CN108231926A - 一种红外探测器及其制备方法 - Google Patents
一种红外探测器及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108231926A CN108231926A CN201611160619.4A CN201611160619A CN108231926A CN 108231926 A CN108231926 A CN 108231926A CN 201611160619 A CN201611160619 A CN 201611160619A CN 108231926 A CN108231926 A CN 108231926A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- inas
- ingaas
- superlattices
- gasb
- type
- 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.)
- Granted
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims description 14
- 229910000673 Indium arsenide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 173
- RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N indium arsenide Chemical compound [In]#[As] RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 173
- 229910005542 GaSb Inorganic materials 0.000 claims abstract description 97
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 68
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 40
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 24
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 28
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 13
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 12
- 238000002161 passivation Methods 0.000 claims description 7
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 93
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 8
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 6
- 229910017115 AlSb Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 description 3
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 3
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 2
- 101100208382 Danio rerio tmsb gene Proteins 0.000 description 1
- 229910000661 Mercury cadmium telluride Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 1
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 1
- RBFQJDQYXXHULB-UHFFFAOYSA-N arsane Chemical compound [AsH3] RBFQJDQYXXHULB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000070 arsenic hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000262 chemical ionisation mass spectrometry Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 1
- 238000001931 thermography 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 potential barriers, 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
- H01L31/109—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential 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
