[发明专利]一种基于Sb化物的中短波双色红外探测器及其制备方法

权利要求书

1.一种基于Sb化物的中短波双色红外探测器的结构，其特征在于，该探测器的结构包括GaSb衬底和沉积于GaSb衬底上的外延结构，所述外延结构从下至上包括：Te掺杂N型GaSb缓冲层，中波红外InAs/GaSb超晶格N型层，中波红外InAs/GaSb超晶格非故意掺杂吸收层，中波红外InAs/GaSb超晶格P型层，短波红外GaSb体材料P型层，短波红外GaSb体材料非故意掺杂吸收层，短波红外GaSb体材料N型层，所述外延结构侧面经电感耦合等离子体ICP刻蚀形成台阶，使剩余的外延结构呈圆柱形，所述台阶的深度为5000nm，所述台阶深至中波红外InAs/GaSb超晶格N型层，所述台阶的下台面设置有环型的金属下电极，所述金属下电极与Te掺杂N型GaSb缓冲层接触；所述台阶的上台面设置有环型的金属上电极，所述金属上电极与短波红外GaSb体材料N型层接触，环型的所述金属上电极中心的圆孔为通光孔；所述台阶外侧壁从内至外依次设置有硫化层和SiO₂钝化层，所述金属下电极、金属上电极和通光孔无所述硫化层和SiO₂钝化层覆盖。

2.一种制备如权利要求1所述的一种基于Sb化物的中短波双色红外探测器的方法，其特征在于包括如下步骤：

对GaSb衬底进行除气与脱氧的预处理：除气过程包括低温除气和高温除气，低温除气在分子束外延系统进样室中进行，温度为200℃，除气时间150分钟，低温除气完成后将GaSb衬底转入分子束外延系统缓冲室中进行高温除气，温度为500℃，除气时间60-100分钟，高温除气完成后将GaSb衬底转入分子束外延系统的生长室中进行脱氧处理，逐步给GaSb衬底升温，当温度升高至370℃左右时，打开Sb源炉快门，使GaSb衬底处于Sb₂束流氛围的保护下，同时使用反射高能电子衍射装置实时观测脱氧情况，当反射高能电子衍射装置接收屏出现亮点或条纹时说明脱氧开始，一般在出现脱氧条纹的温度下升高30℃-40℃进行脱氧处理，脱氧温度一般为630℃-660℃，脱氧时间一般为15-30分钟；

观察GaSb衬底再构情况：使用反射高能电子衍射装置观测步骤（1）处理后的GaSb衬底，高温时GaSb衬底呈现X3再构，再构条纹较稀疏，每两再构点之间有两条再构条纹；低温时GaSb衬底呈现X5再构，再构条纹较密集，每两再构点之间有四条再构条纹；先使GaSb衬底降温呈现X5再构，再逐步升高GaSb衬底温度，观察GaSb衬底由X5再构转变为X3再构时的再构转变温度，并称其为再构温度Tc，确定再构温度Tc；

生长Te掺杂N型GaSb缓冲层：将步骤（2）确定再构温度Tc的GaSb衬底升温至Te掺杂N型GaSb缓冲层的生长温度，生长800nm厚度的Te掺杂N型GaSb缓冲层，生长温度为Tc+110℃，生长速率为0.5ML/s；

生长中波红外InAs/GaSb超晶格N型层：降温GaSb衬底温度，在步骤（3）制得的Te掺杂N型GaSb缓冲层上生长500nm厚度的中波红外InAs/GaSb超晶格N型层，生长温度为Tc-15℃，生长速率为In(0.4ML/s)，Ga(0.5ML/s)；

生长中波红外InAs/GaSb超晶格非故意掺杂吸收层：在步骤（4）制得的中波红外InAs/GaSb超晶格N型层上继续生长1500nm厚度的中波红外InAs/GaSb超晶格非故意掺杂吸收层，生长温度为Tc-15℃，生长速率为In(0.4ML/s)，Ga(0.5ML/s)；

生长中波红外InAs/GaSb超晶格P型层：在步骤（5）制得的中波红外InAs/GaSb超晶格非故意掺杂吸收层上继续生长500nm厚度的中波红外InAs/GaSb超晶格P型层，生长温度为Tc-15℃，生长速率为In(0.4ML/s)，Ga(0.5ML/s)；

生长短波红外GaSb体材料P型层：调整GaSb衬底温度，在步骤（6）制得的中波红外InAs/GaSb超晶格P型层上继续生长500nm厚度的短波红外GaSb体材料P型层，生长温度为Tc-15℃，生长速率为0.5ML/s；

生长短波红外GaSb体材料非故意掺杂吸收层：在步骤（7）制得的短波红外GaSb体材料P型层上继续生长1500nm厚度的短波红外GaSb体材料非故意掺杂吸收层，生长温度为Tc-15℃，生长速率为0.5ML/s；

生长短波红外GaSb体材料N型层：在步骤（8）制得的短波红外GaSb体材料非故意掺杂吸收层上继续生长500nm厚度的短波红外GaSb体材料N型层，生长温度为Tc-15℃，生长速率为0.5ML/s；

对外延结构进行刻蚀：将步骤（9）制得的沉积于GaSb衬底上的外延结构侧面经电感耦合等离子体ICP刻蚀形成台阶，使剩余的外延结构呈圆柱形，刻蚀采用的气体为CH₄:Cl₂:Ar，台阶的深度为5000nm，台阶深至中波红外InAs/GaSb超晶格N型层；

对外延结构进行硫化处理：使用硫化液对步骤（10）刻蚀得到的台阶侧壁及上下台面进行硫化，硫化采用的硫化液由24g Na₂S∙9H₂ O与500ml乙二醇超声搅拌制成，硫化时，硫化液接电源负极，探测器背面被吸头吸附并接电源正极，控制电源电压25V，电流12mA，探测器正面接触硫化液完成硫化过程；

对外延结构进行钝化处理：使用等离子体化学气相沉积法制备200nm厚度的SiO₂钝化层覆盖于步骤（11）制得的硫化层上；

对外延结构进行光刻开孔处理：对步骤（11）、（12）分别在外延结构的表面制得硫化层和SiO₂钝化层进行光刻开孔处理，光刻开孔处理范围为预设的金属下电极、金属上电极和通光孔范围；

对外延结构进行蒸发电极处理：对在步骤（13）预设的分别位于台阶上台面和下台面的金属上电极、金属下电极范围进行蒸发电极处理，金属下电极、金属上电极采用电子束蒸发Ti/Pt/Au,厚度分别为50nm/50nm/300nm，其中金属上电极呈环形，形成于台阶上台面，且Ti层与短波红外GaSb体材料N型层接触，金属下电极呈环形，形成于台阶下台面，且Ti层与Te掺杂N型GaSb缓冲层接触。