CN113410329B - 双色红外探测器及其制作方法 - Google Patents
双色红外探测器及其制作方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113410329B CN113410329B CN202110672789.5A CN202110672789A CN113410329B CN 113410329 B CN113410329 B CN 113410329B CN 202110672789 A CN202110672789 A CN 202110672789A CN 113410329 B CN113410329 B CN 113410329B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- wave channel
- layer
- medium
- long
- medium 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.)
- Active
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 110
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 89
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 26
- 229910000673 Indium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 35
- RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N indium arsenide Chemical compound [In]#[As] RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 35
- 229910005542 GaSb Inorganic materials 0.000 claims description 28
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 23
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 14
- 229910017115 AlSb Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 3
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 11
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 2
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 2
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 2
- 101100208382 Danio rerio tmsb gene Proteins 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005525 hole transport Effects 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000001931 thermography Methods 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 at least one potential-jump barrier or surface barrier, 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
- H01L31/08—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 at least one potential-jump barrier or surface barrier, 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 or surface barrier
- H01L31/109—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier or surface barrier the potential barrier being of the PN heterojunction type
-
- 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
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/184—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIIBV compounds, e.g. GaAs, InP
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Abstract
提供了一种双色红外探测器，其包括衬底、中波通道接触层、中波通道吸收层、中波通道势垒层、中波连接层、长波通道吸收层、长波通道势垒层、长波通道接触层、第一电极以及第二电极；中波通道接触层、中波通道吸收层、中波通道势垒层、中波连接层、长波通道吸收层、长波通道势垒层以及长波通道接触层依序层叠设置于衬底上，第一电极与中波通道接触层接触，第二电极设置于长波通道接触层上。还提供了一种双色红外探测器的制作方法。在本发明的双色红外探测器及其制作方法中，采用了非对称的结构，即使长波通道吸收层和中波连接层居中，中波通道吸收层和长波通道势垒层居于两侧，每个波段均采用最佳的异质结结构，保证了长波和中波波段的性能最佳。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域，具体地讲，涉及一种双色红外探测器及其制作方法。
背景技术
红外辐射探测是红外技术的重要组成部分，广泛应用于热成像、卫星遥感、气体监测、光通讯、光谱分析等领域。锑化物(例如InAs/GaSb)二类超晶格红外探测器由于具有均匀性好、俄歇复合率低、波长调节范围大等特点被认为是制备第三代红外探测器最理想的选择之一。目前，锑化物二类超晶格红外探测器业已实现产业化。
目前在长波探测波段(8～12μm)，成熟的锑化物超晶格器件结构中基本都使用P型InAs/GaSb超晶格作为吸收区，因为P型材料的少子为电子，具有更长的少子寿命和扩散长度，使得器件的量子效率更高、暗电流更低。而在中波波段(3～5μm)，高性能探测器均采用N型吸收区，因为中波波段的材料少子寿命已经足够长，而N型吸收区更容易找到合适的空穴势垒，实现理想的异质结构，达到最佳的器件性能。
能够同时探测两个红外波段信息的双色探测器具有更大的吸引力。双色探测器可以获得目标的绝对温度，抑制背景干扰，增加探测和识别距离，降低虚警率。双色红外探测器一般采用两个PN结背靠背放在一起的形式，每个PN结对应一个吸收波段。正偏压时一个波段工作，反偏压时另一个波段工作。目前，在已有的采用锑化物超晶格材料的双色探测器中，采用较为容易的对称结构设计，即中波和长波均采用弱P型掺杂的InAs/GaSb超晶格，但是中波的性能不能达到最佳。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种中波和长波的性能均能达到最佳的双色红外探测器及其制作方法。
根据本发明的实施例的一方面提供的双色红外探测器，其包括衬底、中波通道接触层、中波通道吸收层、中波通道势垒层、中波连接层、长波通道吸收层、长波通道势垒层、长波通道接触层、第一电极以及第二电极；其中，所述中波通道接触层、所述中波通道吸收层、所述中波通道势垒层、所述中波连接层、所述长波通道吸收层、所述长波通道势垒层以及所述长波通道接触层依序层叠设置于所述衬底上，所述第一电极与所述中波通道接触层接触，所述第二电极设置于所述长波通道接触层上。
在上述一方面提供的双色红外探测器的一个示例中，所述中波通道势垒层的有效带宽大于所述中波通道吸收层的有效带宽，且所述中波通道吸收层的价带和所述中波通道势垒层的价带平齐。
在上述一方面提供的双色红外探测器的一个示例中，所述长波通道势垒层的有效带宽大于所述长波通道吸收层的有效带宽，且所述长波通道吸收层和所述长波通道势垒层的导带平齐。
在上述一方面提供的双色红外探测器的一个示例中，所述中波连接层与所述长波通道吸收层的价带平齐。
在上述一方面提供的双色红外探测器的一个示例中，所述中波通道接触层和/或所述中波通道吸收层和/或所述中波通道势垒层为N型InAs/GaSb超晶格，和/或所述中波连接层和/或所述长波通道吸收层为P型InAs/GaSb超晶格，和/或所述长波通道势垒层和/或所述长波通道接触层为N型InPSb材料或N型InAs/AlSb超晶格。
在上述一方面提供的双色红外探测器的一个示例中，所述衬底为N型GaSb或InAs材料。
根据本发明的实施例的另一方面提供的双色红外探测器的制作方法，其包括：在衬底上形成顺序层叠的中波通道接触层、中波通道吸收层、中波通道势垒层、中波连接层、长波通道吸收层、长波通道势垒层、和长波通道接触层；形成与所述中波通道接触层接触的第一电极，且在所述长波通道接触层上形成第二电极。
在上述一方面提供的双色红外探测器的制作方法的一个示例中，所述形成与所述中波通道接触层接触的第一电极的方法具体包括：对所述长波通道接触层、所述长波通道势垒层、所述长波通道吸收层、所述中波连接层、所述中波通道势垒层、和所述中波通道吸收层进行局部刻蚀，以使所述中波通道接触层暴露出；在暴露出的所述中波通道接触层上形成所述第一电极。
