与n型InAs/InAsSb超晶格接触层5欧姆接触，金属上电极15形成于台阶的上方，与盖层12欧姆接触。
所述钝化层16形成于衬底1以及外延结构上除金属下电极13金属中电极14属上电极15外的其他位置。
实施例1
本发明实施例中，将除气后的N型GaSb (001)衬底转入生长室内进行升温去除氧化层，衬底温度超过370°C后，通入Sb保护束流，Sb保护束流大小在10-6 Torr量级，通过REED进行实时监测，在衬底表面出现脱氧点时的温度600°C基础上加30°C即630°C，进行22分钟的脱氧。
本发明实施例中，所述p型掺杂GaSb缓冲层2生长于GaSb衬底1之上，厚度为1.1 μm。其中，GaSb缓冲层中Be掺杂浓度接近2×1018 cm-3。
本发明实施例中，所述p型InAs/InAsSb超晶格接触层3生长于p型掺杂GaSb缓冲层2上，其厚度为0.677 μm。该层由交替生长的19.2 ML InAs层和9.6 ML InAs0.73Sb0.27层组成，其中每层InAs厚度为19.2ML，InAs0.73Sb0.27厚度为9.6 ML，InAs层中Be掺杂浓度为2×1018 cm-3。
本发明实施例中，所述未掺杂的InAs/InAsSb超晶格中波吸收层4生长在p型InAs/InAsSb超晶格接触层3上，其厚度为4.2 μm。该层由交替生长的19.2 ML InAs层和9.6 MLInAs0.73Sb0.27层组成，其中每层InAs厚度为19.2ML，InAs0.73Sb0.27厚度为9.6 ML，超晶格截止波长为~5.5 μm。
本发明实施例中，所述n型InAs/InAsSb超晶格接触层5生长在未掺杂的InAs/InAsSb超晶格中波吸收层4上，总厚度为0.677 μm。该层由交替生长的19.2 ML InAs层和9.6 ML InAs0.73Sb0.27层组成，其中每层InAs厚度为19.2ML，InAs0.73Sb0.27厚度为9.6 ML，InAs层中Si掺杂浓度为2×1018 cm-3。
本发明实施例中，所述第一n型InAsSb接触层6生长在n型InAs/InAsSb超晶格接触层5上，其厚度为0.66 μm，Si掺杂浓度为2×1018 cm-3。
本发明实施例中，所述AlAsSb电子势垒层7生长在第一n型InAsSb接触层6上，其厚度为0.32 μm，掺杂元素为Be，弱掺，掺杂浓度为~1×1018 cm-3。
本发明实施例中，所述非掺杂InAsSb近红外长波红外吸收层8生长在AlAsSb电子势垒层7上，其厚度为2 μm，其截止波长为3 μm。
本发明实施例中，所述第二n型InAsSb接触层9生长在非掺杂InAsSb近红外长波红外吸收层8上，其厚度为0.57 μm，Si掺杂浓度为2×1018 cm-3。
本发明实施例中，所述n型低温GaSb接触层10生长在第二n型InAsSb接触层9上，其厚度为0.55 μm，Te掺杂浓度为2×1018 cm-3。
本发明实施例中，所述未掺杂的低温GaSb近红外短波红外吸收层11生长在n型低温GaSb接触层10上，其厚度为2.47 μm，其截止波长为1.75 μm。
本发明实施例中，所述p型低温GaSb接触层12生长于未掺杂的低温GaSb近红外短波红外吸收层11上，其厚度为0.55 μm，Be掺杂浓度为2×1018 cm-3。
本发明实施例中，所述台阶经ICP干法刻蚀形成。金属下电极13、金属中电极14和金属上电极15用溅射Ti/Pt/Au，其厚度分别为50 nm /50 nm /300nm。
本发明实施例中，所述钝化层16用SU-8光刻胶，厚度为650 nm。
实施例2
本发明实施例中，将除气后的N型GaSb (001)衬底转入生长室内进行升温去除氧化层，衬底温度超过370°C后，通入Sb保护束流，Sb保护束流大小在10-6 Torr量级，通过REED进行实时监测，在衬底表面出现脱氧点时的温度600°C基础上加30°C即630°C，进行26分钟的脱氧。
本发明实施例中，所述p型掺杂GaSb缓冲层2生长于GaSb衬底1之上，厚度为0.88 μm。其中，GaSb缓冲层中Be掺杂浓度接近2×1018 cm-3。
本发明实施例中，所述p型InAs/InAsSb超晶格接触层3生长于p型掺杂GaSb缓冲层2上，其厚度为0.677 μm。该层由交替生长的19.2 ML InAs层和9.6 ML InAs0.73Sb0.27层组成，其中每层InAs厚度为19.2ML，InAs0.73Sb0.27厚度为9.6 ML，InAs层中Be掺杂浓度为2×1018 cm-3。