- H01L31/0248—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 characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0256—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 characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
- H01L31/0264—Inorganic materials
- H01L31/0304—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
-
- 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
- H01L31/0248—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 characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0352—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 characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
- H01L31/035236—Superlattices; Multiple quantum well structures
-
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
本发明涉及半导体技术领域，尤其是一种红外探测器，从下至上依次包括：衬底、p型InAs/GaSb超晶格下接触层、p型InAs/GaSb超晶格吸收层、InGaAs/InAs/InAsSb/InAs/InGaAs超晶格势垒层、p型InAs/GaSb超晶格上接触层；以及，设置于p型InAs/GaSb超晶格下接触层的上端面的下电极和设置于p型InAs/GaSb超晶格上接触层的上端面的上电极。本发明使用无Al的InGaAs/InAs/InAsSb/InAs/InGaAs W型超晶格作为势垒层，材料容易外延生长，并且长期稳定性和可靠型较高。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种红外探测器的结构改进。
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。相对于碲镉汞红外探测器(HgCdTe)，它的均匀性重复性更好、成本更低、在甚长波段性能更好；相对于量子阱红外探测器(QWIP)，它的量子效率更高、暗电流更小、工艺更简单。
半导体红外探测器根据器件结构通常分为光伏型和光电导型。最近几年，随着对锑化物探测器的深入研究和探测机理的深入理解，红外探测器家族涌现出一种具有全新量子结构的器件，即势垒型红外探测器。它的工作原理是在无光照下，半导体中的多子被势垒层阻拦使得暗电流被抑制；在有光照下，吸收层产生的少子电流不会被阻挡而顺利到达电极产生信号。势垒型探测器通过能带工程和材料工程的运用极大的减小了探测器暗电流，增强了探测能力，提高了器件工作温度。
目前报道的锑化物势垒型红外探测器包括nBn型器件和pMp型器件。nBn器件的典型结构是采用n型InAsSb吸收层，AlAsSb势垒层(Barrier)，n型InAsSb接触层，所以简写为nBn型器件，其势垒层能够阻挡电子通过而允许空穴通过。该结构被以色列的SCD公司采用而业已商业化。pMp器件的典型结构采用p型InAs/GaSb超晶格吸收层，GaSb/InAs/GaSb/AlSb M型超晶格势垒层(得名M型是因其能带排列形似英文字母M)，p型InAs/GaSb超晶格接触层，所以简写为pMp型器件，其势垒层能够阻挡空穴而允许电子通过。该结构于2009年被美国西北大学报道。尽管nBn和pMp的器件性能较传统器件有一定提升，但是，由于势垒层均使用了含铝(Al)的材料(nBn中采用的AlAsSb和pMp中采用的AlSb)，而Al极易氧化，增加了势垒型探测器的生长和加工难度，影响了器件的稳定性和可靠性。
发明内容
针对目前势垒型红外探测器技术的不足，本发明的主要目的在于提供一种无铝(Al)的pWp势垒型锑化物超晶格红外探测器，能有效提升探测器性能，降低材料生长和加工难度，确保器件的可靠性。其中W型势垒层采用了InGaAs/InAs/InAsSb/InAs/InGaAs超晶格，其能带排列形似英文字母W。
本发明这种红外探测器，从下至上依次包括：衬底、p型InAs/GaSb超晶格下接触层、p型InAs/GaSb超晶格吸收层、InGaAs/InAs/InAsSb/InAs/InGaAs超晶格势垒层、p型InAs/GaSb超晶格上接触层；以及，设置于所述p型InAs/GaSb超晶格下接触层的上端面的下电极和设置于所述p型InAs/GaSb超晶格上接触层的上端面的上电极。
其中，所述InGaAs/InAs/InAsSb/InAs/InGaAs超晶格势垒层由InGaAs、InAs、InAsSb、和InAs材料层依次交替组成，厚度为0.1～2μm；所述InGaAs/InAs/InAsSb/InAs/InGaAs超晶格势垒层平均晶格参数与所述衬底匹配。
其中，所述InGaAs/InAs/InAsSb/InAs/InGaAs超晶格势垒层有效带宽对应波长为2～5μm。