在上述一方面提供的双色红外探测器的制作方法的一个示例中，所述中波通道势垒层的有效带宽大于所述中波通道吸收层的有效带宽，且所述中波通道吸收层的价带和所述中波通道势垒层的价带平齐。
在上述一方面提供的双色红外探测器的制作方法的一个示例中，所述长波通道势垒层的有效带宽大于所述长波通道吸收层的有效带宽，且所述长波通道吸收层和所述长波通道势垒层的导带平齐。
在上述一方面提供的双色红外探测器的制作方法的一个示例中，所述中波连接层与所述长波通道吸收层的价带平齐。
在上述一方面提供的双色红外探测器的制作方法的一个示例中，所述中波通道接触层和/或所述中波通道吸收层和/或所述中波通道势垒层为N型InAs/GaSb超晶格，和/或所述中波连接层和/或所述长波通道吸收层为P型InAs/GaSb超晶格，和/或所述长波通道势垒层和/或所述长波通道接触层为N型InPSb材料或N型InAs/AlSb超晶格。
在上述一方面提供的双色红外探测器的制作方法的一个示例中，所述衬底为N型GaSb或InAs材料。
有益效果：在本发明的双色红外探测器及其制作方法中，采用了非对称的结构，即使长波通道吸收层和中波连接层居中，中波通道吸收层和长波通道势垒层居于两侧，每个波段均采用最佳的异质结结构，保证了长波和中波波段的性能最佳。
附图说明
通过结合附图进行的以下描述，本发明的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中：
图1是根据本发明的实施例的双色红外探测器的结构示意图；
图2是根据本发明的实施例的双色红外探测器的能带示意图；
图3是根据本发明的实施例的双色红外探测器的制作方法的流程图。
具体实施方式
以下，将参照附图来详细描述本发明的具体实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。
如本文中使用的，术语“包括”及其变型表示开放的术语，含义是“包括但不限于”。术语“基于”、“根据”等表示“至少部分地基于”、“至少部分地根据”。术语“实施例”、“一个示例”、“一个实施例”和“一实施例”表示“至少一个实施例”。术语“另一个实施例”、“另一实施例”、“另一个示例”、“又一个示例”表示“至少一个其他实施例”。术语“第一”、“第二”等可以指代不同的或相同的对象。下面可以包括其他的定义，无论是明确的还是隐含的。除非上下文中明确地指明，否则一个术语的定义在整个说明书中是一致的。
在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了关系不大的其他细节。
如背景技术中所述，现有双色探测器中采用较为容易的对称结构设计，但是中波的性能不能达到最佳。因此，为了解决该问题，根据本发明的实施例提供了一种双色红外探测器及其制作方法。
根据本发明的实施例提供的双色红外探测器包括衬底、中波通道接触层、中波通道吸收层、中波通道势垒层、中波连接层、长波通道吸收层、长波通道势垒层、长波通道接触层、第一电极以及第二电极；其中，所述中波通道接触层、所述中波通道吸收层、所述中波通道势垒层、所述中波连接层、所述长波通道吸收层、所述长波通道势垒层以及所述长波通道接触层依序层叠设置于所述衬底上，所述第一电极与所述中波通道接触层接触，所述第二电极设置于所述长波通道接触层上。
根据本发明的实施例提供的双色红外探测器的制作方法，其包括：在衬底上形成顺序层叠的中波通道接触层、中波通道吸收层、中波通道势垒层、中波连接层、长波通道吸收层、长波通道势垒层、和长波通道接触层；形成与所述中波通道接触层接触的第一电极，且在所述长波通道接触层上形成第二电极。
因此，在根据本发明的实施例的双色红外探测器及其制作方法中，采用了非对称的结构，即使长波通道吸收层和中波连接层居中，中波通道吸收层和长波通道势垒层居于两侧，每个波段均采用最佳的异质结结构，保证了长波和中波波段的性能最佳。
以下将结合附图来详细说明根据本发明的实施例的双色红外探测器及其制作方法。
图1是根据本发明的实施例的双色红外探测器的结构示意图。
参照图1，根据本发明的实施例的双色红外探测器包括衬底10以及依序层叠设置于所述衬底10上的中波通道接触层20、中波通道吸收层30、中波通道势垒层40、中波连接层50、长波通道吸收层60、长波通道势垒层70以及长波通道接触层80，其中，根据本发明的实施例的双色红外探测器还包括设置于所述中波通道接触层20上的第一电极90，以及与所述长波通道接触层80接触的第二电极100。
图2是根据本发明的实施例的双色红外探测器的能带示意图。
一并参照图1和图2，所述中波通道势垒层40的有效带宽大于所述中波通道吸收层30的有效带宽，且所述中波通道势垒层40的价带与所述中波通道吸收层30的价带平齐，也就是形成了中波通道的电子势垒。