本发明实施例中，所述未掺杂的InAs/InAsSb超晶格中波吸收层4生长在p型InAs/InAsSb超晶格接触层3上，其厚度为4.2 μm。该层由交替生长的19.2 ML InAs层和9.6 MLInAs0.73Sb0.27层组成，其中每层InAs厚度为19.2ML，InAs0.73Sb0.27厚度为9.6 ML。
本发明实施例中，所述n型InAs/InAsSb超晶格接触层5生长在未掺杂的InAs/InAsSb超晶格中波吸收层4上，总厚度为0.677 μm。该层由交替生长的19.2 ML InAs层和9.6 ML InAs0.73Sb0.27层组成，其中每层InAs厚度为19.2ML，InAs0.73Sb0.27厚度为9.6 ML，InAs层中Si掺杂浓度为2×1018 cm-3。
本发明实施例中，所述第一n型InAsSb接触层6生长在n型InAs/InAsSb超晶格接触层5上，其厚度为0.66 μm，Si掺杂浓度为2×1018 cm-3。
本发明实施例中，所述AlAsSb电子势垒层7生长在第一n型InAsSb接触层6上，其厚度为0.32 μm，掺杂元素为Be，弱掺，掺杂浓度为~1×1018 cm-3。
本发明实施例中，所述非掺杂InAsSb近红外长波红外吸收层8生长在AlAsSb电子势垒层7上，其厚度为2 μm。
本发明实施例中，所述第二n型InAsSb接触层9生长在非掺杂InAsSb近红外长波红外吸收层8上，其厚度为0.57 μm，Si掺杂浓度为2×1018 cm-3。
本发明实施例中，所述n型低温GaSb接触层10生长在第二n型InAsSb接触层9上，其厚度为0.55 μm，Te掺杂浓度为2×1018 cm-3。
本发明实施例中，所述未掺杂的低温GaSb近红外短波红外吸收层11生长在n型低温GaSb接触层10上，其厚度为2.74 μm。
本发明实施例中，所述p型低温GaSb接触层12生长于未掺杂的低温GaSb近红外短波红外吸收层11上，其厚度为0.55 μm，Be掺杂浓度为2×1018 cm-3。
本发明实施例中，所述台阶经ICP干法刻蚀形成。金属下电极13、金属中电极14和金属上电极15用溅射Ti/Pt/Au，其厚度分别为50 nm /50 nm /300nm。
本发明实施例中，所述钝化层16用SU-8光刻胶，厚度为600 nm。
实施例3
本发明实施例中，将除气后的N型GaSb (001)衬底转入生长室内进行升温去除氧化层，衬底温度超过370°C后，通入Sb保护束流，Sb保护束流大小在10-6 Torr量级，通过REED进行实时监测，在衬底表面出现脱氧点时的温度600°C基础上加30°C即630°C，进行18分钟的脱氧。
本发明实施例中，所述p型掺杂GaSb缓冲层2生长于GaSb衬底1之上，厚度为1 μm。其中，GaSb缓冲层中Be掺杂浓度接近2×1018 cm-3。
本发明实施例中，所述p型InAs/InAsSb超晶格接触层3生长于p型掺杂GaSb缓冲层2上，其厚度为0.677 μm。该层由交替生长的19.2 ML InAs层和9.6 ML InAs0.73Sb0.27层组成，其中每层InAs厚度为19.2ML，InAs0.73Sb0.27厚度为9.6 ML，InAs层中Be掺杂浓度为2×1018 cm-3。
本发明实施例中，所述未掺杂的InAs/InAsSb超晶格中波吸收层4生长在p型InAs/InAsSb超晶格接触层3上，其厚度为4.2 μm。该层由交替生长的19.2 ML InAs层和9.6 MLInAs0.73Sb0.27层组成，其中每层InAs厚度为19.2ML，InAs0.73Sb0.27厚度为9.6 ML。
本发明实施例中，所述n型InAs/InAsSb超晶格接触层5生长在未掺杂的InAs/InAsSb超晶格中波吸收层4上，总厚度为0.677 μm。该层由交替生长的19.2 ML InAs层和9.6 ML InAs0.73Sb0.27层组成，其中每层InAs厚度为19.2ML，InAs0.73Sb0.27厚度为9.6 ML，InAs层中Si掺杂浓度为2×1018 cm-3。
本发明实施例中，所述第一n型InAsSb接触层6生长在n型InAs/InAsSb超晶格接触层5上，其厚度为0.66 μm，Si掺杂浓度为2×1018 cm-3。
本发明实施例中，所述AlAsSb电子势垒层7生长在第一n型InAsSb接触层6上，其厚度为0.32 μm，掺杂元素为Be，弱掺，掺杂浓度为~1×1018 cm-3。
