CN115513310A - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种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，属于红外探测技术领域。Ⅱ类超晶格红外探测器单元结构，其包括红外探测器外延片、金属接触层和金属连接柱。金属接触层包括依次层叠布置的粘附层、反射层、连接层、第一保护层和第二保护层，粘附层连接于红外探测器外延片。金属连接柱连接于第二保护层。本申请的Ⅱ类超晶格红外探测器单元结构在金属接触层中增加反射层，即将接触电极和反射电极融合，在形成良好欧姆接触的同时，能够通过光反射实现部分损失光的二次吸收，从而提升制作的红外探测器的量子效率，进而优化红外探测器的成像效果。

Description

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
技术领域
本申请涉及红外探测技术领域，具体而言，涉及一种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。
背景技术
由于具有可穿透烟雾、抗干扰能力强以及全天候工作等特点，红外探测器在国防和国民经济等多个领域得到了广泛应用。随着新需求的不断发展，长波红外探测器呈现良好的市场前景。碲镉汞红外探测器具有量子效率高、响应速度快等优点，已成为目前应用最为广泛的红外探测器。但碲镉汞红外探测器在长波波段存在均匀性差、成品率低和成本高的问题，导致高性能长波红外探测器难以得到广泛应用。
Ⅱ类超晶格红外探测器是近年来兴起的一种新型红外探测器，它具有以下几个特点：(1)材料带隙可调，光谱响应可覆盖2μm～30μm波长范围；(2)独特的能带结构决定其具有较大的电子有效质量，并且随着探测波长的增大，电子有效质量却几乎保持不变；在长波红外波段，其电子有效质量约为碲镉汞材料的3倍，导致此类探测器隧穿电流小；(3)通过应变调节能带结构，可以降低俄歇复合率，提高载流子有效寿命，从而实现较高的器件性能；(4)Ⅱ类超晶格通常采用分子束外延(Molecular Beam Epitaxy，MBE)生长方式，材料均匀性较高。通过采用晶格匹配且可商业化供给的GaSb衬底，能够生长出大面积、均匀性良好的Ⅱ类超晶格材料，从而易于制备大面阵红外探测器。基于以上特点，Ⅱ类超晶格在制备长波和甚长波红外探测器时具有独特优势，因此是制备新一代红外探测器的优选材料。
但是，Ⅱ类超晶格红外探测器的量子效率不高，对焦平面高质量的成像会造成较大的困难。
发明内容
本申请提供了一种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，其具有较高的量子效率。
本申请的实施例是这样实现的：
在第一方面，本申请示例提供了一种Ⅱ类超晶格红外探测器单元结构，其包括红外探测器外延片、金属接触层和金属连接柱。
金属接触层包括依次层叠布置的粘附层、反射层、连接层、第一保护层和第二保护层，粘附层连接于红外探测器外延片。
金属连接柱连接于第二保护层。
在上述技术方案中，粘附层用于提高整个金属接触层与红外探测器外延片的结合力，反射层能够实现对光的反射，连接层用于将反射层和第一保护层连接，第一保护层和第二保护层用于连接和保护其他层。本申请的Ⅱ类超晶格红外探测器单元结构在金属接触层中增加反射层，即将接触电极和反射电极融合，在形成良好欧姆接触的同时，能够通过光反射实现部分损失光的二次吸收，从而提升制作的红外探测器的量子效率，进而优化红外探测器的成像效果。
结合第一方面，在本申请的第一方面的第一种可能的示例中，反射层由Ag或Al制成。
在上述示例中，Ag和Al均具有较好的反射光的作用。
结合第一方面，在本申请的第一方面的第二种可能的示例中，上述粘附层为Ni层，反射层为Ag层，连接层为Ni层，第一保护层为Pt层，第二保护层为Au层。
可选地，粘附层的厚度为5nm～20nm。
结合第一方面，在本申请的第一方面的第三种可能的示例中，上述粘附层为Ti层，反射层为Al层，连接层为Ti层，第一保护层为Pt层，第二保护层为Au层。
可选地，粘附层的厚度为5nm～20nm。
结合第一方面，在本申请的第一方面的第四种可能的示例中，上述粘附层为ITO层，反射层为Al层，连接层为Ti层，第一保护层为Pt层，第二保护层为Au层。
可选地，粘附层的厚度为50nm～100nm。