进一步地，所述长波通道势垒层70的有效带宽大于所述长波通道吸收层60的有效带宽，且所述长波通道势垒层70的导带与所述长波通道吸收层60的导带平齐，也就是形成了长波通道的空穴势垒。因此，中波和长波通道的吸收区极性不同，但均采用了各自适用的异质结结构，可较好的抑制暗电流。
更进一步地，所述中波连接层50和所述长波通道吸收层60的价带保持平齐，保证了多子空穴的输运。
继续一并参照图1和图2，根据本发明的实施例的双色红外探测器采用的是背靠背的NPN结构，其中，所述中波通道接触层20、所述中波通道吸收层30和所述中波通道势垒层40为N型InAs/GaSb超晶格，所述中波连接层50和所述长波通道吸收层60为P型InAs/GaSb超晶格，所述长波通道势垒层70和所述长波通道接触层80为N型InPSb材料或N型InAs/AlSb超晶格。
根据本发明的实施例的双色红外探测器的工作原理为：在双色红外探测器处于正偏压时，第一电极的电压大于第二电极的电压，此时由中波通道接触层20、中波通道吸收层30、中波通道势垒层40、中波连接层50构成的中波通道反偏工作，中波连接层50和长波通道吸收层60均为P型材料且空穴输运无阻碍，可以看成一个整体的P型层；而在双色红外探测器处于反偏压时，第一电极的电压小于第二电极的电压，此时由中波连接层50、长波通道吸收层60、长波通道势垒层70以及长波通道接触层80形成的长波通道反偏工作，而中波通道正偏相当于一个极小的电阻。
现有技术中的双色红外探测器的吸收区的极性都是相同的，即均为P型或均为N型，这样在器件结构上就比较对称，容易设计。而根据本发明的实施例的双色红外探测器，在双色红外探测器的吸收区的极性不同的情况下，采用了非对称的结构，使P型长波通道吸收层60和P型中波连接层50居中，N型中波吸收层和N型长波势垒层居于两侧，每个波段均采用最佳的异质结结构，保证了器件的中波和长波波段的性能最佳。同时通过能带工程设计，使P型长波通道吸收层60和P型中波连接层50以及N型中波通道势垒层40价带平齐，使P型长波通道吸收层60和N型长波通道势垒层70的导带平齐，确保了器件在正偏和反偏情况下的正常工作。
此外，在根据本发明的实施例的双色红外探测器的一个示例中，所述衬底10为N型GaSb或InAs，所述中波通道接触层20、所述中波通道吸收层30和所述中波通道势垒层40为N型InAs/GaSb超晶格，所述中波连接层50和所述长波通道吸收层60为P型InAs/GaSb超晶格，所述长波通道势垒层70和所述长波通道接触层80为N型InPSb材料或N型InAs/AlSb超晶格。
更具体地，作为各层的示例，所述中波通道接触层20的厚度为0.2μm～0.5μm，掺杂源选用Si或Te，掺杂浓度为1×1018cm-3～1×1019cm-3。
所述中波通道吸收层30的厚度为2μm～5μm，掺杂源选用Si或Te，掺杂浓度为1×1015cm-3～5×1016cm-3。
所述中波通道势垒层40的厚度为0.2μm～0.5μm，掺杂源选用Si或Te，掺杂浓度为5×1015cm-3～5×1016cm-3。
所述中波连接层50的厚度为0.2μm～0.5μm，掺杂源选用Zn或Be，掺杂浓度为1×1018cm-3～1×1019cm-3。
所述长波通道吸收层60的厚度为2μm～5μm，掺杂源选用Zn或Be，掺杂浓度为1×1015cm-3～5×1016cm-3。
所述长波通道势垒层70的厚度为0.2μm～0.5μm，掺杂源选用Si或Te，掺杂浓度为5×1015cm-3～5×1016cm-3。
所述长波通道接触层80的厚度为0.2μm～0.5μm，掺杂源选用Si或Te，掺杂浓度为1×1018cm-3～1×1019cm-3。
图3是根据本发明的实施例的双色红外探测器的制作方法的流程图。
一并参照图1和图3，根据本发明的实施例的双色红外探测器的制作方法包括：
步骤S310：在衬底10上形成顺序层叠的中波通道接触层20、中波通道吸收层30、中波通道势垒层40、中波连接层50、长波通道吸收层60、长波通道势垒层70、和长波通道接触层80。
在本实施例的一个示例中，所述衬底10的材质为N型InAs，厚度为500μm，掺杂浓度为5×1016cm-3。在这种情况下，实现步骤S310的一个示例为：使用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)工艺作为生长工艺，生长源为TMGa、TMIn、TMSb、AsH3、和PH3，n型掺杂源为SiH4，p型掺杂源为DEZn，生长温度约为600℃，反应室压力为200Torr。在高温处理除去所述衬底10表面的杂质后，在所述衬底10上依次生长：
(1)中波通道接触层20。其中，所述中波通道接触层20为InAs/GaSb超晶格，带宽为0.25eV，厚度为0.2μm，掺杂源为Si，掺杂浓度为1×1018cm-3。
(2)中波通道吸收层30。其中，所述中波通道吸收层30为InAs/GaSb超晶格，带宽为0.25eV，厚度为2μm，掺杂源为Si，掺杂浓度为1×1015cm-3。
