CN112117345B - 一种衍射环结构ii类超晶格红外探测器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种衍射环结构II类超晶格红外探测器，包括至下而上的衬底层(7)、缓冲层(6)、刻蚀终止层(5)、p区层(4)、i区吸收层(3)、n区层(2)、衍射环层(1)；衍射环层(1)与p区层(4)之间形成第一台面；p区层(4)与刻蚀终止层(5)之间形成第二台面；第一台面、第二台面上设有钝化膜(8)；第一台面、第二台面上的钝化膜(8)上设有开孔；开孔中、衍射环层(1)的衍射环和刻蚀暴露出的n区层(2)上设有金属电极(9)；设有金属电极(9)；衍射环层(1)为衍射环组成的阵列，用于将背入射光反射回i区吸收层(3)。本发明提供的探测器可以在不改变探测器结构的情况下提高探测器的量子效率，提高器件性能。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制备技术领域，具体涉及一种衍射环结构II类超晶格红外探测器及其制备方法。
背景技术
红外探测器是将入射的红外辐射信号转变成为电信号的器件。红外探测器主要分为两类，利用红外辐射对物体的热效应制成的热敏型红外探测器和利用半导体的光电效应制成的光电型红外探测器。目前，光电探测器的技术最为成熟，基于光电技术的红外探测器小型化后可制备成为密集的红外探测器焦平面阵列，焦平面是红外相机的核心元件，其在夜视成像，天文观测，工业控制，医疗，通讯等众多领域有着极其广泛的应用。
光电探测器又分为光电导型和光伏型。光伏型红外探测器通常由半导体pn结构成，利用pn结的内建电场将光生载流子扫出结区，形成电信号。高性能制冷型光电红外探测器主要包括碲镉汞红外探测器、量子阱红外探测器、量子点红外探测器、II类超晶格红外探测器。其中，II类超晶格材料因为较大的有效质量、抑制俄歇复合、带隙可调且覆盖波长范围大等优点，被视为HgCdTe红外材料的替代者。
尽管II类超晶格红外探测器具有诸多优点，要实现广泛应用还需要解决暗电流和量子效率两方面的问题。降低暗电流可以通过能带设计和提高制备工艺等实现。可以通过增大吸收提高量子效率。增加i区厚度可以增加吸收提高量子效率，但是同时增加了SRH暗电流。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对上述问题，本发明提供了一种衍射环结构II类超晶格红外探测器，用于至少部分解决降低暗电流和提高量子效率两者相互矛盾等技术问题问题。
(二)技术方案
本发明一方面提供了一种衍射环结构II类超晶格红外探测器，包括至下而上的衬底层7、缓冲层6、刻蚀终止层5、p区层4、i区吸收层3、n 区层2、衍射环层1；衍射环层1与p区层4之间形成第一台面；p区层4 与刻蚀终止层5之间形成第二台面；第一台面、第二台面上设有钝化膜8；第一台面、第二台面上的钝化膜8上设有开孔；开孔中、衍射环层1的衍射环和刻蚀暴露出的n区层2上设有金属电极9；设有金属电极9；衍射环层1为至少一个衍射环组成的阵列，用于将背入射光反射回i区吸收层 3，并在探测器内循环直至光被吸收。
进一步地，p区4、i区吸收层3和n区2分别为p型掺杂、非刻意掺杂和n型掺杂的InAs/GaSb II类超晶格结构。
进一步地，缓冲层6为p型掺杂的GaSb。
进一步地，衍射环层1为InAs层，掺杂浓度与n区2的掺杂浓度相同。
进一步地，钝化膜8材料为二氧化硅或氮化硅。
进一步地，金属电极9为Ti/Pt/Au组合的复合层电极。
进一步地，衬底层下方还设有表面等离子体微纳结构10，表面等离子体微纳结构10的形状包括十字形、矩形、圆柱形、L形、环形。
