[发明专利]平面结构的锑化物二类超晶格红外探测器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种红外探测器，尤其涉及一种基于平面结构的pin型锑化物二类超晶格红外探测器及其制备方法，属于半导体技术领域。

背景技术

红外技术是军事中重要的战略战术手段，在导弹预警、微光成像、目标追踪、光电对抗等领域应用广泛。在现代高科技战争的需求下，红外探测系统已经发展到第三代，即具有大面阵、高帧频、更好的热分辨率、多色探测能力以及即时信号处理能力等特征。锑化物InAs/GaSb和InAs/InAsSb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、在甚长波长段性能更好；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、可靠性更高。

当前锑化物二类超晶格探测器发展的最大技术障碍是探测器的暗电流过高，造成器件噪音大，工作温度低。其中暗电流的一个重要来源就是表面漏电流。目前锑化物超晶格探测器的研究和生产过程中均采用台面结构，也就是用刻蚀工艺把工作区以外的半导体材料去除而实现器件之间的电学隔离，但是，刻蚀完成后由于半导体晶体连续性被打破，导致器件侧壁产生表面态和反型层，从而使侧壁表面出现导电通道而产生表面漏电流。尽管研究者采取了各种手段如沉积SiO₂、聚酰亚胺、光刻胶SU-8等介质材料对探测器表面进行钝化处理，但效果有限，工艺还有待完善。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的主要目的在于提供一种基于平面结构的pin型锑化物二类超晶格红外探测器及其制备方法。

为了实现上述的目的，本发明采用了如下的技术方案：

在一些实施案例中提供的一种平面结构的pin型锑化物二类超晶格红外探测器包括沿设定方向依次分布的下电极、InAs/GaSb或InAs/InAsSb超晶格吸收层、InAs/GaSb超晶格或GaSb或GaAsSb接触层以及上电极，并且于所述接触层内或所述接触层与超晶格吸收层内还局部分布有p型区域。

在一些实施案例中，所述超晶格吸收层形成于n型InAs或GaSb衬底的上端面，并且所述超晶格吸收层与衬底之间还分布有n型InAs或InAsSb缓冲层。

在一些实施案例中，所述接触层上还设有非故意掺杂的InAs或AlGaSb钝化层和/或介质保护层。

在一些实施案例中还提供了一种制作平面结构的pin型锑化物二类超晶格红外探测器的方法，其可以包括：

在n型InAs或GaSb衬底上端面依次形成n型InAs或InAsSb缓冲层、n型InAs/GaSb或InAs/InAsSb超晶格吸收层、n型InAs/GaSb超晶格或GaSb或GaAsSb接触层、非故意掺杂的InAs或AlGaSb钝化层以及介质保护层；

选择性除去介质保护层和钝化层的部分区域而形成扩散窗口，使所述接触层的局部区域从所述扩散窗口暴露出；

在从所述扩散窗口暴露出的接触层上进行p型掺杂源的扩散形成p型接触区，并控制扩散深度至所述接触层内或所述超晶格吸收层内；

在所述p型接触区表面制作上电极以及在所述衬底下端面或所述缓冲层上端面制作下电极。

较之现有技术，本发明的优点至少在于：

(1)本发明通过形成平面结构，在探测器工作区内半导体晶体连续性得到保护，杜绝了常规台面探测器中的表面漏电流，简化了探测器的制作工艺，提高了锑化物超晶格红外探测器的可靠性。

(2)本发明的探测器通过采用pin结构，也就是在n型材料中选择性的扩散p型掺杂源形成p型区域，工艺易于实施，可靠性高；

(3)本发明采用了设计独特的pin探测器的外延结构，即使用n型InAs或InAsSb缓冲层、n型InAs/GaSb或InAs/InAsSb超晶格吸收层和p型InAs/GaSb超晶格或GaSb或GaAsSb接触区，其对应能带不存在势垒，使得探测器在工作状态下空穴能够顺利通过p型接触区到达上电极，电子能够顺利通过n型缓冲层达到下电极，保证了探测器的顺利工作而使性能达到最佳。

附图说明

图1是本发明一典型实施案例中一种平面结构的pin型锑化物二类超晶格红外探测器的结构示意图；

图2是本发明一典型实施案例中一种红外探测器的能带示意图；