(3)中波通道势垒层40。其中，所述中波通道势垒层40为InAs/GaSb超晶格，带宽为0.4eV，价带与中波通道吸收层30保持平齐，厚度为0.2μm，掺杂源为Si，掺杂浓度为5×1015cm-3。
(4)中波连接层50。其中，所述中波连接层50为InAs/GaSb超晶格，带宽为0.4eV，厚度为0.2μm，掺杂源为Zn，掺杂浓度为1×1018cm-3。
(5)长波通道吸收层60。其中，所述长波通道吸收层60为InAs/GaSb超晶格，带宽为0.12eV，价带与中波连接层50保持平齐，厚度为2μm，掺杂源为Zn，掺杂浓度为1×1015cm-3。
(6)长波通道势垒层70。其中，所述长波通道势垒层70为InPSb材料，带宽为0.6eV，导带与长波通道吸收层60保持平齐，厚度为0.2μm，掺杂源为Si，掺杂浓度为5×1015cm-3。
(7)长波通道接触层80。其中，所述长波通道接触层80为InPSb材料，带宽为0.6eV，厚度为0.2μm，掺杂源为Si，掺杂浓度为1×1018cm-3。
步骤S320：形成与所述中波通道接触层20接触的第一电极90，且在所述长波通道接触层80上形成第二电极100。
具体地，本实施例的实现步骤S320(即步骤S320具体包括)的一个示例是：首先，采用感应耦合等离子体刻蚀(ICP)工艺对对所述长波通道接触层80、所述长波通道势垒层70、所述长波通道吸收层60、所述中波连接层50、所述中波通道势垒层40、和所述中波通道吸收层30进行局部刻蚀，使所述中波通道接触层20暴露出，以形成探测器台面结构A；其次，采用电子束蒸发工艺在暴露出的中波通道接触层20上形成第一电极90，在所述长波通道接触层80上形成第二电极100。其中，作为一个示例，第一电极90和第二电极100均为的组合。
因此，由本实施例的一个示例形成的双色红外探测器，其中波通道吸收层带宽0.25eV，对应波长5μm，长波通道吸收层带宽0.12eV，对应波长10μm，是标准的中长波双色探测器波段。此外，生长过程中采用了MOCVD工艺，能够减小成本、提高性价比，整体工艺流程比较适合制作焦平面探测器阵列。
此外，在本实施例的另一个示例中，所述衬底10的材质为N型GaSb，厚度为500μm，掺杂浓度为2×1016cm-3。在这种情况下，实现步骤S310的另一个示例为：使用分子束外延工艺(MBE)作为生长工艺，生长源为固态单质源In、Ga、Al、As和Sb，n型掺杂源为Te，p型掺杂源为Be，生长温度约400℃。在高温处理除去所述衬底10表面的杂质后，在所述衬底10上依次生长：
(1)中波通道接触层20。其中，所述中波通道接触层20为InAs/GaSb超晶格，带宽为0.31eV，厚度为0.5μm，掺杂源为Te，掺杂浓度为1×1019cm-3。
(2)中波通道吸收层30。其中，所述中波通道吸收层30为InAs/GaSb超晶格，带宽为0.31eV，厚度为5μm，掺杂源为Te，掺杂浓度为5×1016cm-3。
(3)中波通道势垒层40。其中，所述中波通道势垒层40为InAs/GaSb超晶格，带宽为0.45eV，价带与中波通道吸收层30保持平齐，厚度为0.5μm，掺杂源为Te，掺杂浓度为5×1016cm-3。
(4)中波连接层50。其中，所述中波连接层50为InAs/GaSb超晶格，带宽为0.45eV，厚度为0.5μm，掺杂源为Be，掺杂浓度为1×1019cm-3。
(5)长波通道吸收层60。其中，所述长波通道吸收层60为InAs/GaSb超晶格，带宽为0.1eV，价带与中波连接层50保持平齐，厚度为5μm，掺杂源为Be，掺杂浓度为5×1016cm-3。
(6)长波通道势垒层70。其中，所述长波通道势垒层70为InAs/AlSb超晶格，带宽为0.6eV，导带与长波通道吸收层60保持平齐，厚度为0.5μm，掺杂源为Te，掺杂浓度为5×1016cm-3。
(7)长波通道接触层80。其中，所述长波通道接触层80为InAs/AlSb超晶格，带宽为0.6eV，厚度为0.5μm，掺杂源为Te，掺杂浓度为1×1019cm-3。
在上述实现步骤S310的另一示例的基础上，本实施例的实现步骤S320(即步骤S320具体包括)的另一个示例是：首先，采用湿法腐蚀工艺对所述长波通道接触层80、所述长波通道势垒层70、所述长波通道吸收层60、所述中波连接层50、所述中波通道势垒层40、和所述中波通道吸收层30进行局部刻蚀，使所述中波通道接触层20暴露出，以形成探测器台面结构A；其次，使用电子束蒸发工艺在暴露出的中波通道接触层20上形成第一电极90，在所述长波通道接触层80上形成第二电极100。其中，作为另一个示例，第一电极90和第二电极100均为的组合。
因此，由本实施例的另一个示例形成的双色红外探测器，其中，中波通道吸收层带宽0.31eV，对应波长4μm，长波通道吸收层带宽0.1eV，对应波长12μm，波长覆盖范围较大。此外，由于MBE工艺能形成陡峭界面，本实施例的另一个示例制备得到的双色红外探测器的性能较高。