本发明另一方面提供了一种衍射环结构II类超晶格红外探测器的制备方法，包括：S1，在衬底7上至下而上依次生长缓冲层6、刻蚀终止层 5、p区层4、i区吸收层3、n区层2、衍射环层1；S2，刻蚀第一台面，从上至下到p区层4的表面停止；S3，刻蚀第二台面，从上至下到刻蚀终止层5的表面停止；S4，刻蚀衍射环1；S5，在器件的台面上生长钝化膜 8，并在刻蚀终止层上表面和p区层4上表面开孔；S6，在孔中生长金属电极9；S7，减薄或者完全去除衬底1。
进一步地，S7之后还包括：S8，在衍射环结构II类超晶格红外探测器的下表面制备表面等离子体微纳结构10。
进一步地，S8具体包括：直接通过掩模光刻和干法刻蚀将缓冲层制备成表面等离子体微纳结构10，或者在缓冲层上生长一层材料制备表面等离子体微纳结构10。
(三)有益效果
本发明实施例提供的一种衍射环结构II类超晶格红外探测器，探测器上表面的衍射环将背入射光反射回吸收层，并在器件内循环直至光被吸收，从而增加探测器的光吸收，可以在不改变探测器结构的情况下提高探测器的量子效率，大大提高器件性能。衍射环尺寸与形状的设计可以改变吸收峰的位置，对于特定波长的红外光探测有重要意义。此外，在入射面增加表面等离子体微纳结构(SPP结构)，与衍射环结构相结合，可以进一步提高量子效率，提升器件光电性能。
附图说明
图1示意性示出了根据本发明实施例衍射环结构II类超晶格红外探测器的结构示意图；
图2示意性示出了根据本发明实施例衍射环结构II类超晶格红外探测器外延片的结构示意图；
图3示意性示出了根据本发明实施例从外延片开始制备出台面型上下电极的探测器工艺过程的截面示意图；
图4示意性示出了根据本发明实施例半导体工艺完成制备后的探测器结构的俯视示意图；
图5示意性示出了根据本发明实施例衍射环结构加SPP结构II类超晶格红外探测器的示意图；
图6示意性示出了根据本发明实施例从外延片开始制备出台面型上下电极的探测器工艺过程的截面示意图；
附图标记说明
1-衍射环层；
2-n区层；
3-i区吸收层；
4-p区层；
5-刻蚀终止层；
6-缓冲层；
7-衬底层；
8-钝化膜；
9-金属电极；
10-表面等离子体微纳结构。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明的第一实施例提供一种衍射环结构II类超晶格红外探测器，包括至下而上的衬底层7、缓冲层6、刻蚀终止层5、p区层4、i区吸收层3、 n区层2、衍射环层1；衍射环层1与p区层4之间形成第一台面；p区层 4与刻蚀终止层5之间形成第二台面；第一台面、第二台面上设有钝化膜 8；第一台面、第二台面上的钝化膜8上设有开孔；开孔中、衍射环层1 的衍射环和刻蚀暴露出的n区层2上设有金属电极9；设有金属电极9；衍射环层1为至少一个衍射环组成的阵列，用于将背入射光反射回i区吸收层3，并在探测器内循环直至光被吸收。
请参见图1，为方便展示，没有画出钝化膜8和金属电极9。衍射环结构II类超晶格红外探测器主要结构包括衍射环层1--n型掺杂InAs层，n 区层2--n型掺杂InAs/GaSb超晶格层，吸收层3--非刻意掺杂InAs/GaSb超晶格层，p区层4--p型掺杂InAs/GaSb超晶格层，刻蚀终止层5--InAsSb 刻蚀终止层，缓冲层6--p型掺杂GaSb，衬底层7--GaSb衬底。衍射环层1为衍射环组成的阵列，图1为3*3的矩形环阵列，当然这里并不限定于阵列的数量排布，也不限定于该衍射环为矩形环。衍射环结构依然使用InAs 材料，与p-i-n结构中InAs/GaSb材料之间的晶格失配很小，小的应力更有利于材料生长、器件制备以及器件的光电性能。衍射环将背入射光反射回吸收层，并在器件内循环直至光被吸收，从而增加探测器的光吸收，可以在不改变探测器结构的情况下提高探测器的量子效率，大大提高器件性能。衍射环尺寸与形状的设计可以改变吸收峰的位置，对于特定波长的红外光探测有重要意义。