其中，所述InGaAs、InAs、InAsSb和InAs材料层的交替周期为100～1000。
其中，所述p型InAs/GaSb超晶格下接触层、所述p型InAs/GaSb超晶格吸收层、所述p型InAs/GaSb超晶格上接触层均与所述衬底晶格匹配。
本发明还提供这种红外探测器的制备方法，包括如下步骤：
在所述GaSb或InAs衬底上依次生长p型InAs/GaSb超晶格下接触层、p型InAs/GaSb超晶格吸收层、InGaAs/InAs/InAsSb/InAs/InGaAs超晶格势垒层、p型InAs/GaSb超晶格上接触层；
沉积电极：在所述p型InAs/GaSb超晶格下接触层的上端面、所述p型InAs/GaSb超晶格上接触层的上端面分别沉积下电极、上电极。
其中，所述InGaAs/InAs/InAsSb/InAs/InGaAs超晶格势垒层由InGaAs、InAs、InAsSb、和InAs材料层依次交替组成，厚度为0.1～2μm；所述InGaAs/InAs/InAsSb/InAs/InGaAs超晶格势垒层平均晶格参数与所述衬底匹配。
其中，所述InGaAs/InAs/InAsSb/InAs/InGaAs超晶格势垒层有效带宽对应波长为2～5μm。
其中，所述InGaAs、InAs、InAsSb和InAs材料层的交替周期为100～1000。
其中，所述p型InAs/GaSb超晶格下接触层、所述p型InAs/GaSb超晶格吸收层、所述p型InAs/GaSb超晶格上接触层均与所述衬底晶格匹配。
其中，在所述沉积电极步骤之前，还包括台面刻蚀步骤和钝化步骤。
其中，所述生长步骤采用金属有机物化学气相沉积或分子束外延工艺。
有益效果：
(1)本发明使用无Al的InGaAs/InAs/InAsSb/InAs/InGaAs W型超晶格作为势垒层，相对于现有的GaSb/InAs/GaSb/AlSb M型超晶格，材料更易外延生长，器件更易加工制备，并且长期稳定性和可靠型更高；
(2)本发明采用了设计独特的pWp结构，其中W型势垒和p型吸收层的导带差ΔEc接近0eV，而价带差ΔEv大于0.2eV，这样探测器在无光照下空穴电流被W型势垒层阻拦使得暗电流被抑制，在有光照下，吸收层产生的少子电流不会被阻挡而顺利到达电极产生信号，保证了器件的最佳性能；
(3)本发明的探测器采用p型InAs/GaSb超晶格作为吸收层，也就是在工作状态下少子为电子，这样器件的少子扩散长度长，量子效率高，暗电流低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图，其中：
图1为本发明红外探测器的结构示意图。
图2为本发明红外探测器的能带示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
参阅图1所示，在本发明的一典型实施案例中提供了一种无铝的pWp势垒型锑化物超晶格红外探测器结构，其从下至上依次包括：GaSb或InAs衬底10、p型InAs/GaSb超晶格下接触层11、p型InAs/GaSb超晶格吸收层12、InGaAs/InAs/InAsSb/InAs/InGaAs超晶格势垒层13、p型InAs/GaSb超晶格上接触层14；以及，设置于所述p型InAs/GaSb超晶格下接触层11的上端面的下电极16，和设置于所述p型InAs/GaSb超晶格上接触层14的上端面的上电极15。
其中，所述p型InAs/GaSb超晶格下接触层11形成于GaSb或InAs衬底10的上端面，由InAs和GaSb材料层交替组成，交替周期可为20～500；并且与起始衬底10晶格匹配，厚度为0.1～2μm，掺杂方式为p型均匀掺杂，掺杂浓度为1×1017～1×1019cm-3。
其中，所述p型InAs/GaSb超晶格吸收层12由InAs和GaSb材料层交替层叠组成，交替周期可为100～2000；p型InAs/GaSb超晶格吸收层与起始衬底10晶格匹配，其有效带宽对应波长为3～25μm，总厚度为1～8μm，掺杂方式为p型均匀掺杂，掺杂浓度为1×1015～1×1018cm-3。
其中，所述InGaAs/InAs/InAsSb/InAs/InGaAs超晶格势垒层13由InGaAs、InAs、InAsSb、和InAs薄层按顺序交替组成，交替周期可为100～1000；并且平均晶格参数与起始衬底10匹配，其有效带宽对应波长为2～5μm，总厚度为0.1～2μm，掺杂方式为非掺或p型均匀掺杂。
结合图2所示，p型InAs/GaSb超晶格吸收层12由InAs薄层和GaSb薄层交替形成并构成二类能带结构；而InGaAs/InAs/InAsSb/InAs/InGaAs超晶格势垒层13由InGaAs、InAs、InAsSb、和InAs薄层按顺序交替组成，其能带排列形似英文字母W。p型InAs/GaSb超晶格吸收层和所述W型的InGaAs/InAs/InAsSb/InAs/InGaAs超晶格势垒层的导带差ΔEc接近0eV，而价带差ΔEv大于0.2eV，这样探测器在无光照下空穴电流被W型势垒层阻拦使得暗电流被抑制，在有光照下，吸收层产生的少子电流不会被阻挡而顺利到达电极产生信号，保证了器件的最佳性能。
进一步地，所述p型InAs/GaSb超晶格上接触层14由InAs和GaSb材料层交替组成，交替周期可为20～500；并且与起始衬底10晶格匹配，厚度为0.1～2μm，掺杂方式为p型均匀掺杂，掺杂浓度为1×1017～1×1019cm-3。
其中，所述下电极16与所述InAs/GaSb超晶格下接触层11的上端面连接，所述上电极15与InAs/GaSb超晶格上接触层14的上端面连接。
本发明还提供了一种无Al的pWp势垒型锑化物超晶格红外探测器的制备方法，其可以包括如下步骤：
