CN215869410U - 长波iii-v族红外探测器 - Google Patents
长波iii-v族红外探测器 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种长波III‑V族红外探测器,所述红外探测器结构包括衬底、缓冲层、吸收层和帽层;其中,所述吸收层的材料为非故意掺杂的BInAsSbBi,所述非故意掺杂的BInAsSbBi的组分结构满足:BxIn1‑xAs1‑y‑zSbyBiz,其中,x≥0.1,0.4≤y≤0.7,0.01≤z≤0.06。本实用新型通过满足适当组分要求的BInAsSbBi材料作为吸收层来制备长波III‑V族红外探测器,获得了较好的化学稳定性,在保证耐热性的同时具有较高的吸收系数,能够保持与衬底较小的晶格失配,从而提升了探测器性能。
Description
技术领域
本实用新型属于半导体技术领域,特别涉及一种长波III-V族红外探测器及其制备方法。
背景技术
所有物体都会发射与其温度和表面特性相关的热辐射,室温物体的热辐射集中在长波红外(8-14微米)波段,长波红外的光电探测器具有重要的应用需求和应用价值。常见的长波III-V族红外探测器分为热敏型和光子型。热敏型长波III-V族红外探测器可常温工作,对波长不敏感,虽然可满足一些对性能要求不高的常规应用,但其探测灵敏度和成像分辨率不高,响应速度也较慢,难以满足对探测性能要求较高的应用场景。
光子型长波III-V族红外探测器利用光电转换原理对红外光进行探测,具有较高的探测灵敏度,也具有较高的响应速度,能够满足高性能探测的要求。探测器应用时一般需要制冷。用于制备光子型长波III-V族红外探测器的材料主要有II-VI族碲镉汞,通过调节材料组分可以与碲锌镉衬底晶格匹配,是目前长波III-V族红外探测器的主流。但是其键能较弱,材料生长温度较低,化学稳定性不足,后续器件工艺和使用时也不能承受高温。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有技术中II-VI族碲镉汞作为制备光子型长波III-V族红外探测器的材料键能较弱,材料生长温度较低,化学稳定性不足,后续器件工艺和使用时无法承受高温;以及III-V族材料的InAs/GaSb II类超晶格的长波III-V族红外探测器因为吸收系数较小导致量子效率较低的缺陷,提供一种长波III-V族红外探测器及其制备方法。
本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题:
本实用新型提供了一种长波III-V族红外探测器,所述红外探测器结构包括衬底、缓冲层、吸收层和帽层;其中,所述吸收层的材料为非故意掺杂的BInAsSbBi,所述非故意掺杂的BInAsSbBi的组分结构满足:
BxIn1-xAs1-y-zSbyBiz,其中,x≥0.1,0.4≤y≤0.7,0.01≤z≤0.06。
较佳地,所述衬底、所述缓冲层、所述帽层的材料均为GaSb。
较佳地,所述衬底、所述缓冲层、所述帽层均为InAs材料。
较佳地,所述缓冲层采用P型掺杂,所述帽层采用N型高掺杂。
较佳地,所述缓冲层采用N型掺杂,所述帽层采用P型高掺杂。
较佳地,所述缓冲层掺杂的载流子浓度高于1×1018cm-3;
所述帽层掺杂的载流子浓度高于1×1018cm-3。
较佳地,所述缓冲层的厚度为0.5μm-1μm。
较佳地,所述帽层的厚度为0.2μm-0.6μm。
较佳地,所述吸收层的厚度为1μm-3μm。
本实用新型还提供了一种长波III-V族红外探测器的制备方法,其特征在于,包括步骤:
在衬底上生长缓冲层,所述缓冲层和所述衬底材料相同;
在所述缓冲层上生长吸收层;所述吸收层的材料为非故意掺杂的 BInAsSbBi,所述吸收层的组分结构满足BxIn1-xAs1-y-zSbyBiz,其中x≥0.1, 0.4≤y≤0.7,0.01≤z≤0.06;
在所述吸收层上生长帽层;所述帽层和所述衬底的材料相同;所述帽层和所述缓冲层的掺杂类型相反;
基于完成材料生长的衬底制备所述长波III-V族红外探测器。
本实用新型的积极进步效果在于:本实用新型提供的长波III-V族红外探测器及其制备方法通过在衬底上以满足适当组分要求的BInAsSbBi材料作为吸收层制备长波III-V族红外探测器,获得了较好的化学稳定性,保证了耐热性的同时,具有较高的吸收系数,能够保持与衬底较小的晶格失配,从而提升了探测器性能。
附图说明
图1为本实用新型的实施例的长波III-V族红外探测器的结构示意图。
图2为本实用新型的实施例的长波III-V族红外探测器的制备方法的流程图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本实用新型,但并不因此将本实用新型限制在所述的实施例范围之中。
参见图1所示,本实施例具体提供了一种长波III-V族红外探测器100,包括衬底101、缓冲层102、吸收层103和帽层104;其中,吸收层103的材料为非故意掺杂的BInAsSbBi,组分结构满足:BxIn1-xAs1-y-zSbyBiz;
其中,x≥0.1,0.4≤y≤0.7,0.01≤z≤0.06。
III-V族材料具有较好的化学稳定性,而经多次测试获得的该组份材料的吸收层103具有较高的吸收系数,可保持与衬底较小的晶格失配,实现获得较高的材料质量和探测效果。
作为较佳的实施方式,衬底101、缓冲层102、帽层104的材料均为GaSb。
作为较佳的实施方式,衬底101、缓冲层102、帽层104均为InAs材料。
作为较佳的实施方式,所述缓冲层采用P型掺杂,所述帽层采用N型高掺杂。