通过刻蚀使衍射环层1与p区层4之间形成第一台面，是为了后续在衍射环层上表面和p区层4上表面制备金属电极，衍射环层1的衍射环上的金属电极用于作为器件的上电极接触层，p区层4上表面的金属电极为条状结构，用于作为器件的下电极接触层，通过刻蚀使p区层4与刻蚀终止层5之间形成第二台面，第二台面用于将该单元器件与其他单元器件隔开。这里的“第一”、“第二”并不代表该结构有任何的序数，仅用来使具有某命名的一结构得以和另一具有相同命名的结构能作出清楚区分。刻蚀终止层5用于去除衬底时或者在缓冲层上制备图形时，腐蚀液只腐蚀缓冲层6。
在上述实施例的基础上，p区4、i区吸收层3和n区2分别为p型掺杂、非刻意掺杂和n型掺杂的InAs/GaSb II类超晶格结构。
II类超晶格材料因为较大的有效质量、抑制俄歇复合、带隙可调且覆盖波长范围大等优点，被视为HgCdTe红外材料的替代者。相比于新材料，如石墨烯，碳纳米管等材料的红外探测器而言，本发明提供的衍射环结构 II类超晶格红外探测器为传统半导体材料，整体制备工艺更加成熟，加工成本低，并且性能和稳定性远高于新材料，能够直接投入实用。
在上述实施例的基础上，缓冲层6为p型掺杂的GaSb。
缓冲层6用于材料生长中降低衬底与器件部分的晶格失配，并作为背入射器件的光入射面。
在上述实施例的基础上，衍射环层1为InAs层，掺杂浓度与n区2 的掺杂浓度相同。
衍射环层1的掺杂浓度与n区2的掺杂浓度相同具有方便生长且该掺杂浓度满足层1和层2都与金属层实现欧姆接触的优点。
在上述实施例的基础上，钝化膜8材料为二氧化硅或氮化硅。
第一台面、第二台面上的钝化膜8用于抑制器件的表面漏电流。
在上述实施例的基础上，金属电极9为Ti/Pt/Au组合的复合层电极。
金属电极9以形成欧姆接触，Ti/Pt/Au组合的复合层电极具有与高掺杂的超晶格材料形成良好欧姆接触的优点。
在上述实施例的基础上，衬底层下方还设有表面等离子体微纳结构10，表面等离子体微纳结构10的形状包括十字形、矩形、圆柱形、L形、环形。
在入射面增加表面等离子体微纳结构(SPP结构)10，与衍射环结构相结合，可以进一步提高量子效率，提升器件光电性能。等离子体微纳结构是在器件表面制备的具有表面等离子体效应的微纳结构，具有增大表面局域电场增加光吸收的技术效果。
本发明的第二实施例提供一种衍射环结构II类超晶格红外探测器的制备方法，包括：S1，在衬底7上至下而上依次生长缓冲层6、刻蚀终止层5、p区层4、i区吸收层3、n区层2、衍射环层1；S2，刻蚀第一台面，从上至下到p区层4的表面停止；S3，刻蚀第二台面，从上至下到刻蚀终止层5的表面停止；S4，刻蚀衍射环1；S5，在器件的台面上生长钝化膜 8，并在刻蚀终止层上表面和p区层4上表面开孔；S6，在孔中生长金属电极9；S7，减薄或者完全去除衬底1。
图2为外延片结构示意图。外延片使用分子束外延MBE设备生长。外延片主要结构包括至下而上的衬底层7、缓冲层6、刻蚀终止层5、p区层4、i区吸收层3、n区层2、衍射环层1。图3为从外延片开始制备出具有衍射环结构的台面型上下电极探测器工艺过程的截面示意图。首先如图 2所示，使用光刻掩模工艺进行第一台面的刻蚀，到p区接触层的表面停止。然后如图3所示，继续使用光刻掩模工艺进行第二台面的刻蚀，到刻蚀终止层5的表面停止。接着，如图4所示，使用光刻掩模工艺进行衍射环的刻蚀。如图5所示在器件的台面上生长SiO2钝化膜8，并在上表面和 p接触层上开孔。如图6所示在器件的上下台面开孔中生长金属电极： Ti/Pt/Au欧姆接触金属9，完成后进行热退火以形成欧姆接触。如图6中操作(7)所示，将制备好的器件倒扣到硅基板上，使用机械化学减薄方法，通过机械抛光和化学反应，减薄或者完全去除衬底。图4为半导体工艺完成制备后的探测器结构的俯视示意图，为方便展示，金属电极9设为透明。