S1，选用金属有机物化学气相沉积和分子束外延工艺中的任一种，在GaSb或InAs衬底10上依次外延生长p型InAs/GaSb超晶格下接触层11、p型InAs/GaSb超晶格吸收层12、InGaAs/InAs/InAsSb/InAs/InGaAs超晶格势垒层13、以及p型InAs/GaSb超晶格上接触层14。
S2：在所述外延片上进行台面制作，并沉积介质膜进行台面和侧壁钝化。选用湿法腐蚀、感应耦合等离子体刻蚀、反应离子刻蚀工艺的任一种制作所述台面；选用等离子体增强化学气相沉积工艺制作形成所述介质钝化膜。
S3：最后选用电子束蒸发工艺，在所述InAs/GaSb超晶格下接触层11的上端面沉积下电极16，在所述InAs/GaSb超晶格上接触层14的上端面沉积上电极15。
本发明提供的一种无Al的pWp势垒型锑化物超晶格红外探测器及其制备方法适合于制备单元分立器件，也适合于制备焦平面探测器阵列(FPA)等。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。
实施例1
使用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)作为生长工艺，提供InAs衬底10，生长源为TEGa、TMIn、TMSb和AsH3，p型掺杂源为DEZn。生长温度约500℃，反应室压力为100Torr。在高温处理除去衬底表面杂质后，按照如图1所示的红外探测器结构依次生长：
(1)100个交替周期InAs/GaSb超晶格下接触层11，InAs厚度4.8nm，GaSb厚度2.4nm，也即总厚度0.72μm，在InAs和GaSb中掺Zn，平均浓度为2×1018cm-3；
(2)250个交替周期InAs/GaSb超晶格吸收层12，InAs厚度4.8nm，GaSb厚度2.4nm，也即总厚度1.8μm，在InAs和GaSb中掺Zn，平均浓度为2×1017cm-3；
(3)150个交替周期InGaAs/InAs/InAsSb/InAs/InGaAs超晶格势垒层13,其中InGaAs中Ga组分40％，InAsSb中Sb组分25％，按生长顺序InGaAs厚度0.6nm，InAs厚度0.6nm，InAsSb厚度1.5nm，InAs厚度0.6nm，也即总厚度0.495μm，各层掺Zn，平均浓度为1×1016cm-3；
(4)100周期InAs/GaSb超晶格上接触层14，InAs厚度4.8nm，GaSb厚度2.4nm，也即总厚度0.72μm，在InAs和GaSb中掺Zn，平均浓度为2×1018cm-3。
生长完成后，采用感应耦合等离子体刻蚀(ICP)制作台面，然后采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺沉积SiO2介质钝化层进行台面和侧壁钝化，再使用标准光刻和反应离子刻蚀(RIE)工艺选择性刻蚀掉SiO2介质保护层。
最后用电子束蒸发工艺在InAs/GaSb超晶格下接触层11的上端面沉积下电极16，在InAs/GaSb超晶格上接触层14的上端面沉积上电极15。金属为组合。
该实施例中生长采用了工业化的MOCVD工艺，能够减小成本，提高性价比。InAs/GaSb超晶格吸收层截至波长约10μm。整体工艺流程比较适合做焦平面探测器阵列。
实施例2
使用分子束外延工艺(MBE)作为生长工艺，提供GaSb衬底10，生长源为固态单质源Ga、In、As和Sb，p型掺杂源为Be。生长温度约400℃。在衬底除气去杂后按照如图1所示的红外探测器结构依次生长：
(1)250个交替周期InAs/GaSb超晶格下接触层11，InAs厚度4.5nm，GaSb厚度2.1nm，也即总厚度1.65μm，在InAs和GaSb中掺Be，平均浓度为5×1017cm-3；
(2)800个交替周期InAs/GaSb超晶格吸收层12，InAs厚度4.5nm，GaSb厚度2.1nm，也即总厚度5.28μm，在InAs和GaSb中掺Be，平均浓度为5×1016cm-3；
(3)250个交替周期InGaAs/InAs/InAsSb/InAs/InGaAs超晶格势垒层13,其中InGaAs中Ga组分30％，InAsSb中Sb组分40％，按生长顺序InGaAs厚度0.6nm，InAs厚度0.9nm，InAsSb厚度3nm，InAs厚度0.9nm，也即总厚度1.35μm，非掺杂；
(4)250个交替周期InAs/GaSb超晶格上接触层14，InAs厚度4.5nm，GaSb厚度2.1nm，也即总厚度1.65μm，在InAs和GaSb中掺Be，平均浓度为5×1017cm-3。
生长完成后采用湿法腐蚀工艺制作台面，然后采用PECVD工艺沉积Si3N4介质层进行台面和侧壁钝化，再使用标准光刻和湿法腐蚀工艺选择性刻蚀掉Si3N4介质保护层。
最后用电子束蒸发工艺在InAs/GaSb超晶格下接触层11的上端面沉积下电极16，在InAs/GaSb超晶格上接触层14的上端面沉积上电极15。金属为组合。
该实施例中使用较为常见的MBE工艺，InAs/GaSb超晶格吸收层截至波长约9μm。由于MBE工艺能形成陡峭界面，该实施例提供的锑化物超晶格探测器性能较高。
需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (12)
1.一种红外探测器，其特征在于，从下至上依次包括：衬底、p型InAs/GaSb超晶格下接触层、p型InAs/GaSb超晶格吸收层、InGaAs/InAs/InAsSb/InAs/InGaAs超晶格势垒层、p型InAs/GaSb超晶格上接触层；以及，设置于所述p型InAs/GaSb超晶格下接触层的上端面的下电极和设置于所述p型InAs/GaSb超晶格上接触层的上端面的上电极。