作为较佳的实施方式,所述缓冲层采用N型掺杂,所述帽层采用P型高掺杂。
作为较佳的实施方式,缓冲层102掺杂的载流子浓度高于1×1018cm-3;帽层104掺杂的载流子浓度高于1×1018cm-3。
作为较佳的实施方式,缓冲层102的厚度为0.5μm-1μm。
作为较佳的实施方式,帽层104的厚度为0.2μm-0.6μm。
作为较佳的实施方式,吸收层103的厚度为1μm-3μm。
参见图2所示,通过下述制备方法制备长波III-V族红外探测器100,包括步骤:
S1.在衬底上生长缓冲层,缓冲层和衬底材料相同;
S2.在缓冲层上生长吸收层;吸收层的材料为非故意掺杂的BInAsSbBi,吸收层的组分结构满足BxIn1-xAs1-y-zSbyBiz,其中x≥0.1,0.4≤y≤0.7,0.01 ≤z≤0.06;
S3.在吸收层上生长帽层;帽层和衬底的材料相同;帽层和缓冲层的掺杂类型相反;
S4.基于完成材料生长的衬底制备长波III-V族红外探测器。
作为较佳的实施方式,本实施例提供了一种长波III-V族红外探测器200;衬底201为GaSb材料;缓冲层202和帽层204均为GaSb材料;吸收层203 为B0.1In0.9As0.37Sb0.6Bi0.03材料。
较佳地,通过下述制备方法制备长波III-V族红外探测器200,包括步骤:
S1’.采用分子束外延在GaSb材料的衬底201之上生长GaSb材料的缓冲层202,缓冲层202的厚度0.5μm,缓冲层202采用P型高掺杂,缓冲层202 掺杂的载流子浓度为2×1018cm-3。
S2’.生长非故意掺杂的B0.1In0.9As0.37Sb0.6Bi0.03材料的吸收层203,吸收层 203的厚度为1.5μm;
S3’.生长GaSb材料的帽层204,帽层204的厚度0.3μm,帽层204采用 N型高掺杂,帽层204掺杂载流子浓度为2×1018cm-3;
S4’.对于完成生长的GaSb基B0.1In0.9As0.37Sb0.6Bi0.03的材料,采用光刻、刻蚀、沉积等器件工艺方法制备长波III-V族红外探测器器件200。
上述器件工艺方法为本领域技术人员所知晓,故不再赘述。
作为较佳的实施方式,本实施例还提供了一种长波III-V族红外探测器 300,其衬底301为GaSb材料;缓冲层302和帽层304均为GaSb材料;吸收层303为B0.12In0.88As0.3Sb0.65Bi0.05材料。
较佳地,通过下述制备方法制备长波III-V族红外探测器300,包括步骤:
S1”.采用分子束外延在InAs材料的衬底301之上生长InAs材料的缓冲层302,缓冲层302的厚度1μm,缓冲层302采用N型高掺杂,缓冲层302 掺杂的载流子浓度为1×1018cm-3。
S2”.生长非故意掺杂的B0.12In0.88As0.3Sb0.65Bi0.05材料的吸收层303,吸收层303的厚度为2.5μm;
S3”.生长InAs材料的帽层304,帽层304的厚度0.5μm,帽层304采用 P型高掺杂,帽层304掺杂载流子浓度为3×1018cm-3;
S4”.对于完成生长的InAs基B0.12In0.88As0.3Sb0.65Bi0.05材料,采用光刻、刻蚀、沉积等器件工艺方法制备长波III-V族红外探测器器件300。
本实施例中提供的长波III-V族红外探测器及其制备方法通过在衬底上以满足适当组分要求的BInAsSbBi材料作为吸收层制备长波III-V族红外探测器,获得了较好的化学稳定性,保证了耐热性的同时,具有较高的吸收系数,能够保持与衬底较小的晶格失配,从而提升了探测器性能。
虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式,但是本领域的技术人员应当理解,这仅是举例说明,本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下,可以对这些实施方式做出多种变更或修改,但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.一种长波III-V族红外探测器,其特征在于,所述红外探测器结构包括衬底、缓冲层、吸收层和帽层;其中,所述吸收层的材料为非故意掺杂的BInAsSbBi,所述非故意掺杂的BInAsSbBi的组分结构满足:
BxIn1-xAs1-y-zSbyBiz,其中,x≥0.1,0.4≤y≤0.7,0.01≤z≤0.06;
所述吸收层的厚度为1μm-3μm。
2.如权利要求1所述的长波III-V族红外探测器,其特征在于,所述衬底、所述缓冲层、所述帽层的材料均为GaSb。
3.如权利要求1所述的长波III-V族红外探测器,其特征在于,所述衬底、所述缓冲层、所述帽层均为InAs材料。
4.如权利要求1所述的长波III-V族红外探测器,其特征在于,所述缓冲层采用P型掺杂,所述帽层采用N型高掺杂。
5.如权利要求1所述的长波III-V族红外探测器,其特征在于,所述缓冲层采用N型掺杂,所述帽层采用P型高掺杂。
6.如权利要求1所述的长波III-V族红外探测器,其特征在于,
所述缓冲层掺杂的载流子浓度高于1×1018cm-3;
所述帽层掺杂的载流子浓度高于1×1018cm-3。
7.如权利要求1所述的长波III-V族红外探测器,其特征在于,所述缓冲层的厚度为0.5μm-1μm。
8.如权利要求1所述的长波III-V族红外探测器,其特征在于,所述帽层的厚度为0.2μm-0.6μm。
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