结合第一方面，在本申请的第一方面的第五种可能的示例中，上述红外探测器外延片包括依次层叠布置的衬底层、缓冲层、n型接触层、M型势垒层、吸收层和p型接触层，p型接触层连接于粘附层。
在上述示例中，p型接触层作为金属接触层的信号输出端，将吸收层在接收到红外光后产生的电流信号输出给读出电路，吸收层用于在光照条件下产生的光生载流子，然后产生电流信号，从而适当提高红外探测器的量子效率，M型势垒层有利于提升载流子的有效质量，进而可较为有效的提高红外探测器的探测率，n型接触层在探测器使用时同p型配合进行偏压输入，同时p型接触层和n型接触层都为高掺，可与外接金属形成欧姆接触，增强载流子的输运。
在第二方面，本申请示例提供了一种上述Ⅱ类超晶格红外探测器单元结构的制备方法，其包括：在红外探测器外延片的信号输出端镀金属形成金属接触层。
在上述技术方案中，本申请的Ⅱ类超晶格红外探测器单元结构的制备方法简便，且在不增加光刻次数以及成本提升较低的前提下，提升了制作的红外探测器的量子效率，优化了红外探测器的成像效果。
结合第二方面，在本申请的第二方面的第一种可能的示例中，上述镀金属的方法包括电子束蒸发或溅射。
结合第二方面，在本申请的第二方面的第二种可能的示例中，在红外探测器外延片的信号输出端镀金属形成金属接触层前，采用负性光刻胶做掩膜，在红外探测器外延片的信号输出端镀金属形成金属接触层后，去除掩膜。
第三方面，本申请示例提供了一种Ⅱ类超晶格红外焦平面探测器，其包括多个上述的Ⅱ类超晶格红外探测器单元结构，多个Ⅱ类超晶格红外探测器单元结构呈阵列分布。
在上述技术方案中，Ⅱ类超晶格红外焦平面探测器具有较高的量子效率和优异的成像效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本申请实施例的Ⅱ类超晶格红外探测器单元结构的结构示意图；
图2为本申请实施例的红外探测器外延片的结构示意图；
图3为本申请实施例的金属接触层的结构示意图。
图标：10-Ⅱ类超晶格红外探测器单元结构；100-红外探测器外延片；110-衬底层；120-缓冲层；130-n型接触层；140-M型势垒层；150-吸收层；160-p型接触层；200-金属接触层；210-粘附层；220-反射层；230-连接层；240-第一保护层；250-第二保护层；300-金属连接柱。
具体实施方式
下面将结合实施例对本申请的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本申请，而不应视为限制本申请的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
目前，红外探测器技术在军事、环境、工业、农业、医疗、科学研究以及日常生活领域得到了广泛的应用。Ⅱ类超晶格红外探测器是近年来兴起的一种新型红外探测器，它具有以下几个特点：(1)材料带隙可调，光谱响应可覆盖2μm～30μm波长范围；(2)独特的能带结构决定其具有较大的电子有效质量，并且随着探测波长的增大，电子有效质量却几乎保持不变；在长波红外波段，其电子有效质量约为碲镉汞材料的3倍，导致此类探测器隧穿电流小；(3)通过应变调节能带结构，可以降低俄歇复合率，提高载流子有效寿命，从而实现较高的器件性能；(4)Ⅱ类超晶格通常采用分子束外延(Molecular Beam Epitaxy，MBE)生长方式，材料均匀性较高。通过采用晶格匹配且可商业化供给的GaSb衬底，能够生长出大面积、均匀性良好的Ⅱ类超晶格材料，从而易于制备大面阵红外探测器。基于以上特点，Ⅱ类超晶格在制备长波和甚长波红外探测器时具有独特优势，因此是制备新一代红外探测器的优选材料。
本发明人注意到，Ⅱ类超晶格材料有限的吸收效率还是会损失很多光信号，低能量信号的输出对焦平面高质量的成像会造成较大的困难。
为了提高Ⅱ类超晶格红外探测器的量子效率，申请人研究发现，可以能够通过光反射实现部分损失光的二次吸收，从而提升制作的红外探测器的量子效率，进而优化红外探测器的成像效果。
基于以上考虑，为了优化红外探测器的成像效果，发明人经过深入研究，设计了一种Ⅱ类超晶格红外探测器单元结构，其中，粘附层用于提高整个金属接触层与红外探测器外延片的结合力，反射层能够实现对光的反射，连接层用于将反射层和第一保护层连接，第一保护层和第二保护层用于连接和保护其他层。本申请的Ⅱ类超晶格红外探测器单元结构在金属接触层中增加反射层，即将接触电极和反射电极融合，在形成良好欧姆接触的同时，能够通过光反射实现部分损失光的二次吸收，从而提升制作的红外探测器的量子效率，进而优化红外探测器的成像效果。
