[发明专利]一种制作InSb红外探测器的材料结构及其制备方法

说明书

本发明公开了一种制作InSb红外探测器的材料结构及其制备方法，该材料结构包括衬底、以及在衬底上依次生长的防漏电缓冲层、n型InSb重掺杂层、InSb本征吸收层、p型InSb轻掺杂层、p型AlInSb势垒层和p型InSb重掺杂层。制备方法是在衬底上采用MBE的方法依次生长防漏电缓冲层、n型InSb重掺杂层等。本发明通过防漏电缓冲层减少了InSb的缺陷密度和漏电流，采用p型重掺杂势垒层，降低了InSb红外探测器的在反偏电压下的暗电流和工作时的噪声电流，提高了探测率和最高工作温度。

技术领域

本发明涉及制备红外线探测器的半导体材料技术领域，具体涉及一种制作InSb红外探测器的材料结构及其制备方法，和使用该材料结构制备的InSb红外探测器。

背景技术

红外探测器主要包括碲镉汞(TeCrHg)，锑化铟(InSb)等体材料红外探测器，以及量子点、量子阱、超晶格等二维结构材料红外探测器，其中在中红外波段，碲镉汞(TeCrHg)的探测率是最高的，所以目前应用广泛。但是，碲镉汞(TeCrHg)材料没有合适的衬底，并且Hg元素在生长过程中易扩散，因此制备高质量的碲镉汞(TeCrHg)材料比较困难，这些因素导致在制造大面积焦平面红外探测器的时候成品率较低，成本较高，同时碲镉汞(TeCrHg)红外探测器的工作温度较低，需要相应制冷设备来提供工作环境，这就促使人们不断寻找可以替换的新材料。

锑化铟(InSb)材料作为Ⅲ/Ⅴ族化合物半导体材料，禁带宽度为0.17eV，使得它在中红外探测器领域能够有所应用。相比于TeCrHg材料，InSb材料制备的红外探测器具有更好的力学性能，更高的工作温度，更广泛的衬底材料，更方便的生产过程。目前大部分的InSb红外探测器材料都是采用PIN的结构，这种结构的暗电流会比较大，会降低器件的工作温度，因此InSb材料制造红外探测器的研究主要集中在如何减少暗电流，降低噪声，提高工作温度等方面。

InSb材料制备的红外探测器主要应用在中红外波段，目前主要的困难在于室温下工作时探测率较低。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种减少暗电流、降低噪声、提高工作温度的制作InSb红外探测器的材料结构。研究发现，室温下工作时，InSb材料制备的红外探测器的漏电流太大，因此降低了探测率，所以本发明采用InAlSb/InSb的超晶格的方法制备红外探测器可以利用其Al组分的变化增加InSb的势垒高度，将电子限制在InSb层中，从而减少其漏电流，提高室温探测率。采用AlInSb三元合金作为接触层与过渡层之间的势垒，能够有效的阻止InSb表面电子形成的漏电流，从而有效地降低的了InSb红外探测器暗电流，提高了器件的探测率和工作温度。

本发明提供的一种制作InSb红外探测器的材料结构，包括衬底(10)、防漏电缓冲层(20)、n型InSb重掺杂层(30)、InSb本征吸收层(40)、p型InSb轻掺杂层(50)、p型AlInSb势垒层(60)和p型InSb重掺杂层(70)；

防漏电缓冲层(20)为InSb/InAlSb的超晶格结构，生长在衬底(10)上；防漏电缓冲层(20)的结构为第一InAlSb层，其上生长第一InSb层，第一InSb层上再生长第二InAlSb层，第二InAlSb层上生长第二InSb层，第二InSb层上生长第三InAlSb层，第三InAlSb层上生长第三InSb层；

n型InSb重掺杂层(30)生长在防漏电缓冲层(20)上；

InSb本征吸收层(40)生长在n型InSb重掺杂层(30)上；

p型InSb轻掺杂层(50)生长在InSb本征吸收层(40)上；

p型AlInSb势垒层(60)生长在p型InSb轻掺杂层(50)上；

p型InSb重掺杂层(70)生长在p型AlInSb势垒层(60)上。