在上述实施例的基础上，S7之后还包括：S8，在衍射环结构II类超晶格红外探测器的下表面制备表面等离子体微纳结构10。
图5为衍射环结构加SPP结构II类超晶格红外探测器的示意图，为方便展示，钝化膜8和金属电极9。图5相比于图1去除了衬底层7。图6 为从外延片开始制备出具有衍射环结构和SPP结构的台面型上下电极探测器工艺过程的截面示意图；图6中的(1)至(7)操作与图3中的(1) 至(7)操作相同，不同的是，图6中(8)操作为在去掉了衬底的器件上，利用光刻工艺，再将另外一种表面等离子体微纳结构图形转移到缓冲层6 上。
在上述实施例的基础上，S8具体包括：直接通过掩模光刻和干法刻蚀将缓冲层制备成表面等离子体微纳结构10，或者在缓冲层上生长一层材料制备表面等离子体微纳结构10。
缓冲层6的制备可以通过图形转移、直接生长的方式。
最后，将制备好的器件进行封装，通过背入射方式测试器件光电性能。后续可以通过引线将预留在探测器阵列外侧的互连线接入后端驱动和读出电路中，并结合透镜系统，机械系统投入实际使用。
下面再以一实施例说明包含SPP结构的衍射环结构II类超晶格红外探测器的制备方法，具体为：
步骤1：在GaSb衬底上，使用MBE方法生长缓冲层、InAsSb刻蚀终止层、探测器结构外延层(如p-i-n结构)、InAs层。
步骤2：利用光刻工艺，转移掩模板上的上台面图形到外延片上。利用刻蚀工艺，制备出器件的台面，刻蚀到p接触层。
步骤3：利用光刻工艺，转移掩模板上的下台面图形到外延片上。利用刻蚀工艺，制备出器件的下台面，刻蚀到InAsSb刻蚀终止层。
步骤4：利用光刻工艺，转移掩模板上的衍射环图形到器件台面上InAs 层。通过干法刻蚀工艺，制备InAs衍射环结构。
步骤5：生长SiO2钝化层。通过光刻工艺将金属窗口图形转移到钝化层上，刻蚀出电极窗口。
步骤6：生长Ti/Pt/Au金属电极层。
步骤7：将制备好的器件倒扣到硅基板，减薄衬底或者完全去除衬底。
步骤8：利用光刻工艺，再将另外一种表面等离子体微纳结构图形转移到InAsSb刻蚀终止层上，再进行器件封装。
器件制备和封装完成后，可以进一步与透镜系统结合进行后续的测试，并后续投入应用。
本发明制备的衍射环结构II类超晶格红外探测器，在满足小的暗电流的条件下具有更高的吸收系数、更大的量子效率，具有更好的光电性能。衍射环结构制备简单，但是对器件性能有很大提高，同时可应用在其他光电探测器表面。同时，衍射环结构与SPP结构相结合，应用灵活，大大扩宽了器件结构设计的可选择性。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种衍射环结构II类超晶格红外探测器，其特征在于，包括至下而上的衬底层(7)、缓冲层(6)、刻蚀终止层(5)、p区层(4)、i区吸收层(3)、n区层(2)、衍射环层(1)；
所述衍射环层(1)与所述p区层(4)之间形成第一台面；所述p区层(4)与所述刻蚀终止层(5)之间形成第二台面；
所述第一台面、第二台面上设有钝化膜(8)；所述第一台面、第二台面上的钝化膜(8)上设有开孔；所述开孔中、衍射环层(1)的衍射环和刻蚀暴露出的n区层(2)上设有金属电极(9)；
所述衍射环层(1)为至少一个衍射环组成的阵列，用于将背入射光反射回所述i区吸收层(3)，并在所述探测器内循环直至光被吸收。
2.根据权利要求1所述的衍射环结构II类超晶格红外探测器，其特征在于，所述p区层(4)、i区吸收层(3)和n区层(2)分别为p型掺杂、非刻意掺杂和n型掺杂的InAs/GaSbII类超晶格结构。