以下针对本申请实施例的一种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进行具体说明：
请参阅图1，本申请提供一种Ⅱ类超晶格红外探测器单元结构10，其包括：红外探测器外延片100、金属接触层200和金属连接柱300。
请参阅图2，红外探测器外延片100包括依次层叠布置的衬底层110、缓冲层120、n型接触层130、M型势垒层140、吸收层150和p型接触层160，p型接触层160连接于粘附层210。
衬底层110的厚度为800μm～1500μm。
可选地，衬底层110为GaSb衬底。
在GaSb衬底上生长上层材料时与上层的外延材料有小的失配，更便于外延的生长。
缓冲层120形成于衬底层110之上，厚度为800nm～1000nm。
可选地，缓冲层120为GaSb缓冲层120。
n型接触层130形成于缓冲层120之上，厚度为400nm～600nm。
作为示例，n型接触层130的厚度可以为400nm、410nm、420nm、430nm、440nm、450nm、460nm、470nm、480nm、490nm、500nm、510nm、520nm、530nm、540nm、550nm、560nm、570nm、580nm、590nm或600nm。
可选地，n型接触层130由若干个周期的InAs、GaSb、AlSb和GaSb M型超晶格结构构成，每个周期中的M型超晶格结构由下至上包括10MLInAs、1ML GaSb、5ML AlSb和1ML GaSb，其中ML表示原子层。
可选地，n型接触层130的掺杂方式为InAs层中掺杂Si元素，Si的掺杂浓度为2.0×1018cm-3。
M型势垒层140形成于n型接触层130之上，厚度为400nm～600nm。
作为示例，M型势垒层140的厚度可以为400nm、410nm、420nm、430nm、440nm、450nm、460nm、470nm、480nm、490nm、500nm、510nm、520nm、530nm、540nm、550nm、560nm、570nm、580nm、590nm或600nm。
可选地，M型势垒层140由若干个周期的InAs、GaSb、AlSb和GaSb M型超晶格结构构成，每个周期中的M型超晶格结构由下至上包括10MLInAs、1ML GaSb、5ML AlSb和1ML GaSb，其中ML表示原子层。
可选地，M型势垒层140为非故意掺杂，未掺杂下载流子浓度为1014～1018cm-3。
吸收层150形成于M型势垒层140之上，厚度为1μm～3μm。
作为示例，吸收层150的厚度可以为1μm、1.1μm、1.2μm、1.3μm、1.4μm、1.5μm、1.6μm、1.7μm、1.8μm、1.9μm、2μm、2.1μm、2.2μm、2.3μm、2.4μm、2.5μm、2.6μm、2.7μm、2.8μm、2.9μm或3μm。
可选地，吸收层150由若干个周期的InAs和GaSb超晶格结构构成，每个周期中的超晶格结构由下至上包括10ML InAs和7ML GaSb，其中ML表示原子层。根据要吸收的红外光波长的不同可以改变InAs的原子层数，短波到甚长波可以改变的InAs原子层的数量范围为6ML～25ML。
可选地，吸收层150掺杂方式为GaSb层中掺杂Be，Be的掺杂浓度为1.0×1016cm-3。
p型接触层160形成于吸收层150之上，厚度为500nm～1000nm。
作为示例，p型接触层160的厚度可以为500nm、550nm、600nm、650nm、700nm、750nm、800nm、850nm、900nm、950nm或1000nm。
可选地，p型接触层160由若干个周期的InAs和GaSb超晶格结构构成，每个周期中的超晶格结构由下至上包括10ML InAs和7ML GaSb，其中ML表示原子层。根据要吸收的红外光波长的不同可以改变InAs的原子层数，短波到甚长波可以改变的InAs原子层的数量范围为6ML～25ML。
可选地，p型接触层160的掺杂方式为GaSb层中掺杂Be，Be的掺杂浓度为2.0×1018cm-3。
