[发明专利]红外探测器及其制作方法

说明书

本发明公开了一种红外探测器及其制作方法。该制作方法包括：提供N型衬底；在所述N型衬底上生长形成探测器外延层；对所述探测器外延层进行选择性刻蚀以形成台面侧壁；在所述台面侧壁上形成介质层；在所述介质层上形成悬空电极；在所述N型衬底上形成下电极，在所述探测器外延层上形成上电极。本发明的红外探测器通过在台面侧壁上设置高介电常数材料薄层和高功函数的悬空电极，通过场效应让该悬空电极在不加外置偏压的情况下使吸收区和P型区的能带变平或向上弯曲，从而有效抑制台面侧壁因能带向下弯曲造成的表面漏电。

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及其制作方法。

背景技术

红外探测器是一种重要的半导体光电子器件，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。锑化物超晶格(InAs/GaSb和InAs/InAsSb)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。2013年美国西北大学展示了截止波长分别为5μm和11μm的320×256像素中长波超晶格双色探测器阵列。2016年以色列SCD公司展示了在4英寸GaSb衬底上制备出的1920×1536像素红外探测器阵列，其工作温度可达150K。虽然在双色、长波探测器面阵方面有巨大市场需求，但相比于成熟的碲镉汞技术，锑化物超晶格技术仍存在若干工程化问题如暗电流较高、工艺不稳定等亟待解决。

目前，锑化物超晶格探测器的主流制备路线是：利用金属有机物化学气相沉积(Metal-organic Chemical Vapor Deposition，简称MOCVD)或分子束外延(MolecularBeam Epitaxy，简称MBE)工艺在InAs或GaSb衬底上外延生长PIN光伏型探测器结构，然后采用干法或者湿法刻蚀制备台面单元，并沉积介质材料如SiO₂等进行表面钝化，最后沉积上下金属电极，形成台面型探测器。由于锑化物材料体系加工工艺和钝化手段尚不成熟，在台面刻蚀中产生的侧壁损伤、表面氧化以及沾污等因素造成表面存在表面势，导致能带在侧壁表面向下弯曲。在非掺的吸收层和P型接触层中，因为能带向下弯曲使得台面侧壁产生电子导电通道，导致器件漏电流高，工艺重复性差。这是目前二类超晶格探测器发展的最大技术瓶颈，限制了它在焦平面探测阵列中的应用和产业化进程。

发明内容

鉴于现有技术存在的不足，本发明提供了一种能使吸收区和P型区的能带变平或向上弯曲的红外探测器及其制作方法。

为了实现上述的目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种红外探测器的制作方法，包括：

提供N型衬底；

在所述N型衬底上生长形成探测器外延层；

对所述探测器外延层进行选择性刻蚀以形成台面侧壁；

在所述台面侧壁上形成介质层；

在所述介质层上形成悬空电极；

在所述N型衬底上形成下电极，在所述探测器外延层上形成上电极。

优选地，在所述N型衬底上生长形成所述探测器外延层的具体方法为：采用金属有机物化学气相沉积或分子束外延工艺依次在所述N型衬底上生长形成N型超晶格接触层、超晶格吸收层和P型超晶格接触层。

优选地，对所述探测器外延层进行选择性刻蚀以形成所述台面侧壁的具体方法为：采用干法或湿法工艺选择性刻蚀所述N型超晶格接触层、所述超晶格吸收层和所述P型超晶格接触层，以使得所述N型超晶格接触层的侧面、所述超晶格吸收层的侧面和所述P型超晶格接触层的侧面共面以形成所述台面侧壁。