[发明专利]一种基于GaSb/InSb/InP异质PIN结构的光伏型红外探测器

说明书

一种基于GaSb/InSb/InP异质PIN结构的光伏型红外探测器，属于红外探测技术领域。该探测器由下至上依次由背电极、重掺杂的N⁺型InP衬底、重掺杂的N⁺型InP电子传输层、未掺杂的窄禁带InSb有源区、重掺杂的P⁺型GaSb空穴传输层以及栅条形上电极)组成。本发明采用低压金属有机物化学气相外延技术，在重掺杂的N⁺型InP衬底制备相应结构，并利用磁控溅射技术制备上电极和背电极，得到的器件具有探测率高、响应速度快、工作温度高、制备工艺简单等特点，在室温条件下，归一化探测率D^*为2.4×10¹⁰cm Hz^1/2W^‑1，可应用于航天、军事、工业、民用等领域。

技术领域

本发明属于红外探测技术领域，具体涉及一种基于GaSb/InSb/InP异质PIN结构的光伏型红外探测器。

背景技术

红外技术是研究红外辐射的产生、传播、转化、测量及其应用的技术科学，其中的红外探测技术作为红外技术的重要分支，是一种利用目标与背景之间的红外辐射差异,所形成的热点或图像来获取目标和背景信息的技术。红外探测技术的核心部分是红外探测器，其功能在于将红外辐射转换为电信号，从而能够进一步分析、处理目标信息。红外探测技术以其独特的优势，在跟踪探测领域有着传统电子雷达不可比拟的优势，因此在国家安全及军事领域中有着重要的地位。同时，红外波段也是重要的通信波段，掌握和应用先进的红外探测技术，对提高国防信息化建设和民用设施信息化建设同样是至关重要的。

相比于传统的制冷型红外探测器，非制冷型红外探测器无需制冷设备，因此体积小、重量轻、成本低，同时具有低功耗、可便携、连续工作时间长等优势，在军用和民用领域得到迅速的推广。由于传统光伏型探测器受到窄带隙材料的限制，室温下难以制备高探测率的器件，因此非制冷型红外技术以热释电探测器、热电堆探测器、光机械结构等热红外探测器件为主。但是，热红外探测器的探测率不及光伏型探测器，在空间探测、目标追踪等对探测率要求苛刻的领域，还不能实用化。同时，热红外探测器的响应速度较慢，难以满足军事领域、信息通讯领域的应用要求。因此，研制具有高探测率、高响应速度的光伏型非制冷红外探测器对推动国防军事以及民用基础设施建设都有着重要意义。

目前，在光伏型非制冷红外探测器的研究方面，以锑化物为基础的超晶格材料因其优秀的性能引起了广泛关注，成为近年来研究的热点。新墨西哥大学Carl等人在GaSb衬底上外延生长的InAs/GaSb超晶格探测器，在室温下归一化探测率达到8.5×10⁹cm Hz^1/2/W，十分接近实用化水平。以色列SCD公司的Glozman等人成功研制出以InAlSb材料制成的红外焦平面阵列，像元个数640×512，25℃时的噪声等效温差(NETD)仅为20mK，且在110K的温度下能够清晰成像。2013年，该公司进一步推出采用InSb/InAsSb超晶格材料制成的红外焦平面阵列，并将工作温度提升至193K时仍能清晰成像^[8]。

中国科学院半导体研究所的王国伟等人制备了截止波长达到8.72μm的InAs/GaSbⅡ型超晶格红外探测器件，在温度为77K的条件下探测率达到8.1×10¹⁰cm Hz^1/2/W。中国科学院上海技术物理研究所完成了128×128像元的红外焦平面阵列的制备，77K温度下，黑体辐射测试的峰值探测率高达8.1×10¹⁰cmHz^1/2/W。

发明内容

本发明的目的是制备一种在室温条件下具有较高探测率、较高响应速度的、工作波段为3～5μm的基于GaSb/InSb/InP异质PIN结构的光伏型红外探测器。