p型接触层160作为金属接触层200的信号输出端，将吸收层150在接收到红外光后产生的电流信号输出给读出电路，吸收层150用于在光照条件下产生的光生载流子，然后产生电流信号，从而适当提高红外探测器的量子效率，M型势垒层140有利于提升载流子的有效质量，进而可较为有效的提高红外探测器的探测率，且M型势垒层140中插入了AlSb材料，AlSb可以同时作为电子和空穴的势垒来抑制暗电流，n型接触层130在探测器使用时同p型配合进行偏压输入，同时p型接触层160和n型接触层130都为高掺，可与外接金属形成欧姆接触，增强载流子的输运。
请参阅图3，金属接触层200包括依次层叠布置的粘附层210、反射层220、连接层230、第一保护层240和第二保护层250，粘附层210连接于p型接触层160。
粘附层210的厚度为5nm～100nm。
作为示例，粘附层210的厚度可以为5nm、8nm、10nm、12nm、15nm、18nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm或100nm。
可选地，粘附层210为Ni层、Ti层或ITO层。
当粘附层210为Ni层或Ti层时，粘附层210的厚度为5nm～20nm；
当粘附层210为ITO层时，粘附层210的厚度为50nm～100nm。
反射层220的厚度为100nm～300nm。
作为示例，反射层220的厚度可以为100nm、120nm、150nm、180nm、200nm、220nm、250nm、280nm或300nm。
可选地，反射层220为Ag层或Al层。
连接层230的厚度为10nm～50nm。
作为示例，连接层230的厚度可以为10nm、15nm、20nm、25nm、30nm、35nm、40nm、45nm或50nm。
可选地，连接层230可以为Ni层或Ti层。
第一保护层240的厚度为100nm～200nm。
作为示例，第一保护层240的厚度可以为100nm、110nm、120nm、130nm、140nm、150nm、160nm、170nm、180nm、190nm或200nm。
可选地，第一保护层240为Pt层。
第二保护层250的厚度为200nm～300nm。
作为示例，第二保护层250的厚度可以为200nm、210nm、220nm、230nm、240nm、250nm、260nm、270nm、280nm、290nm或300nm。
可选地，第二保护层250为Au层。
可选地，粘附层210为Ni层，反射层220为Ag层，连接层230为Ni层，第一保护层240为Pt层，第二保护层250为Au层。
可选地，粘附层210为Ti层，反射层220为Al层，连接层230为Ti层，第一保护层240为Pt层，第二保护层250为Au层。
可选地，粘附层210为ITO层，反射层220为Al层，连接层230为Ti层，第一保护层240为Pt层，第二保护层250为Au层。
可选地，p接触层的横截面为矩形，金属接触层200的横截面也为矩形，金属接触层200小于p接触层，且金属接触层200的边缘和p接触层的边缘的角力为1μm～3μm。
粘附层210用于提高整个金属接触层200与红外探测器外延片100的结合力，反射层220能够实现对光的反射，连接层230用于将反射层220和第一保护层240连接，第一保护层240和第二保护层250用于连接和保护其他层。
金属连接柱300连接于第二保护层250。
可选地，金属连接柱300为铟柱。
本申请的Ⅱ类超晶格红外探测器单元结构10在金属接触层200中增加反射层220，即将接触电极和反射电极融合，在形成良好欧姆接触的同时，能够通过光反射实现部分损失光的二次吸收，从而提升制作的红外探测器的量子效率，进而优化红外探测器的成像效果。
本申请还提供一种Ⅱ类超晶格红外探测器单元结构的制备方法，其包括以下步骤：
S1、刻蚀
提供红外探测器外延片100，在红外探测器外延片100的p型接触层160表面做光刻图形化后刻蚀，使得部分区域露出内部的n型接触层130，完成刻蚀后，去除掩膜。
可选地，刻蚀掩膜为正性光刻胶，或正性光刻胶和氧化硅配合使用。
当刻蚀掩膜为正性光刻胶时，在在红外探测器外延片100的p型接触层160表面形成一层正性光刻胶，经过感光和显影后，已感光的光刻胶去除，形成目标图形。
当刻蚀掩膜为正性光刻胶和氧化硅配合使用时，先在红外探测器外延片100的p型接触层160表面形成一层氧化硅层，再在氧化硅层表面形成正性光刻胶，经过感光和显影后，已感光的光刻胶去除，露出部分氧化硅层，去除露出的部分氧化硅层，再去除剩下的光刻胶，形成目标图形。
