[发明专利]一种InSb基高温工作红外探测器材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电探测技术领域，尤其涉及一种InSb基高温工作红外探测器材料及其制备方法。

背景技术

InSb材料由于其在优越的光电性能，国外InSb探测器广泛应用于军事领域已有30多年，包括响尾蛇(Sidewinder)、英国的先进近距空空导弹(ASRAAM)、以色列怪蛇4、美国最新装备的高空预警飞机“全球鹰”等。经过几十年的发展，InSb探测器工艺已经非常成熟，其性能也已经得到了极大的开发。但它必须在80K左右的温度下工作，因此很难适应现代武器系统对红外探测器轻型化、灵巧化、低成本、快速启动和较好的环境适应性的需求，高温工作的红外探测器是适应未来发展的重要技术途径之一。如果能够将探测器工作温度提高到液氩制冷机的温度(90K)以上，将大大减少制冷时间和功耗实现快速启动。目前，国际主要红外探测器研制机构已经将大量精力投入到研制高工作温度的高性能红外探测器的方向上。国外已经发展多种结构的MBE外延型InSb探测器，以色列SCD以及英国BAE报道了他们制备的分子束外延InSb和InAlSb材料制备的器件以及实现高温探测器。

采用掺铝InSb材料，结合势垒层的制备可以大幅度提高器件的工作温度，目前最高已经实现了130K成像输出，但是基于较厚的掺铝层会带来材料失配，导致材料制备难度加大限制了InAlSb红外探测器的进一步发展，基于以往的工艺和技术路线在实现更高的高温工作方面遇到极大的挑战，因此需要转变研究思路、开发新的工艺和技术路线以及新的材料结构来实现更高工作温度。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种InSb基高温工作红外探测器材料及其制备方法，用以解析现有技术中InSb基红外探测器材料工作温度比较低的问题。

为解决上述问题，本发明主要是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种InSb基高温工作红外探测器材料的制备方法，其特征在于，包括：

步骤A：选取势垒层Al组分以及吸收层掺杂浓度；

步骤B：将InSb衬底装入外延生长室MBE，经预除气处理以及去除氧化层处理制备外延级InSb衬底；

步骤C：在所述外延级InSb衬底上生长InSb缓冲层以及InSb下接触层；

步骤D：在所述InSb下接触层上生长InSb吸收层；

步骤E：在所述InSb吸收层上生长InAlSb势垒层；

步骤F：在所述InAlSb势垒层上生长InSb上接触层。

进一步地，选取所述势垒层的Al组分为10％-30％，n型或p型电极层掺杂浓度为2×10¹⁶-5×10¹⁷cm^-3。

进一步地，所述InSb衬底厚度为490-520μm；所述去除氧化层的去除温度小于500℃，去除过程中衬底在Sb束流的保护下。

进一步地，所述Sb束流大小为10^-6Torr量级。

进一步地，InSb缓冲层的厚度为0.5μm，InSb下接触层的生长厚度为0.1-0.5μm，n型掺杂或p型掺杂浓度为2×10¹⁶-5×10¹⁷cm^-3。

进一步地，所述InSb吸收层的生长厚度0.8-1.1μm。

进一步地，所述InAlSb势垒层厚度为20-100nm，且所述InAlSb势垒层引入p型或n型掺杂。

进一步地，该方法还包括：所述步骤B、C、D、E、F均在真空度10^-10Torr量级以上的分子束外延设备中生长的。

本发明另一方面提供了通过上述任意一种方法制备的一种InSb基高温工作红外探测器材料。

本发明有益效果如下：

本发明所提供的一种InSb基高温工作红外探测器材料，采用了nBin或pB’ip势垒层结构。由于空间电荷区宽度的减小，产生-复合电流大幅降低；由于吸收层掩埋在大禁带宽度的势垒层下，器件表面漏电大大降低；两种结构的工作载流子均为少子，对于pB’ip结构，其少子为电子，与空穴相比，电子有更长的扩散长度和更高的迁移率，光生载流子的收集更有效，因此利用pB’ip结构可以得到更高的量子效率，而且对于空穴势垒层，空穴遂穿的几率很小，遂穿电流也得到了极大的抑制，从而大大提高了InSb基红外探测器材料的工作温度的范围。