[发明专利]隧道补偿超晶格红外探测器

权利要求书

1.隧道补偿超晶格红外探测器，其特征在于：依次在衬底上生长N型下接触层(4)、阻挡势垒(9)、超晶格红外吸收区(10)、重掺杂N型区(11)和重掺杂P型区(12)，超晶格红外吸收区(10)由GaAs/AlGaAs材料按照一定的周期结构生长多对；根据探测器性能的要求重复生长阻挡势垒(9)、超晶格红外吸收区(10)、重掺杂N型区(11)和重掺杂P型区(12)以提升器件的性能，最后外延上接触层(2)；采用半导体工艺制作台面，并在该台面的上下制作上金属电极(1)和下金属电极(5)；采用超晶格结构代替隧道补偿多有源区红外探测器的n+-GaAs势阱作为红外吸收区，分离隧道结耗尽区和红外吸收区，克服原设计中P型和N型GaAS掺杂浓度的微小变化对势阱形状及有效阱宽的影响较大以致阱中能级很难控制的缺点；

隧道结耗尽区不能扩展到超晶格红外吸收区，重掺杂N型区(11)设计得宽，以保证实际掺杂浓度与设计的误差不会影响到超晶格红外吸收区，同时，N型区的重掺杂会导致杂质散射的概率增加，影响电子的输运速度，因此N型区亦不能过厚。

2.根据权利要求1所述的隧道补偿超晶格红外探测器，其特征在于：超晶格红外吸收区由周期排列的本征型AlGaAs势垒层和N型掺杂的GaAs势阱层构成，势垒层的厚度足够薄而形成隧道共振；基于隧道共振效应，补偿电流隧穿势垒至超晶格基态能带，填充受到红外辐射时电子受激跃迁留下的空位。

3.根据权利要求1所述的隧道补偿超晶格红外探测器，其特征在于：以隧道结的反向偏压电流补偿超晶格红外吸收区电子受激跃迁留下的空位；N型区(11)和P型区(12)均为重掺杂，以保证实现价带到导带的隧穿。

4.根据权利要求1所述的隧道补偿超晶格红外探测器，其特征在于：重掺杂P型区对入射光也存在很大的吸收，但与超晶格红外吸收层不同的是，在P型势垒区被吸收的光子不能产生光电子，其是对入射光的一种吸收损耗。

5.根据权利要求1所述的隧道补偿超晶格红外探测器，其特征在于：阻挡势垒(9)为本征型材料，以减小该层对光生载流子的散射和吸收。

6.根据权利要求1所述的隧道补偿超晶格红外探测器，其特征在于：阻挡势垒(9)的厚度为30～50nm，以减小器件的暗电流。

7.根据权利要求1所述的隧道补偿超晶格红外探测器，其特征在于：当器件没有受到红外辐照时，由于阻挡势垒(9)的阻挡，超晶格红外吸收区(10)内的电子不能在工作电场下逃逸而形成电流，因此超晶格红外吸收区(10)始终被电子填满，由于没有空位，价带电子不能形成隧穿电流，整个器件呈现很高的暗电阻，因此具有比传统的多量子阱或超晶格结构红外探测器更小的暗电流；当器件的超晶格红外吸收区(10)受到红外辐照时，该区内的大量电子会受激跃迁并在外加电场的作用越过阻挡势垒(9)，并加速形成光电流；由于该器件结构中重掺杂P型区(12)和重掺杂N型区(11)形成很大的势场，光电流在到达该势场时会被加速，并以极高的速度通过下一个超晶格红外吸收区(10)，上述过程在每通过一个隧道结时，都会再次发生，直到光电流被电极收集；同时由于大量的电子从超晶格红外吸收区(10)激发出去，在超晶格红外吸收区(10)会产生大量的空位，重掺杂P型区(12)中的价带电子会以极快的速度隧穿到超晶格红外吸收区(10)填补这些空位，形成隧穿电流。