S2、形成金属接触层200
在红外探测器外延片100的p型接触层160表面形成掩膜，然后在红外探测器外延片100的p型接触层160表面镀金属形成金属接触层200，完成金属剥离后，去除掩膜，再形成钝化层，并通过光刻图形化和刻蚀，在金属接触层200上端进行开孔。
可选地，镀金属的方法包括电子束蒸发或溅射。
可选地，掩膜为负性光刻胶。
可选地，钝化层采用等离子体增强化学的气相沉积法(Plasma EnhancedChemical Vapor Deposition，PECVD)或ICP增强化学气相沉积(ICP Chemical VaporDeposition，ICPCVD)形成。
可选地，钝化层为氧化硅。
可选地，钝化层的厚度为200nm～500nm。
S3、形成金属连接柱300
使用负性光刻胶或者反转胶的方式制作铟柱图形，并蒸镀铟柱，去除光刻胶，制得Ⅱ类超晶格红外探测器单元结构10。
本申请的Ⅱ类超晶格红外探测器单元结构的制备方法简便，且在不增加光刻次数以及成本提升较低的前提下，提升了制作的红外探测器的量子效率，优化了红外探测器的成像效果。
本申请还提供了一种Ⅱ类超晶格红外焦平面探测器，其包括多个上述的Ⅱ类超晶格红外探测器单元结构，多个Ⅱ类超晶格红外探测器单元结构呈阵列分布。
可选地，Ⅱ类超晶格红外焦平面探测器由320×256个Ⅱ类超晶格红外探测器单元结构组成。
可选地，Ⅱ类超晶格红外焦平面探测器由640×512个Ⅱ类超晶格红外探测器单元结构组成。
可选地，Ⅱ类超晶格红外焦平面探测器由1000×1000个Ⅱ类超晶格红外探测器单元结构组成。
Ⅱ类超晶格红外焦平面探测器具有较高的量子效率和优异的成像效果。
以下结合实施例对本申请的一种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作进一步的详细描述。
实施例1
本申请实施例提供一种Ⅱ类超晶格红外探测器单元结构及其制备方法，其包括以下步骤：
S1、刻蚀
提供红外探测器外延片100，先在红外探测器外延片100的p型接触层160表面形成一层氧化硅层，再在氧化硅层表面形成正性光刻胶，经过感光和显影后，已感光的光刻胶去除，露出部分氧化硅层，去除露出的部分氧化硅层，再去除剩下的光刻胶，形成目标图形，刻蚀使得部分区域露出内部的n型接触层130，完成刻蚀后，去除掩膜。
红外探测器外延片100包括依次层叠布置的衬底层110、缓冲层120、n型接触层130、M型势垒层140、吸收层150和p型接触层160，p型接触层160连接于粘附层210。
衬底层110为GaSb衬底，衬底层110厚度为450μm；
缓冲层120为GaSb缓冲层120，缓冲层120厚度为800nm；
n型接触层130由若干个周期的InAs、GaSb、AlSb和GaSb M型超晶格结构构成，每个周期中的M型超晶格结构由下至上包括10ML InAs、1MLGaSb、5ML AlSb和1ML GaSb，其中ML表示原子层，n型接触层130的掺杂方式为InAs层中掺杂Si元素，Si的掺杂浓度为2.0×1018cm-3，n型接触层130厚度为500nm。
M型势垒层140由若干个周期的InAs、GaSb、AlSb和GaSb M型超晶格结构构成，每个周期中的M型超晶格结构由下至上包括10ML InAs、1MLGaSb、5ML AlSb和1ML GaSb，其中ML表示原子层，M型势垒层140为非故意掺杂，未掺杂下载流子浓度为1016cm-3，M型势垒层140厚度为500nm。
吸收层150由若干个周期的InAs和GaSb超晶格结构构成，每个周期中的超晶格结构由下至上包括10ML InAs和7ML GaSb，其中ML表示原子层，吸收层150掺杂方式为GaSb层中掺杂Be，Be的掺杂浓度为1.0×1016cm-3，吸收层150的厚度为2μm。
p型接触层160由若干个周期的InAs和GaSb超晶格结构构成，每个周期中的超晶格结构由下至上包括10ML InAs和7ML GaSb，其中ML表示原子层，p型接触层160的掺杂方式为GaSb层中掺杂Be，Be的掺杂浓度为2.0×1018cm-3，p型接触层160的厚度为800nm。
S2、形成金属接触层200
采用负性光刻胶作为掩膜，在红外探测器外延片100的p型接触层160表面形成掩膜，然后在红外探测器外延片100的p型接触层160表面采用电子束蒸发形成金属接触层200，完成金属剥离后，去除掩膜，再形成钝化层，并通过光刻图形化和刻蚀，在金属接触层200上端进行开孔。
