[发明专利]一种中/长波红外双波段超晶格红外探测器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种中/长波红外双波段超晶格红外探测器及其制备方法，本发明的红外探测器结构设计简单，容易实现，其中M结构SL势垒结构可有效阻挡两个吸收层中大多数空穴载流子暗电流输运，而近零导带偏差几乎不会影响光生少子电子自由通行。通过势垒可有效降低G‑R、隧穿和表面泄露暗电流，具有超过传统光伏器件的潜力。少子是电子，扩散长度更长，预测QE要比nBn型结构更高，而且p型材料的本征载流子浓度比n型更稳定，不易随温度变化，可以实现高温工作。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种偏压可选的中波红外/长波红外双波段超晶格红外探测器及其制备方法。

背景技术

由于高灵敏、高分辨和多功能红外成像的需求在增长，实现双光谱或多光谱焦平面阵列(Focal Plane Array，FPA)红外探测是第三代红外探测器发展的重要方向之一。

热辐射物体有很大一部分处于3～5μm波段的中波红外(Medium wave infraredchannel，MWIR)范围，较热的目标在普朗克黑体辐射曲线的MWIR段上具有较高的能量,中波红外探测广泛用于空中监控、恶劣环境中的目标确定、血管和癌症探测、工业过程监控等应用中；然而室温物体的发射大多位于8～12μm的长波红外(Long wave infrared，LWIR)大气窗口，LWIR适合陆基红外成像；MWIR可提供比LWIR更好的对比度，适合探测热焰物体，而LWIR可提供室温或更冷物体的成像。但是现有的针对中波红外和长波红外进行同时探测的探测器的结构复杂制备相对困难，从而限制其使用范围。

发明内容

本发明提供了一种偏压可选的中波红外/长波红外双波段超晶格红外探测器及其制备方法，以解决现有技术现有的针对中波红外和长波红外进行同时探测的探测器的结构复杂制备困难的问题。

第一方面，本发明提供了一种偏压可选的中波红外/长波红外双波段超晶格红外探测器，包括：所述探测器的每个像元均为pMp型中/长波双带超晶格结构；

所述pMp型中/长波双带超晶格结构从衬底开始依次包括：第一预设厚度的中波红外MWIR GaSb电极层、第二预设厚度的MWIR SL接触层、第三预设厚度的MWIR SL吸收层、第四预设厚度的M结构SL势垒层、第五预设厚度的长波红外LWIR SL吸收层、第六预设厚度的LWIR SL接触层以及第七预设厚度的LWIR电极覆盖层；

通过所述M结构SL势垒层夹在所述MWIR SL吸收层和所述长波红外LWIR SL吸收层之间构成pMp结构，并通过导带高度或掺杂保持与所述MWIR SL吸收层和所述长波红外LWIRSL吸收层之间连续的导带偏差。

可选地，通过调节所述M结构SL势垒层的n型掺杂浓度，使得与所述MWIR SL吸收层和所述长波红外LWIR SL吸收层间形成两个不同势垒高度的pn结，通过调节工作偏压极性及大小来改变不同pn结的势垒高度，以使所述MWIR SL吸收层和所述长波红外LWIR SL吸收层产生的光生少子电子通过，得到偏压可选择的中波红外/长波红外双波段超晶格红外探测器。

可选地，所述M结构SL势垒层为0.5μm厚的n掺M结构SL势垒。

可选地，所述MW GaSb电极层为200nm厚的掺p型GaSb电极层。

可选地，所述MW SL接触层为0.5μm厚的掺p型SL接触层。

可选地，所述MW SL吸收层为2～4μm厚的截止波长5μm的p型掺杂吸收层。

可选地，所述的LW SL吸收层为2～4μm厚的截止波长10μm的p型掺杂吸收层。

可选地，所述LWIR SL接触层为0.5μm厚的p型掺杂接触层。

可选地，所述LWIR电极覆盖层为200nm厚的p型GaSb LW电极覆盖层。