[发明专利]一种红外探测器及其制备方法

说明书

本发明涉及半导体技术领域，尤其是一种红外探测器，从下至上依次包括：GaSb衬底、n型InAsSb吸收层、AlAsSb势垒层、n型超晶格收集层以及二维光栅；还包括设置在所述n型InAsSb吸收层上端面的下电极，以及设置于所述n型超晶格收集层上端面的上电极。本发明还提供这种红外探测器的制备方法。本发明提供的锑化物红外探测器具有超薄的吸收层和表面光栅结构，在降低探测器暗电流的同时保证了探测器的量子效率，能有效提高器件的工作温度。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种集成光栅的红外探测器。

背景技术

红外探测器广泛应用于热成像、卫星遥感、气体监测、光通讯、光谱分析等领域，对于国家安全和国民经济都有重要意义。红外探测器的一个重要指标就是暗电流，决定了红外探测系统的灵敏度。对于半导体红外探测器，其暗电流和温度直接相关，温度越低，暗电流呈指数下降。所以为了提高性噪比，高性能的红外探测器通常都在低温(如77K)下工作。如果能够提高红外探测器的工作温度，就能减小系统功耗和重量，大幅提高探测器的可靠性。

为了获得高温工作的红外探测器，一个方向就是减小暗电流。目前通过先进的半导体能带工程、材料设计、和加工工艺的运用，红外探测器中的产生-复合电流、隧穿电流、表面漏电流等都能得到有效抑制。例如具有nBn量子结构的势垒型锑化物红外探测器，能有效抑制产生-复合电流和表面漏电流等暗电流成分。但理论上器件中的少子扩散电流却难以抑制，因为它的传输方向和光电流方向一致。2013年美国DRS技术公司提出使用陷光技术，将InAsSb/AlAsSb势垒型探测器中的InAsSb吸收层刻蚀成锥状，这样既减小了InAsSb材料的体积而减小了扩散电流，又达到了减反和陷光的效果，使得探测器的量子效率基本得到保持。通过该技术，探测器的工作温度提高了10～20度。但该方法的缺点是直接在吸收层上进行刻蚀工艺，刻蚀损伤导致器件的表面漏电流增加；而且刻蚀工艺需要在衬底完全去除后进行，由于面阵面积小，无法使用常规的光刻技术，限制了该技术路线的大规模推广。

发明内容

针对目前相关技术的不足，本发明的主要目的在于提供一种集成表面光栅结构的势垒型高温红外探测器，在降低探测器暗电流的同时保证了探测器的量子效率，能有效提高器件的工作温度。而且本发明采用传统工艺技术，具有高重复性和可控性，能够做工业化推广。

本发明这种红外探测器，从下至上依次包括：GaSb衬底、n型InAsSb吸收层、AlAsSb势垒层、n型超晶格收集层以及二维光栅；还包括设置在所述n型InAsSb吸收层上端面的下电极，以及设置于所述n型超晶格收集层上端面的上电极。

其中，所述n型InAsSb吸收层厚度为0.1～1μm。

其中，所述n型超晶格收集层由InAs和GaSb材料按照100～1000的交替周期层叠组成；所述n型超晶格收集层厚度为0.1～2μm。

其中，所述n型InAsSb吸收层中，Sb组分为0％～20％；掺杂浓度为1×10¹⁵～1×10¹⁸cm^-3。

所述AlAsSb势垒层中Sb组分为80％～100％，厚度为0.1～2μm，可以是非掺或均匀的n型掺杂。

本发明还提供这种红外探测器的制备方法，包括如下步骤：

温度400～500℃，在所述GaSb衬底上依次生长n型InAsSb吸收层、AlAsSb势垒层；

将由InAs和GaSb材料交替层叠生长，形成n型超晶格收集层；

在所述n型超晶格收集层上刻蚀若干个凹槽，形成二维光栅；

沉积电极：在所述n型InAsSb吸收层的上端面、所述n型超晶格收集层的上端面分别沉积下电极、上电极。

其中，所述n型InAsSb吸收层厚度为0.1～1μm。