[发明专利]集成超结构砷化镓基阻挡杂质带探测器及制备方法

说明书

本发明提供了一种集成超结构砷化镓基阻挡杂质带探测器及制备方法，包括高阻砷化镓衬底、砷化镓掺杂吸收层、高阻砷化镓阻挡层、超结构、正电极接触区及正电极、负电极接触区及负电极；砷化镓掺杂吸收层位于阻挡层旁边，正电极接触区及正电极、负电极接触区及负电极设置在砷化镓掺杂吸收层左右两侧；超结构位于砷化镓掺杂吸收层上方。本发明基于超结构的偶极子共振效应，利用光场的局域增强特性，在吸收层较薄的情况下增强对入射太赫兹波的吸收，提高吸收转换效率，进而提升探测器光电响应的信噪比。基于超结构的偶极子共振特性，改变超结构的结构参数来调控共振波长，实现探测器250μm以上太赫兹波段的增强吸收，获得高性能的太赫兹探测器。

技术领域

本发明涉及太赫兹探测技术领域，具体地，涉及一种集成超结构砷化镓基阻挡杂质带探测器及制备方法。

背景技术

GaAs阻挡杂质带阵列探测器(BIB)是一种利用杂质带电导进行辐射信号探测的器件，在中、远红外波段具有高宽带、高灵敏度、长积分时间、低暗电流等优异探测性能(廖开生，刘希辉，黄亮，等.天文用阻挡杂质带红外探测器[J].中国科学：物理力学天文学，2014,4:360-367.)，适合于低背景、微弱能量、天基宽谱信号的精确测量，在民用、军事和航空航天领域有着广泛的应用前景。因具材料有极小的杂质电离能，器件探测波长可以超过300μm，成为典型的太赫兹探测器(Stillman G,Wolfe C,Melngailis I,Parker C,TannenwaldP,Dimmock.J.Far-infrared photoconductivity in high-purity epitaxial GaAs[J].Applied Physics Letters.1968,13:83-84.)。国外很早已开始对GaAs基光电导探测器的研究，上世纪60年代Stillman在掺铬半绝缘砷化镓衬底上采用外延方式生长高纯度N型GaAs吸收层，在4.2K温度下观察到了远红外波段的非本征光电导效应；2005年，Reichertz等(Reichertz L.A,Cardozo B.L,Beeman J.W,Larsen D.I,Tschanz S,Jakob G,Katterloher R,Haegel N.M,Haller E.E,First Results on GaAs blocked impurityband(BIB)structures for far-infrared detector arrays[C],Bellingham:InfraredSpaceborne Remote Sensing 2005.)报道了砷化镓基远红外BIB探测器的初步结果，有望将探测波长极限延伸到330μm。平面型砷化镓基阻挡杂质带探测器通常在高阻衬底上采用离子注入形成吸收层，同时离子注入的深度通常小于1μm，难以形成较厚的吸收层，对入射太赫兹波吸收转换效率较低，因此对入射太赫兹辐射响应率较低。而且，国际上现有的砷化镓基阻挡杂质带探测器响应主要集中250μm附近，在250μm以上的太赫兹波段响应率显著下降，不能满足现有天文探测、安全检查的波段需求。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种集成超结构砷化镓基阻挡杂质带探测器及制备方法。

根据本发明提供的一种集成超结构砷化镓基阻挡杂质带探测器，包括高阻砷化镓衬底、砷化镓掺杂吸收层、高阻砷化镓阻挡层、超结构、正电极接触区及正电极、负电极接触区及负电极；其中：

砷化镓掺杂吸收层、高阻砷化镓阻挡层、正电极接触区及正电极、负电极接触区及负电极均设置在高阻砷化镓衬底上方；

砷化镓掺杂吸收层位于阻挡层旁边，正电极接触区及正电极、负电极接触区及负电极设置在砷化镓掺杂吸收层左右两侧；

超结构位于砷化镓掺杂吸收层上方。

优选地，砷化镓掺杂吸收层掺杂硅或碲或硫或硒离子，掺杂浓度为1×10¹⁵cm^-3-1×10¹⁸cm^-3。