在整个本说明书中使用的术语“示例性”、“示例”等意味着“用作示例、实例或例示”，并不意味着比其它实施例“优选”或“具有优势”。出于提供对所描述技术的理解的目的，具体实施方式包括具体细节。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实施这些技术。在一些实例中，为了避免对所描述的实施例的概念造成难以理解，公知的结构和装置以框图形式示出。
以上结合附图详细描述了本发明的实施例的可选实施方式，但是，本发明的实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的实施例的技术构思范围内，可以对本发明的实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的实施例的保护范围。
本说明书内容的上述描述被提供来使得本领域任何普通技术人员能够实现或者使用本说明书内容。对于本领域普通技术人员来说，对本说明书内容进行的各种修改是显而易见的，并且，也可以在不脱离本说明书内容的保护范围的情况下，将本文所定义的一般性原理应用于其它变型。因此，本说明书内容并不限于本文所描述的示例和设计，而是与符合本文公开的原理和新颖性特征的最广范围相一致。
Claims (10)
1.一种双色红外探测器，其特征在于，所述双色红外探测器包括衬底(10)、中波通道接触层(20)、中波通道吸收层(30)、中波通道势垒层(40)、中波连接层(50)、长波通道吸收层(60)、长波通道势垒层(70)、长波通道接触层(80)、第一电极(90)以及第二电极(100)；
其中，所述中波通道接触层(20)、所述中波通道吸收层(30)、所述中波通道势垒层(40)、所述中波连接层(50)、所述长波通道吸收层(60)、所述长波通道势垒层(70)以及所述长波通道接触层(80)依序层叠设置于所述衬底(10)上，所述第一电极(90)与所述中波通道接触层(20)接触，所述第二电极(100)设置于所述长波通道接触层(80)上，所述中波通道接触层(20)、所述中波通道吸收层(30)和所述中波通道势垒层(40)为N型，所述中波连接层(50)和所述长波通道吸收层(60)为P型，所述长波通道势垒层(70)和所述长波通道接触层(80)为N型，所述衬底(10)为N型。
2.根据权利要求1所述的双色红外探测器，其特征在于，所述中波通道势垒层(40)的有效带宽大于所述中波通道吸收层(30)的有效带宽，且所述中波通道吸收层(30)的价带和所述中波通道势垒层(40)的价带平齐。
3.根据权利要求2所述的双色红外探测器，其特征在于，所述长波通道势垒层(70)的有效带宽大于所述长波通道吸收层(60)的有效带宽，且所述长波通道吸收层(60)和所述长波通道势垒层(70)的导带平齐。
4.根据权利要求3所述的双色红外探测器，其特征在于，所述中波连接层(50)与所述长波通道吸收层(60)的价带平齐。
5.根据权利要求1至4任一项所述的双色红外探测器，其特征在于，所述中波通道接触层(20)和所述中波通道吸收层(30)和所述中波通道势垒层(40)为N型InAs/GaSb超晶格，所述中波连接层(50)和所述长波通道吸收层(60)为P型InAs/GaSb超晶格，所述长波通道势垒层(70)和所述长波通道接触层(80)为N型InPSb材料或N型InAs/AlSb超晶格，所述衬底(10)为N型GaSb或InAs材料。
6.一种双色红外探测器的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：
在衬底(10)上形成顺序层叠的中波通道接触层(20)、中波通道吸收层(30)、中波通道势垒层(40)、中波连接层(50)、长波通道吸收层(60)、长波通道势垒层(70)、和长波通道接触层(80)；
形成与所述中波通道接触层(20)接触的第一电极(90)，且在所述长波通道接触层(80)上形成第二电极(100)；
其中，所述中波通道接触层(20)、所述中波通道吸收层(30)和所述中波通道势垒层(40)为N型，所述中波连接层(50)和所述长波通道吸收层(60)为P型，所述长波通道势垒层(70)和所述长波通道接触层(80)为N型，所述衬底(10)为N型。
7.根据权利要求6所述的双色红外探测器的制作方法，其特征在于，所述形成与所述中波通道接触层(20)接触的第一电极(90)的方法具体包括：
对所述长波通道接触层(80)、所述长波通道势垒层(70)、所述长波通道吸收层(60)、所述中波连接层(50)、所述中波通道势垒层(40)、和所述中波通道吸收层(30)进行局部刻蚀，以使所述中波通道接触层(20)暴露出；
在暴露出的所述中波通道接触层(20)上形成所述第一电极(90)。
8.根据权利要求6或7所述的双色红外探测器的制作方法，其特征在于，所述中波通道势垒层(40)的有效带宽大于所述中波通道吸收层(30)的有效带宽，且所述中波通道吸收层(30)的价带和所述中波通道势垒层(40)的价带平齐。