金属接触层200包括依次层叠布置的Ni层、Ag层、Ni层、Pt层和Au层，Ni层结合于p型接触层160。
其中，Ni层的厚度为10nm，Ag层的厚度为200nm，Ni层的厚度为30nm，Pt层的厚度为150nm，Au层的厚度为250nm。
S3、形成金属连接柱300
使用负性光刻胶或者反转胶的方式制作铟柱图形，并蒸镀铟柱，去除光刻胶，制得Ⅱ类超晶格红外探测器单元结构10。
实施例2
本申请实施例提供一种Ⅱ类超晶格红外探测器单元结构及其制备方法，其包括以下步骤：
S1、刻蚀
提供红外探测器外延片100，先在红外探测器外延片100的p型接触层160表面形成一层氧化硅层，再在氧化硅层表面形成正性光刻胶，经过感光和显影后，已感光的光刻胶去除，露出部分氧化硅层，去除露出的部分氧化硅层，再去除剩下的光刻胶，形成目标图形，刻蚀使得部分区域露出内部的n型接触层130，完成刻蚀后，去除掩膜。
红外探测器外延片100包括依次层叠布置的衬底层110、缓冲层120、n型接触层130、M型势垒层140、吸收层150和p型接触层160，p型接触层160连接于粘附层210。
衬底层110为GaSb衬底，衬底层110厚度为450μm；
缓冲层120为GaSb缓冲层120，缓冲层120厚度为800nm；
n型接触层130由若干个周期的InAs、GaSb、AlSb和GaSb M型超晶格结构构成，每个周期中的M型超晶格结构由下至上包括10ML InAs、1ML GaSb、5ML AlSb和1ML GaSb，其中ML表示原子层，n型接触层130的掺杂方式为InAs层中掺杂Si元素，Si的掺杂浓度为2.0×1018cm-3，n型接触层130厚度为500nm。
M型势垒层140由若干个周期的InAs、GaSb、AlSb和GaSb M型超晶格结构构成，每个周期中的M型超晶格结构由下至上包括10ML InAs、1ML GaSb、5ML AlSb和1ML GaSb，其中ML表示原子层，M型势垒层140为非故意掺杂，未掺杂下载流子浓度为1016cm-3，M型势垒层140厚度为500nm。
吸收层150由若干个周期的InAs和GaSb超晶格结构构成，每个周期中的超晶格结构由下至上包括10ML InAs和7ML GaSb，其中ML表示原子层，吸收层150掺杂方式为GaSb层中掺杂Be，Be的掺杂浓度为1.0×1016cm-3，吸收层150的厚度为2μm。
p型接触层160由若干个周期的InAs和GaSb超晶格结构构成，每个周期中的超晶格结构由下至上包括10ML InAs和7ML GaSb，其中ML表示原子层，p型接触层160的掺杂方式为GaSb层中掺杂Be，Be的掺杂浓度为2.0×1018cm-3，p型接触层160的厚度为800nm。
S2、形成金属接触层200
采用负性光刻胶作为掩膜，在红外探测器外延片100的p型接触层160表面形成掩膜，然后在红外探测器外延片100的p型接触层160表面采用电子束蒸发形成金属接触层200，完成金属剥离后，去除掩膜，再形成钝化层，并通过光刻图形化和刻蚀，在金属接触层200上端进行开孔。
金属接触层200包括依次层叠布置的Ti层、Al层、Ti层、Pt层和Au层，Ni层结合于p型接触层160。
其中，Ti层的厚度为10nm，Al层的厚度为200nm，Ti层的厚度为30nm，Pt层的厚度为150nm，Au层的厚度为250nm。
S3、形成金属连接柱300
使用负性光刻胶或者反转胶的方式制作铟柱图形，并蒸镀铟柱，去除光刻胶，制得Ⅱ类超晶格红外探测器单元结构10。
实施例3
本申请实施例提供一种Ⅱ类超晶格红外探测器单元结构及其制备方法，其包括以下步骤：
S1、刻蚀
提供红外探测器外延片100，先在红外探测器外延片100的p型接触层160表面形成一层氧化硅层，再在氧化硅层表面形成正性光刻胶，经过感光和显影后，已感光的光刻胶去除，露出部分氧化硅层，去除露出的部分氧化硅层，再去除剩下的光刻胶，形成目标图形，刻蚀使得部分区域露出内部的n型接触层130，完成刻蚀后，去除掩膜。
红外探测器外延片100包括依次层叠布置的衬底层110、缓冲层120、n型接触层130、M型势垒层140、吸收层150和p型接触层160，p型接触层160连接于粘附层210。
衬底层110为GaSb衬底，衬底层110厚度为450μm；
