[发明专利]红外探测器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明设计红外探测技术领域，具体涉及一种抗辐照铟镓砷/砷化镓（InGaAs/GaAs）量子点红外探测器及制作方法。

背景技术

目前，红外探测器在现代军事和民用领域中的应用越来越广泛，尤其是作为各种空间红外系统的核心部件，在天文观测，对地观察，导弹发射的侦察及追踪等方面都有很高的应用价值。然而，当红外探测器在太空中工作时，将不可避免地受到可见光以及高能电子、质子，α、β、γ射线、x射线的照射，产生辐射损伤，并导致器件性能降低。特别是高能粒子辐射和红外探测器的互相作用主要表现为两种形式：1.电离和激发过程，该过程会对半导体材料的电学性质产生瞬间扰动，是红外探测器产生噪声信号；2.原子移动过程，该过程使半导体材料中的原子发生位移，形成位错等缺陷，给红外探测器造成永久损伤，降低了红外探测器的工作性能，甚至导致器件失效。

随着微电子器件集成度的不断提高，器件单元的尺度越来越小，开始出现各种纳米器件，量子点器件就是公认的纳米器件中的一种。由于金属有机化学气相沉积和分子束外延等材料生长技术的发展，人们已经研制出铟镓砷/砷化镓（InGaAs/GaAs）和铟镓砷/铟镓磷/砷化镓（InGaAs/InGaP/GaAs）量子点红外探测器。其中，铟镓砷/砷化镓量子点红外探测器的基本结构是：自下而上依次包括半绝缘砷化镓单晶衬底、n+下电极接触层、暗电流阻挡层、量子点有源区和n+上电极接触层；所述量子点有源区包括砷化镓势垒层和自组织形成的铟镓砷量子点层，在所述n+下电极接触层上设置有下电极，在所述n+上电极接触层上设置有上电极。

其基本的工作原理是，半导体量子点中载流子受到三维量子限制作用而处于分立子能级上，因此能够直接吸收正入射的红外辐射光子而发生能级跃迁，把红外辐射信号转换成光电流或者光伏信号而实现检测。此外，半导体量子点中分立子能级使得量子点红外探测器具有更高的工作温度。改变In组分和量子点的尺寸可以调节铟镓砷（InGaAs）量子点中子能级，从而得到工作波长处于中波红外窗口(3~5μm)和长波红外窗口(8~14μm)的铟镓砷/砷化镓（InGaAs/GaAs）量子点红外探测器。

由于III-V族半导体材料具有很高的结晶质量和很强的化学键，能够承受高能粒子辐射而不产生原子位移过程，因此，采用铟镓砷/砷化镓（InGaAs/GaAs）材料制备的量子点红外光探测器在太空中使用时，能够克服原子位移，但是对可见光和高能电子、质子以及α、β、γ射线和x射线的照射仍然会导致III-V族半导体材料发生电离和激发过程，即半导体材料中的电子在高能量光子照射下发生带间跃迁，产生数目相等的电子和空穴两种载流子，由此影响了检测结果。因此，我们需要研制出一种适用于太空环境中工作的抗辐照铟镓砷/砷化镓（InGaAs/GaAs）量子点红外探测器。

发明内容

本发明的目的是提供一种适于在太空环境下工作的抗辐照和抗可见光致盲的量子点红外探测器；本发明的另一目的是提供该抗辐照和抗可见光致盲量子点红外探测器的制作方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种红外探测器，包括半绝缘砷化镓单晶衬底以及依次形成于所述半绝缘砷化镓单晶衬底上的n⁺下电极接触层、暗电流阻挡层、量子点有源区、n⁺中间电极接触层和p⁺上电极接触层，所述的n⁺下电极接触层、n⁺中间电极接触层和p⁺上电极接触层上分别形成有下电极、中间电极和上电极，所述n+中间电极接触层的厚度小于空穴载流子的扩散长度。

优选的，在上述的红外探测器中，所述的量子点有源区包括砷化镓势垒层和自组织形成的铟镓砷量子点层。

优选的，在上述的红外探测器中，所述的铟镓砷(In_yGa_1-yAs)量子点层中掺杂有硅元素，其中0.3≤y＜1，该量子点超晶格周期数至少为1。

优选的，在上述的红外探测器中，所述的p+上电极接触层为p型Al_xGa_1-xAs外延层，其中0.1≤x＜1，受主元素铍或者碳的掺杂浓度在1.0×10¹⁸cm^-3~20.0×10¹⁸cm^-3之间。