9.根据权利要求8所述的双色红外探测器的制作方法，其特征在于，所述长波通道势垒层(70)的有效带宽大于所述长波通道吸收层(60)的有效带宽，且所述长波通道吸收层(60)和所述长波通道势垒层(70)的导带平齐。
10.根据权利要求9所述的双色红外探测器的制作方法，其特征在于，所述中波连接层(50)与所述长波通道吸收层(60)的价带平齐。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110672789.5A CN113410329B (zh) | 2021-06-17 | 2021-06-17 | 双色红外探测器及其制作方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110672789.5A CN113410329B (zh) | 2021-06-17 | 2021-06-17 | 双色红外探测器及其制作方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113410329A CN113410329A (zh) | 2021-09-17 |
| CN113410329B true CN113410329B (zh) | 2023-12-08 |
Family
ID=77684744
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110672789.5A Active CN113410329B (zh) | 2021-06-17 | 2021-06-17 | 双色红外探测器及其制作方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113410329B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011129135A1 (ja) * | 2010-04-14 | 2011-10-20 | シャープ株式会社 | 蛍光体基板およびその製造方法、ならびに表示装置 |
| 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 |
| CN205810841U (zh) * | 2016-05-25 | 2016-12-14 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 无铝型ii类超晶格长波双势垒红外探测器 |
| CN106711249A (zh) * | 2016-12-30 | 2017-05-24 | 云南师范大学 | 一种基于铟砷锑（InAsSb）材料的双色红外探测器的制备方法 |
| CN107946388A (zh) * | 2017-11-08 | 2018-04-20 | 中国电子科技集团公司第十研究所 | 一种高温工作的红外探测器材料及其制备方法 |
| CN111799343A (zh) * | 2019-04-08 | 2020-10-20 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 多色红外探测器及其制作方法 |
| 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 |
| CN112786731A (zh) * | 2021-01-26 | 2021-05-11 | 苏州晶歌半导体有限公司 | 双色红外探测器及其制作方法 |
-
2021
- 2021-06-17 CN CN202110672789.5A patent/CN113410329B/zh active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011129135A1 (ja) * | 2010-04-14 | 2011-10-20 | シャープ株式会社 | 蛍光体基板およびその製造方法、ならびに表示装置 |
| 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 |
| CN205810841U (zh) * | 2016-05-25 | 2016-12-14 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 无铝型ii类超晶格长波双势垒红外探测器 |
| CN106711249A (zh) * | 2016-12-30 | 2017-05-24 | 云南师范大学 | 一种基于铟砷锑（InAsSb）材料的双色红外探测器的制备方法 |
| CN107946388A (zh) * | 2017-11-08 | 2018-04-20 | 中国电子科技集团公司第十研究所 | 一种高温工作的红外探测器材料及其制备方法 |