缓冲层120为GaSb缓冲层120，缓冲层120厚度为800nm；
n型接触层130由若干个周期的InAs、GaSb、AlSb和GaSb M型超晶格结构构成，每个周期中的M型超晶格结构由下至上包括10ML InAs、1ML GaSb、5ML AlSb和1ML GaSb，其中ML表示原子层，n型接触层130的掺杂方式为InAs层中掺杂Si元素，Si的掺杂浓度为2.0×1018cm-3，n型接触层130厚度为500nm。
M型势垒层140由若干个周期的InAs、GaSb、AlSb和GaSb M型超晶格结构构成，每个周期中的M型超晶格结构由下至上包括10ML InAs、1ML GaSb、5ML AlSb和1ML GaSb，其中ML表示原子层，M型势垒层140为非故意掺杂，未掺杂下载流子浓度为1016cm-3，M型势垒层140厚度为500nm。
吸收层150由若干个周期的InAs和GaSb超晶格结构构成，每个周期中的超晶格结构由下至上包括10ML InAs和7ML GaSb，其中ML表示原子层，吸收层150掺杂方式为GaSb层中掺杂Be，Be的掺杂浓度为1.0×1016cm-3，吸收层150的厚度为2μm。
p型接触层160由若干个周期的InAs和GaSb超晶格结构构成，每个周期中的超晶格结构由下至上包括10ML InAs和7ML GaSb，其中ML表示原子层，p型接触层160的掺杂方式为GaSb层中掺杂Be，Be的掺杂浓度为2.0×1018cm-3，p型接触层160的厚度为800nm。
S2、形成金属接触层200
采用负性光刻胶作为掩膜，在红外探测器外延片100的p型接触层160表面形成掩膜，然后在红外探测器外延片100的p型接触层160表面采用电子束蒸发形成金属接触层200，完成金属剥离后，去除掩膜，再形成钝化层，并通过光刻图形化和刻蚀，在金属接触层200上端进行开孔。
金属接触层200包括依次层叠布置的ITO层、Al层、Ti层、Pt层和Au层，Ni层结合于p型接触层160。
其中，ITO层的厚度为80nm，Al层的厚度为200nm，Ti层的厚度为30nm，Pt层的厚度为150nm，Au层的厚度为250nm。
S3、形成金属连接柱300
使用负性光刻胶或者反转胶的方式制作铟柱图形，并蒸镀铟柱，去除光刻胶，制得Ⅱ类超晶格红外探测器单元结构10。
对比例1
本申请对比例提供一种Ⅱ类超晶格红外探测器单元结构及其制备方法，其包括以下步骤：
S1、刻蚀
提供红外探测器外延片100，先在红外探测器外延片100的p型接触层160表面形成一层氧化硅层，再在氧化硅层表面形成正性光刻胶，经过感光和显影后，已感光的光刻胶去除，露出部分氧化硅层，去除露出的部分氧化硅层，再去除剩下的光刻胶，形成目标图形，刻蚀使得部分区域露出内部的n型接触层130，完成刻蚀后，去除掩膜。
红外探测器外延片100包括依次层叠布置的衬底层110、缓冲层120、n型接触层130、M型势垒层140、吸收层150和p型接触层160，p型接触层160连接于粘附层210。
衬底层110为GaSb衬底，衬底层110厚度为450μm；
缓冲层120为GaSb缓冲层120，缓冲层120厚度为800nm；
n型接触层130由若干个周期的InAs、GaSb、AlSb和GaSb M型超晶格结构构成，每个周期中的M型超晶格结构由下至上包括10ML InAs、1MLGaSb、5ML AlSb和1ML GaSb，其中ML表示原子层，n型接触层130的掺杂方式为InAs层中掺杂Si元素，Si的掺杂浓度为2.0×1018cm-3，n型接触层130厚度为500nm。
M型势垒层140由若干个周期的InAs、GaSb、AlSb和GaSb M型超晶格结构构成，每个周期中的M型超晶格结构由下至上包括10ML InAs、1MLGaSb、5ML AlSb和1ML GaSb，其中ML表示原子层，M型势垒层140为非故意掺杂，未掺杂下载流子浓度为1016cm-3，M型势垒层140厚度为500nm。
吸收层150由若干个周期的InAs和GaSb超晶格结构构成，每个周期中的超晶格结构由下至上包括10ML InAs和7ML GaSb，其中ML表示原子层，吸收层150掺杂方式为GaSb层中掺杂Be，Be的掺杂浓度为1.0×1016cm-3，吸收层150的厚度为2μm。