2.根据权利要求1所述红外探测器，其特征在于，所述InGaAs/InAs/InAsSb/InAs/InGaAs超晶格势垒层由InGaAs、InAs、InAsSb、和InAs材料层依次交替组成，厚度为0.1～2μm；所述InGaAs/InAs/InAsSb/InAs/InGaAs超晶格势垒层平均晶格参数与所述衬底匹配。
3.根据权利要求1或2所述红外探测器，其特征在于，所述InGaAs/InAs/InAsSb/InAs/InGaAs超晶格势垒层有效带宽对应波长为2～5μm。
4.根据权利要求1或2所述红外探测器，其特征在于，所述InGaAs、InAs、InAsSb和InAs材料层的交替周期为100～1000。
5.根据权利要求1所述红外探测器，其特征在于，所述p型InAs/GaSb超晶格下接触层、所述p型InAs/GaSb超晶格吸收层、所述p型InAs/GaSb超晶格上接触层均与所述衬底晶格匹配。
6.一种红外探测器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
在所述GaSb或InAs衬底上依次生长p型InAs/GaSb超晶格下接触层、p型InAs/GaSb超晶格吸收层、InGaAs/InAs/InAsSb/InAs/InGaAs超晶格势垒层、p型InAs/GaSb超晶格上接触层；
沉积电极：在所述p型InAs/GaSb超晶格下接触层的上端面、所述p型InAs/GaSb超晶格上接触层的上端面分别沉积下电极、上电极。
7.根据权利要求6所述红外探测器的制备方法，其特征在于，所述InGaAs/InAs/InAsSb/InAs/InGaAs超晶格势垒层由InGaAs、InAs、InAsSb、和InAs材料层依次交替组成，厚度为0.1～2μm；所述InGaAs/InAs/InAsSb/InAs/InGaAs超晶格势垒层平均晶格参数与所述衬底匹配。
8.根据权利要求6或7所述红外探测器的制备方法，其特征在于，所述InGaAs/InAs/InAsSb/InAs/InGaAs超晶格势垒层有效带宽对应波长为2～5μm。
9.根据权利要求6或7所述红外探测器的制备方法，其特征在于，所述InGaAs、InAs、InAsSb和InAs材料层的交替周期为100～1000。
10.根据权利要求6所述红外探测器的制备方法，其特征在于，所述p型InAs/GaSb超晶格下接触层、所述p型InAs/GaSb超晶格吸收层、所述p型InAs/GaSb超晶格上接触层均与所述衬底晶格匹配。
11.根据权利要求6所述红外探测器的制备方法，其特征在于，在所述沉积电极步骤之前，还包括台面刻蚀步骤和钝化步骤。
12.根据权利要求6述红外探测器的制备方法，其特征在于，所述生长步骤采用金属有机物化学气相沉积或分子束外延工艺。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201611160619.4A CN108231926B (zh) | 2016-12-15 | 2016-12-15 | 一种红外探测器及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201611160619.4A CN108231926B (zh) | 2016-12-15 | 2016-12-15 | 一种红外探测器及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108231926A true CN108231926A (zh) | 2018-06-29 |
| CN108231926B CN108231926B (zh) | 2019-08-02 |
Family
ID=62650541
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201611160619.4A Active CN108231926B (zh) | 2016-12-15 | 2016-12-15 | 一种红外探测器及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108231926B (zh) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109801992A (zh) * | 2019-01-16 | 2019-05-24 | 浙江焜腾红外科技有限公司 | 一种具有强制n型表面态的InAs/GaSb二类超晶格光探测器 |
| CN110518085A (zh) * | 2019-05-05 | 2019-11-29 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 锑化物超晶格雪崩光电二极管及其制备方法 |
| CN111106203A (zh) * | 2018-10-29 | 2020-05-05 | 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 |
| CN111129187A (zh) * | 2018-10-30 | 2020-05-08 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 红外光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 |
| CN113327992A (zh) * | 2021-05-19 | 2021-08-31 | 南京国科半导体有限公司 | 中波超晶格红外探测器 |