本发明实施例中，所述非掺杂InAsSb近红外长波红外吸收层8生长在AlAsSb电子势垒层7上，其厚度为2.6 μm。
本发明实施例中，所述第二n型InAsSb接触层9生长在非掺杂InAsSb近红外长波红外吸收层8上，其厚度为0.57 μm，Si掺杂浓度为2×1018 cm-3。
本发明实施例中，所述n型低温GaSb接触层10生长在第二n型InAsSb接触层9上，其厚度为0.55 μm，Te掺杂浓度为2×1018 cm-3。
本发明实施例中，所述未掺杂的低温GaSb近红外短波红外吸收层11生长在n型低温GaSb接触层10上，其厚度为3.28 μm。
本发明实施例中，所述p型低温GaSb接触层12生长于未掺杂的低温GaSb近红外短波红外吸收层11上，其厚度为0.55 μm，Be掺杂浓度为2×1018 cm-3。
本发明实施例中，所述台阶经ICP干法刻蚀形成。金属下电极13、金属中电极14和金属上电极15用溅射Ti/Pt/Au，其厚度分别为50 nm /50 nm /300nm。
本发明实施例中，所述钝化层16用SU-8光刻胶，厚度为630 nm。
本发明所有实施例中，通过以上所述步骤获得的探测器（包括具体的详细结构、数据），并对所述探测器进行探测，通过偏压调制来收集不同波段的信号，可分别得到近红外短波（780~1100 nm）、近红外长波（1100~2526 nm）和中波红外（3000~5000 nm）三色信号，中波红外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减小。此外，通过AlAsSb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抑制。
综上所述，本发明提供的三色红外光电探测器中，AlAsSb势垒层的引入可有效地降低探测器的产生-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。本发明完成了一种高探测率、低暗电流和低串扰的新型近红外短波（780~1100 nm）、近红外长波（1100~2526 nm）和中波红外（3000~5000 nm）的三色红外光电探测器器件结构设计。

Claims (6)

1.一种三色红外探测器，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Be掺杂的GaSb缓冲层、p型InAs/InAsSb超晶格接触层、未掺杂的InAs/InAsSb超晶格红外吸收层、n型InAs/InAsSb超晶格接触层、第一n型InAsSb接触层、AlAsSb电子势垒层、非掺杂InAsSb红外吸收层、第二n型InAsSb接触层、n型低温GaSb接触层、未掺杂低温GaSb红外吸收层、p型低温GaSb接触层，外延结构的两侧经刻蚀形成台阶，台阶的深度分别至p型InAs/InAsSb超晶格接触层或Be掺杂GaSb缓冲层和第一n型InAsSb接触层或n型InAs/InAsSb超晶格接触层，金属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p型InAs/InAsSb超晶格接触层或Be掺杂GaSb缓冲层欧姆接触，金属中电极与第一n型InAsSb接触层或n型InAs/InAsSb超晶格接触层欧姆接触，金属上电极形成于台阶的上方，与p型低温GaSb接触层欧姆接触。
2.根据权利要求1所述的三色红外探测器，其特征在于，所述的GaSb衬底采用(001)方向的n型GaSb衬底或者(001)方向的GaAs衬底。
3.根据权利要求1所述的三色红外探测器，其特征在于，所述的GaSb缓冲层的厚度为0.5~1.1 μm，材料为采用Be进行P型掺杂的GaSb材料，Be掺杂浓度为1~2×1018 cm-3。
4.根据权利要求1所述的三色红外探测器，其特征在于，所述的P型InAs/InAsSb超晶格接触层由交替生长的19.2 ML（monolayer）InAs层和9.6 ML InAs0.73Sb0.27层组成，总厚度为0.4~0.9 μm，其中InAs层的材料采用Be掺杂的InAs材料，掺杂浓度为1~2×1018 cm-3；所述的n型InAs/InAsSb超晶格接触层由交替生长的19.2 ML InAs层和9.6 ML InAs0.73Sb0.27层组成，总厚度为0.4~0.9 μm，其中InAs层的材料采用Si掺杂的InAs材料，掺杂浓度为1~2×1018 cm-3；所述的未掺杂的InAs/InAsSb超晶格中波红外吸收层由交替生长的19.2 ML InAs层和9.6 ML InAs0.73Sb0.27层组成，总厚度为2~6μm。
