[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

说明书

本发明公开一种基于Sb化物的中短波双色红外探测器及其制备方法，本发明提出的基于Sb化物的中短波双色红外探测器的结构包括GaSb衬底和沉积于GaSb衬底上的外延结构，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，本发明采用NIPPIN型背靠背双二极管结构，可通过偏压调制实现对短波红外和中波红外的分别探测，采用两个厚度大于等于1.5μm的吸收层可提高吸收系数从而提高量子效率和探测率，且探测器结构简单，制备工艺简单，可重复性强，成本低，利于规模化生产。

技术领域

本发明属于红外光电材料与器件领域，具体涉及一种基于Sb化物的中短波双色红外探测器及其制备方法。

背景技术

红外探测属于无源探测技术，在军用、民用领域有着极其重要的应用。其中，双色红外探测可获取目标不同波段信息，提高抗干扰性能和识别能力、降低虚警率。正常情况下，绝大多数物体自身辐射的波长处于短波红外(1-3μm)和中波红外(3-5μm)范围内，因而中短双色红外探测器在红外预警、导弹制导、医疗成像等领域有广泛应用。

目前，用于中波红外吸收的材料主要有InSb、碲镉汞(HgCdTe)、多量子阱(AlGaAs/GaAs)和II类超晶格(InAs/GaSb)。InSb的量子效率高，但其晶格常数为与最常用衬底材料晶格不匹配，不适合双色探测器；碲镉汞(HgCdTe)中Hg元素非常不稳定，极易挥发而造成缺陷并导致材料均匀性变差，且元素有毒、成本高；多量子阱材料由于跃迁矩阵元的选择定导致无法吸收正入射光，量子效率低；InAs/GaSb超晶格能带可调，电子有效质量大可抑制俄歇复合、大面积均匀性好、吸收正入射光而量子效率高。

用于短波红外吸收的材料目前主要有InGaAs、InGaAsSb、AlGaAsSb三元或四元化合物半导体，但是它们都存在于衬底晶格不匹配的问题，组分控制难导致可重复性差和成本高昂，不利于大规模生产。GaSb半导体带隙宽度为0.75eV，对应截止波长未1.65μm，本身可用于短波红外的吸收和探测，与GaSb衬底和InAs/GaSb超晶格晶格完美匹配，不需要复杂的组分调控，材料稳定性高、生长温度范围广，重复性强。

PMP结构红外探测器中的M型InAs/GaSb/AlSb/GaSb超晶格理论上可降低暗电流提升量子效率，但其提升效果有限，且引入AlSb组分增加了其组分调整的复杂性并降低了可重复性，提高了其成本，综上所述，将中波红外InAs/GaSb超晶格和短波红外GaSb材料结合，制备一种可重复性强、低成本、高性能的中短波双色红外探测器很有必要。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种量子效率高、载流子寿命长、生长过程无需复杂组分调整、可重复性强、成本低、利于规模化生产的基于Sb化物的中短波双色红外探测器及其制备方法。