p型接触层160由若干个周期的InAs和GaSb超晶格结构构成，每个周期中的超晶格结构由下至上包括10ML InAs和7ML GaSb，其中ML表示原子层，p型接触层160的掺杂方式为GaSb层中掺杂Be，Be的掺杂浓度为2.0×1018cm-3，p型接触层160的厚度为800nm。
S2、形成金属接触层200
采用负性光刻胶作为掩膜，在红外探测器外延片100的p型接触层160表面形成掩膜，然后在红外探测器外延片100的p型接触层160表面采用电子束蒸发形成金属接触层200，完成金属剥离后，去除掩膜，再形成钝化层，并通过光刻图形化和刻蚀，在金属接触层200上端进行开孔。
金属接触层200包括依次层叠布置的Ti层、Pt层和Au层，Ti层结合于p型接触层160。
其中，Ti层的厚度为50nm，Pt层的厚度为100nm，Au层的厚度为300nm。
S3、形成金属连接柱300
使用负性光刻胶或者反转胶的方式制作铟柱图形，并蒸镀铟柱，去除光刻胶，制得Ⅱ类超晶格红外探测器单元结构10。
试验例1
取实施例1～3和对比例1制得的Ⅱ类超晶格红外探测器单元结构10，通过倒装焊接工艺完成与读出电路的键合，通过杜瓦瓶封装和制冷机降温，连接FPGA、摄像头及显示器后制得Ⅱ类超晶格红外探测器。
检测Ⅱ类超晶格红外探测器的量子效率，以黑体作为光源，测得探测器在特定波段的滤光片下的光电流或光电压，从所测得的光电流或者光电压中，可以得到器件的量子效率。量子效率是指光生载流子数与输入光子数的比值，结果如表1所示。
表1Ⅱ类超晶格红外探测器的量子效率
项目 实施例1 实施例2 实施例3 对比例1
量子效率 35％ 37％ 38％ 29％
由实施例1～3和对比例1对比可知，本申请在不增加光刻次数且成本提升极少的情况下，将红外探测器量子效率提升5％～10％，对于Ⅱ类超晶格红外探测器的量子效率偏低的缺点有较好的优化作用。
以上所述仅为本申请的具体实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种Ⅱ类超晶格红外探测器单元结构，其特征在于，所述Ⅱ类超晶格红外探测器单元结构包括：
红外探测器外延片；
金属接触层，所述金属接触层包括依次层叠布置的粘附层、反射层、连接层、第一保护层和第二保护层，所述粘附层连接于所述红外探测器外延片；
金属连接柱，所述金属连接柱连接于所述第二保护层。
2.根据权利要求1所述的Ⅱ类超晶格红外探测器单元结构，其特征在于，所述反射层由Ag或Al制成。
3.根据权利要求1所述的Ⅱ类超晶格红外探测器单元结构，其特征在于，所述粘附层为Ni层，所述反射层为Ag层，所述连接层为Ni层，所述第一保护层为Pt层，所述第二保护层为Au层；
可选地，所述粘附层的厚度为5nm～20nm。
4.根据权利要求1所述的Ⅱ类超晶格红外探测器单元结构，其特征在于，所述粘附层为Ti层，所述反射层为Al层，所述连接层为Ti层，所述第一保护层为Pt层，所述第二保护层为Au层；
可选地，所述粘附层的厚度为5nm～20nm。
5.根据权利要求1所述的Ⅱ类超晶格红外探测器单元结构，其特征在于，所述粘附层为ITO层，所述反射层为Al层，所述连接层为Ti层，所述第一保护层为Pt层，所述第二保护层为Au层；
可选地，所述粘附层的厚度为50nm～100nm。
6.根据权利要求1～5任一项所述的Ⅱ类超晶格红外探测器单元结构，其特征在于，所述红外探测器外延片包括依次层叠布置的衬底层、缓冲层、n型接触层、M型势垒层、吸收层和p型接触层，所述p型接触层连接于所述粘附层。
7.一种权利要求1～6任一项所述的Ⅱ类超晶格红外探测器单元结构的制备方法，其特征在于，所述Ⅱ类超晶格红外探测器单元结构的制备方法包括：在红外探测器外延片的信号输出端镀金属形成所述金属接触层。
8.根据权利要求7所述的Ⅱ类超晶格红外探测器单元结构的制备方法，其特征在于，镀金属的方法包括电子束蒸发或溅射。
9.根据权利要求7所述的Ⅱ类超晶格红外探测器单元结构的制备方法，其特征在于，在红外探测器外延片的信号输出端镀金属形成所述金属接触层前，采用负性光刻胶做掩膜，在红外探测器外延片的信号输出端镀金属形成所述金属接触层后，去除所述掩膜。
10.一种Ⅱ类超晶格红外焦平面探测器，其特征在于，所述Ⅱ类超晶格红外焦平面探测器包括多个权利要求1～6任一项所述的Ⅱ类超晶格红外探测器单元结构，多个所述Ⅱ类超晶格红外探测器单元结构呈阵列分布。
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