| CN114582996A (zh) * | 2020-12-02 | 2022-06-03 | 中国科学院半导体研究所 | 周期渐变超晶格宽光谱红外探测器及其制备方法 |
| CN117855339A (zh) * | 2024-03-05 | 2024-04-09 | 山西创芯光电科技有限公司 | 一种完全去除衬底的超晶格红外探测器制备方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101322291A (zh) * | 2006-02-03 | 2008-12-10 | 株式会社理光 | 表面发射激光器装置及包含其的表面发射激光器阵列 |
| CN103887360A (zh) * | 2014-04-16 | 2014-06-25 | 中国科学院半导体研究所 | InAs/GaSb超晶格红外光电探测器及其制备方法 |
| 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 |
| 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 |
-
2016
- 2016-12-15 CN CN201611160619.4A patent/CN108231926B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101322291A (zh) * | 2006-02-03 | 2008-12-10 | 株式会社理光 | 表面发射激光器装置及包含其的表面发射激光器阵列 |
| CN103887360A (zh) * | 2014-04-16 | 2014-06-25 | 中国科学院半导体研究所 | InAs/GaSb超晶格红外光电探测器及其制备方法 |
| 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 |
| 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 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| B.M. NGUYEN: ""Minority electron unipolar photodetectors based on type II InAs/GaSb/AlSb superlattices for very long wavelength infrared detection"", 《APPLIED PHYSICS LETTERS》 * |
| C.L. CANEDY: ""Controlling dark current in type-II superlattice photodiodes"", 《INFRARED PHYSICS & TECHNOLOGY》 * |
| E.H. AIFER: ""Shallow-Etch Mesa Isolation of Graded-Bandgap ‘‘W’’-Structured Type II Superlattice Photodiodes"", 《JOURNAL OF ELECTRONIC MATERIALS》 * |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111106203B (zh) * | 2018-10-29 | 2021-04-23 | 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 |
| CN111106203A (zh) * | 2018-10-29 | 2020-05-05 | 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 |
| CN111129187A (zh) * | 2018-10-30 | 2020-05-08 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 红外光探测器及其制作方法 |
| CN109801992B (zh) * | 2019-01-16 | 2021-05-18 | 浙江焜腾红外科技有限公司 | 一种具有强制n型表面态的InAs/GaSb二类超晶格光探测器 |
| CN109801992A (zh) * | 2019-01-16 | 2019-05-24 | 浙江焜腾红外科技有限公司 | 一种具有强制n型表面态的InAs/GaSb二类超晶格光探测器 |
| CN110518085B (zh) * | 2019-05-05 | 2021-05-11 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 锑化物超晶格雪崩光电二极管及其制备方法 |
| CN110518085A (zh) * | 2019-05-05 | 2019-11-29 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 锑化物超晶格雪崩光电二极管及其制备方法 |
| 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 |
| 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 |
