[发明专利]一种三色红外探测器的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体材料及器件领域，涉及一种三色红外探测器。

背景技术

红外探测器由于自身优异的性能已经广泛应用于洲际弹道导弹预警、红外导引、夜视、通信、高光谱成像、医学、大气监测等军用和民用领域。随着探测技术的发展和对探测要求的提高，当前红外探测技术向着获取更多目标信息的方向发展，从而对红外探测器的性能提出了更高要求。目前，国内外第三代红外探测器的重要发展方向之一就是实现多波段同时探测。如果一个探测系统能在多个波段获取目标信息，就可以对复杂的背景进行抑制，提高对目标的探测效果。在预警、搜索和跟踪系统中能明显的降低虚警率，显著提高探测系统的性能和在各武器平台的通用性；在医学诊断、安防监控和天文观测等领域能更好的识别目标，提高获取目标信息的准确性。

目前，碲镉汞和多量子阱结构是两种主流的双色红外探测器，但是以上两种探测器都存在着各自 明显的缺点。碲镉汞材料的大面积均匀性差，多量子阱结构不能吸收正入射光，需要复杂的耦合结构，量子效率低。从20世纪70年代，应变层超晶格已经成为日益活跃的研究热点。与传统红外探测材料HgCdTe相比，InAs/GaSb T2SLs（type-II superlattices）具有特殊的错开型能带结构，具有低成本、大面积均匀性好、响应波段范围宽、隧穿电流小、俄歇复合率低等优点，能够克服碲镉汞红外探测器均匀性差和量子阱红外探测器量子效率低的缺陷，在红外探测领域具有广泛的应用前景，是目前国际上的研究热点。然而，因为这种材料体系制备的器件具有相对高的产生复合（G-R）暗电流，从而使其没有展示出预期的高性能。相对高的产生复合暗电流是由于低的Shockley-Read-Hall （SRH）寿命所造成，而低的SRH寿命又是由于在GaSb层所存在的原始缺陷。

我们知道，InAs_xSb_1-x是一种典型的III-V族三元化合物半导体材料，也是目前发现的禁带宽度最小的本征型III-V族化合物半导体。在室温下InAs_xSb_1-x的禁带宽度可到0.099eV（对应截止波长为12.5μm）甚至更小。InAs_xSb_1-x的结构稳定，As与Sb和In之间都是稳定的共价键结合，InAs_xSb_1-x的载流子迁移率比Hg_xCd_1-xTe的高，而且介电常数和室温下的自扩散系数（约5.2×10^-16cm²/s）都比较小，InAsSb已成为重要的红外探测器和气体传感器的最佳材料之一。同时，InAs/InAsSb窄带隙应变层超晶格的响应波长（禁带宽度）的控制是由Sb组分决定，能够覆盖与InAs/GaSb超晶格相同的红外波段，InAs/InAsSb超晶格可以在与InAs/GaSb超晶格相同的波长范围内工作，相比于InAs/GaSb T2SL，InAs/InAsSb SL体系具有更长的少子寿命，这有利于减少隧穿效应，降低暗电流，大幅提高器件的性能。

发明内容

鉴于上述分析，本发明旨在提供一种具有低暗电流、高探测率、高载流子迁移率、低串扰的三色红外探测器。

本发明的另一个目的是提供一种上述的低暗电流、高探测率、高载流子迁移率、低串扰的三色红外探测器的制备方法。

本发明主要是通过以下技术方案实现的：

1. 一种三色红外探测器，包括GaSb衬底、沉积于GaSb衬底上的外延结构、钝化层、金属电极，其特征在于所述外延结构从下至上依次为Be掺杂的GaSb缓冲层、p型InAs/InAsSb超晶格接触层、未掺杂的InAs/InAsSb超晶格红外吸收层、n型InAs/InAsSb超晶格接触层、第一n型InAsSb接触层、AlAsSb电子势垒层、非掺杂InAsSb红外吸收层、第二n型InAsSb接触层、n型低温GaSb接触层、未掺杂低温GaSb红外吸收层、p型低温GaSb接触层（盖层），外延结构的两侧经刻蚀形成台阶，台阶的深度分别至p型InAs/InAsSb超晶格接触层（或Be掺杂GaSb缓冲层）和第一n型InAsSb接触层（或n型InAs/InAsSb超晶格接触层），电极包括金属下电极、金属中电极和金属上电极，金属下电极与P型InAs/InAsSb超晶格接触层（或Be掺杂GaSb缓冲层）形成欧姆接触，金属中电极与第一n型InAsSb接触层（或n型InAs/InAsSb超晶格接触层）形成欧姆接触，金属上电极形成于台阶的上方，与盖层形成欧姆接触。