5.根据权利要求1所述的三色红外探测器，其特征在于，所述的第一n型InAsSb接触层和第二n型InAsSb接触层和p型低温GaSb接触层的厚度均为0.3~0.8 μm，InAsSb层材料采用Si掺杂的InAsSb材料，掺杂浓度为1~2×1018cm-3；所述的AlAsSb电子势垒层的总厚度为0.3~0.5 μm，材料采用Be弱掺杂的AlAsSb材料，掺杂浓度为1~2×1017cm-3；所述的非掺杂的InAsSb近红外长波红外吸收层，总厚度均为2~6 μm。
6.根据权利要求1所述的三色红外探测器，其特征在于，所述的n型低温GaSb接触层的厚度为0.3~0.8 μm，GaSb层材料采用Te掺杂的GaSb材料，掺杂浓度为1~2×1018cm-3；所述的p型低温GaSb接触层的厚度为0.3~0.8 μm，GaSb层材料采用Be掺杂的GaSb材料，掺杂浓度为1~2×1018cm-3；所述的未掺杂的低温GaSb近红外短波红外吸收层，总厚度为2~6 μm。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108648987B (zh) * 2018-03-26 2020-10-09 中国科学院半导体研究所 一种分子束外延生长长波红外超晶格界面的优化方法
US10879420B2 (en) 2018-07-09 2020-12-29 University Of Iowa Research Foundation Cascaded superlattice LED system
CN113903826A (zh) * 2020-06-22 2022-01-07 成都英飞睿技术有限公司 双色宽谱段探测器、双色宽谱段探测器阵列及制作方法
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
CN112928178B (zh) * 2021-02-07 2021-11-02 中山德华芯片技术有限公司 一种三色探测器及其制作方法
CN114361282A (zh) * 2021-04-29 2022-04-15 无锡中科德芯光电感知技术研究院有限公司 红外探测器及其制备方法
CN116344661B (zh) * 2022-12-27 2024-03-08 浙江焜腾红外科技有限公司 一种高温工作InAs-InAsSb二类超晶格红外探测器材料结构
CN118016738B (zh) * 2024-04-10 2024-06-18 山西创芯光电科技有限公司 一种超晶格红外探测器焦平面芯片结构及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103247638A (zh) * 2013-04-27 2013-08-14 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 红外探测器及其制作方法
CN104576805A (zh) * 2015-01-21 2015-04-29 哈尔滨工业大学 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

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012146806A (ja) * 2011-01-12 2012-08-02 Irspec Corp 格子不整合赤外化合物半導体受光素子

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103247638A (zh) * 2013-04-27 2013-08-14 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 红外探测器及其制作方法
CN104576805A (zh) * 2015-01-21 2015-04-29 哈尔滨工业大学 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

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