| CN114582996A (zh) * | 2020-12-02 | 2022-06-03 | 中国科学院半导体研究所 | 周期渐变超晶格宽光谱红外探测器及其制备方法 |
| CN113327992A (zh) * | 2021-05-19 | 2021-08-31 | 南京国科半导体有限公司 | 中波超晶格红外探测器 |
| CN117855339A (zh) * | 2024-03-05 | 2024-04-09 | 山西创芯光电科技有限公司 | 一种完全去除衬底的超晶格红外探测器制备方法 |
| CN117855339B (zh) * | 2024-03-05 | 2024-05-14 | 山西创芯光电科技有限公司 | 一种完全去除衬底的超晶格红外探测器制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108231926B (zh) | 2019-08-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108231926B (zh) | 一种红外探测器及其制备方法 | |
| US10707368B2 (en) | Solar cell having a plurality of absorbers connected to one another by means of charge-carrier-selective contacts | |
| KR101991767B1 (ko) | 넓은 밴드갭 반도체 재료를 갖는 이미터 영역을 구비한 태양 전지 | |
| US20160190377A1 (en) | A high efficiency stacked solar cell | |
| JP2009164544A (ja) | 太陽電池のパッシベーション層構造およびその製造方法 | |
| TW201251079A (en) | Photon recycling in an optoelectronic device | |
| US20130174896A1 (en) | Tandem solar cell using a silicon microwire array and amorphous silicon photovoltaic layer | |
| CN111129187B (zh) | 红外光探测器及其制作方法 | |
| US20150034159A1 (en) | Hole-blocking TiO2/Silicon Heterojunction for Silicon Photovoltaics | |
| KR101768907B1 (ko) | 태양 전지 제조 방법 | |
| WO2003056634A1 (fr) | Photodetecteur a semi-conducteur et procede de fabrication | |
| 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 | |
| US20110168226A1 (en) | Solar cell module and method of manufacturing the same | |
| 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 | |
| CN108615782B (zh) | 一种紫外探测器及其制造方法 | |
| CN108231923B (zh) | 一种红外探测器及其制备方法 | |
| CN110444628A (zh) | 红外探测器及其制作方法 | |
| US20120167975A1 (en) | Solar Cell And Method For Manufacturing The Same | |
| WO2012002144A1 (ja) | 受光素子およびその製造方法 | |
| US20120255608A1 (en) | Back-surface-field type of heterojunction solar cell and a production method therefor | |
| CN110021678B (zh) | 红外光探测器及其制备方法 | |
| KR20090019600A (ko) | 고효율 태양전지 및 그의 제조방법 | |
| CN109216485B (zh) | 红外探测器及其制备方法 |
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 | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20210506 Address after: Room 300, 3rd floor, building 20, Suzhou nano City, 99 Jinjihu Avenue, Suzhou Industrial Park, 215000, Jiangsu Province Patentee after: Suzhou Jingge Semiconductor Co.,Ltd. Address before: 215123, Suzhou Industrial Park, Jiangsu, Suzhou, if waterway 398 Patentee before: SUZHOU INSTITUTE OF NANO-TECH AND NANO-BIONICS (SINANO), CHINESE ACADEMY OF SCIENCES |