3.根据权利要求1所述的衍射环结构II类超晶格红外探测器，其特征在于，所述缓冲层(6)为p型掺杂的GaSb。
4.根据权利要求1所述的衍射环结构II类超晶格红外探测器，其特征在于，所述衍射环层(1)为InAs层，掺杂浓度与所述n区层(2)的掺杂浓度相同。
5.根据权利要求1所述的衍射环结构II类超晶格红外探测器，其特征在于，所述钝化膜(8)材料为二氧化硅或氮化硅。
6.根据权利要求1所述的衍射环结构II类超晶格红外探测器，其特征在于，所述金属电极(9)为Ti/Pt/Au组合的复合层电极。
7.根据权利要求1所述的衍射环结构II类超晶格红外探测器，其特征在于，所述衬底层下方还设有表面等离子体微纳结构(10)，所述表面等离子体微纳结构(10)的形状包括十字形、矩形、圆柱形、L形、环形。
8.一种衍射环结构II类超晶格红外探测器的制备方法，包括：
S1，在衬底层(7)上至下而上依次生长缓冲层(6)、刻蚀终止层(5)、p区层(4)、i区吸收层(3)、n区层(2)、衍射环层(1)；
S2，刻蚀第一台面，从上至下到p区层(4)的表面停止；
S3，刻蚀第二台面，从上至下到刻蚀终止层(5)的表面停止；
S4，刻蚀衍射环层(1)；
S5，在器件的台面上生长钝化膜(8)，并在刻蚀终止层上表面和p区层(4)上表面开孔；
S6，在所述孔中生长金属电极(9)；
S7，减薄或者完全去除衬底层(7)。
9.根据权利要求8所述的衍射环结构II类超晶格红外探测器的制备方法，所述S7之后还包括：
S8，在所述衍射环结构II类超晶格红外探测器的下表面制备表面等离子体微纳结构(10)。
10.根据权利要求9所述的衍射环结构II类超晶格红外探测器的制备方法，所述S8具体包括：直接通过掩模光刻和干法刻蚀将缓冲层制备成所述表面等离子体微纳结构(10)，或者在缓冲层上生长一层材料制备所述表面等离子体微纳结构(10)。
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101777599A (zh) * | 2010-02-25 | 2010-07-14 | 华中科技大学 | 一种光通信用激子光探测器及其制备方法 |
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|---|---|---|---|---|
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101777599A (zh) * | 2010-02-25 | 2010-07-14 | 华中科技大学 | 一种光通信用激子光探测器及其制备方法 |
| CN102881761A (zh) * | 2011-07-15 | 2013-01-16 | 常州光电技术研究所 | Apd红外探测器及其制作方法 |
| CN105185845A (zh) * | 2015-08-17 | 2015-12-23 | 电子科技大学 | 一种在P层和N层引入微结构硅的Si-PIN光电探测器及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 《Growth Control of High-Performance InAs/GaSb Type-II Superlattices via Optimizing the In/Ga Beam-Equivalent Pressure Ratio》;徐云 等;《CHIN. PHYS. LETT.》;20200331;第37卷(第3期);全文 * |
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