[发明专利]一种双色红外器件结构及红外探测器

说明书

本发明公开了一种双色红外器件结构及红外探测器，所述双色红外器件结构具有从下至上设置的第一衬底，材料为InSb，作为所述双色红外器件的基础层；过渡层，材料为InSb，作为缓冲层和下电极层；第一吸收层，材料为InSb，用以实现对第一波段的红外光的探测；复合势垒层包括从下至上设置的：第一势垒层，材料为InAlSb，含有第一梯度组分的Al，且第一梯度组分从0％过渡到第一组分；第二势垒层，材料为InAlSb，含有第一组分的Al；第二吸收层，材料为InAsSb，含有第二组分的As，用以实现对第二波段的红外光的探测，且第二波段的波长大于第一波段的波长。本公开的方案通过设计双层势垒层结构将两个吸收层之间的晶格失配控制在势垒层来避免应力对器件性能的影响。

技术领域

本发明涉及红外探测器技术领域，尤其涉及一种双色红外器件结构及红外探测器。

背景技术

红外光电探测技术是一种被动方式的成像探测技术，利用物体对电磁波的反射和自身辐射特性对目标特征进行采集，从复杂的背景中发现目标、识别目标，具有抗电子干扰强、探测精度高、被动探测性能好等多种优点，可广泛应用于资源遥感，矿物探测，生物医学，应急搜救等领域，得到了国内外的广泛关注和大力发展。

目前的单色红外探测设备因其得到的信息相对单一，存在探测速度慢、虚警高等不足，双色或多波段探测设备为目标检测提供了比单波段图像更多的有用信息，对复杂的背景进行抑制，可以有效排除干扰源的影响，提高了探测的准确性。

中长双色探测器是一种常用的双色探测器。目前，中波探测器发展较为成熟，长波红外探测仍有较大的改进空间。常用材料主要包括碲镉汞、二类超晶格、量子阱等，InAsSb也可用于长波探测，虽然InAs和InSb材料的禁带宽度都较大，但由于它们形成三元化合物时，随组分变化，其能带不是线性变化的，而是存在一个弯曲系数，在液氮温度下，砷组分在特定范围内的InAsSb材料禁带宽度可以达到0.14eV，对应的截止波长可达9μm，如果可以提高探测器的工作温度，其对应的探测波长可以进一步提高。此外，InAsSb材料是体材料，其制备难度远远低于超晶格、量子点等材料，易于实现工程化。

长波材料由于其禁带宽度小，其对位错的要求极高。因此，选用InAsSb作为长波吸收层材料时，其难点在于平衡衬底及各层之间的晶格失配。长波InAsSb材料晶格常数约0.632nm，即使选用晶格最接近的III-V族材料InSb作为衬底，依然存在约2.3％的晶格失配，如果应力在吸收层释放，将会严重影响器件性能，而常用的pn结或pin结构难以将失配位错排除在吸收层外，因此，需要设计一种新的双色器件结构。

发明内容

本发明实施例提供一种双色红外器件结构及红外探测器，使用了特定组分的InAsSb材料作为其中一色的吸收层材料，并通过设计复合势垒层的方式来极大降低层间失配的影响。同时，本公开的结构避免了吸收层成为耗尽层，因此器件产生复合暗电流降低，从而可提高器件的工作温度。

本公开提出一种双色红外器件结构，所述双色红外器件结构具有从下至上设置的复合衬底、第一吸收层、复合势垒层、第二吸收层和上电极层；所述复合衬底包括从下至上设置的：第一衬底，材料为InSb，作为所述双色红外器件的基础层；过渡层，材料为InSb，作为缓冲层和下电极层；所述第一吸收层，材料为InSb，用以实现对第一波段的红外光的探测；所述复合势垒层包括从下至上设置的：第一势垒层，材料为InAlSb，含有第一梯度组分的Al，且第一梯度组分从0％过渡到第一组分；第二势垒层，材料为InAlSb，含有第一组分的Al；所述第二吸收层，材料为InAsSb，含有第二组分的As，用以实现对第二波段的红外光的探测，且第二波段的波长大于第一波段的波长。

在一些实施例中，所述第一组分为44％。

在一些实施例中，所述第二组分满足36％～37％。