[实用新型]红外探测器

说明书

本实用新型属于光探测器领域，具体地说是一种半导体光伏型红外探测器。

目前，在半导体光伏型红外探测器领域使用的主要材料有镓铟砷GaInAs、镓铟砷磷GaInAsP、碲镉汞HgCdTe、铅盐化合物及含锑化合物等半导体材料。在制作这类红外探测器时，往往采用掺杂技术生长p区或n区，形成P-N或P-I-N结构。探测光-在器件中产生光生载流子，通过扩散和在外电场作用下漂移，并在外电场中形成电流，实现红外光的探测。由于器件制作中采用掺杂技术，杂质的存在在材料中形成缺陷，增加了光生载流子的复合几率，从而降低了红外探测器的性能。

在采用镓铟砷碲GaInAsSb材料制作红外探测器时，由于当材料组分富碲化镓GaSb时是P型，而当组分富砷化铟InAs时是N型。这就有可能抛掉掺杂技术制成P-N或P-I-N结，制成GaInAsSb材料的红外探测器。

本实用新型的目的是通过在材料生长过程中控制材料组分生长出不掺杂的P-N结构，然后利用常规半导体器件工艺技术制成p⁺-p^--n^--n⁺结构的红外探测器。

本实用新型红外探测器的结构主要特征是：采用GaSb作衬底，GaInAsSb为主要半导体材料，在p+型富GaSb的衬底(2)上，采用薄膜外延技术严格控制组分生长一层p-型富GaSb的GaInAsSb(3)，然后生长一层n-型富InAs的GaInAsSb层(4)，在(4)上再生长一层n+型富InAs的GaInAsSb层(5)，在(2)和(5)层的外面用真空镀膜技术分别制成欧姆接触的探测光入射的p-面电极(1)和n-面电极(6)；也可以在n⁺型GaSb衬底上，依次生长n-型富InAs的GaInAsSb层，p-型富GaSb的GaInAsSb层，op+型富GaSb的GaInAsSb层，作欧姆接触的u面电极和探测光入射的p-面电极。

本设计红外探测器各外延层结构的参数如下：

p⁺(100)富GaSb衬底空穴浓度10¹⁸~10¹⁹cm^-3

p^-富GaSb GaInAsSb层空穴浓度10¹⁵~10¹⁷cm^-3

n^-富InAs GaInAsSb层电子浓度10¹⁵~10¹⁷cm^-3

n⁺富InAs GaInAsSb层电子浓度10¹⁸~10¹⁹cm^-3

利用MOCVD方法生长探测器的外延材料和参数：

外延生长温度570~620℃

输入源材料摩尔比：TMGa/TMIn=4~5

                  TMSb/AsH₃=3~5

生长富GaSb的GaInAsSb层(TMGa/TMIn)/(TMSb/AsH₃)-0.7~0.8

生长富InAsSb的GaInAsSb层

                  TMGa/TMIn=0.2~0.4

                  TMSb/AsH₃=0.2~0.4

                  (TMGa/TMIn)/(TMSb/AsH₃)=0.7~0.8

上述TMGa为三甲基镓、TMIn为三甲基铟、TMSb为三甲基锑、AsH₃为砷烷。

附图说明：

图1为以p+型富GaSb衬底上形成的GaInAsSb红外探测器的结构示意图，也是摘要附图；

图中1．p面电极，探测光入射层        2．p+型富GaSb衬底        3．p-型富GaSb-GaInAsSb层

    4．n-型富InAs的GaInAsSb层

    5．n+型富InAs的GaInAsSb层

    6．n面电极

本设计结构的红外探测器可用在1.8μ-5μ区域的红外探测，具有带宽灵敏度高等优点。

根据本实用新型结构制作的红外探测器，由于采用不掺杂的方法生长P-N结构，避免在结区引入的杂质导致的缺陷及缺陷对光生载流子的复合，可以有效地提高探测器的探测率和灵敏度。