| CN111799343A (zh) * | 2019-04-08 | 2020-10-20 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 多色红外探测器及其制作方法 |
| 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 |
| CN112786731A (zh) * | 2021-01-26 | 2021-05-11 | 苏州晶歌半导体有限公司 | 双色红外探测器及其制作方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Goussa,RA.spectral crosstalk by radiative recombination in sequential-mode,dual mid-wavelength infrared band HgCdTe detectors.journal of electronic materials.2004,第33卷(第6期),全文. * |
| 肖文亮.二类超晶格长波探测器暗电流优化研究.《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》.2022,全文. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113410329A (zh) | 2021-09-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8274096B2 (en) | Semiconductor device and method | |
| US8729527B2 (en) | Light-receiving element, light-receiving element array, method for manufacturing light-receiving element and method for manufacturing light-receiving element array | |
| US8039918B2 (en) | Semiconductor photo detector | |
| US20140197373A1 (en) | Light-receiving device and method for producing the same | |
| US8697554B2 (en) | Lateral collection architecture for SLS detectors | |
| CN111129187B (zh) | 红外光探测器及其制作方法 | |
| CN112786731A (zh) | 双色红外探测器及其制作方法 | |
| CN112701171B (zh) | 红外探测器及其制作方法 | |
| CN109148638B (zh) | 红外探测器及其制备方法 | |
| CN113410329B (zh) | 双色红外探测器及其制作方法 | |
| CN111799350B (zh) | 双色红外探测器及其制作方法 | |
| CN112310234A (zh) | 红外探测器及其制作方法 | |
| CN110634891B (zh) | 红外探测器及其制备方法 | |
| CN110444628B (zh) | 红外探测器及其制作方法 | |
| US8822977B2 (en) | Photodetector and method of manufacturing the photodetector | |
| CN111799343B (zh) | 多色红外探测器及其制作方法 | |
| US11495707B2 (en) | AlGaN unipolar carrier solar-blind ultraviolet detector and manufacturing method thereof | |
| CN111106203B (zh) | 红外探测器及其制作方法 | |
| CN110021678B (zh) | 红外光探测器及其制备方法 | |
| CN215266335U (zh) | 双色红外探测器 | |
| CN213716912U (zh) | 红外探测器 | |
| CN110518085B (zh) | 锑化物超晶格雪崩光电二极管及其制备方法 | |
| CN215496746U (zh) | 红外探测器 | |
| Soibel et al. | High-performance LWIR superlattice detectors and FPA based on CBIRD design | |
| CN110896113B (zh) | 红外光探测器及其制作方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |