[发明专利]数字合金、数字合金中波红外探测器

说明书

本发明是针对现有势垒型器件在吸收层和势垒层存在一个较高的价带带阶，使得空穴在运动过程中受到价带势垒的阻碍，使量子效率降低的不足，提供一种数字合金AlAsSb材料及数字合金中波红外探测器，此数字合金在一层厚度为d1的AlSb材料上，生长一层厚度为d2的AlAsxSb1‑x材料，形成厚度为d1+d2的AlAsySb1‑y基本单元，d1+d2作为一个周期，重复生长n个周期，形成数字合金DA‑AlAsySb1‑y，其中，y为数字合金中整体平均As组分，x为基本单元的一层中的As的组分，采用本发明提供的数字合金、数字合金中波红外探测器使空穴移动更加通畅，可以有效提高探测器的量子效率，并且对器件的暗电流没有影响，使其更容易适应于不同的吸收层。

技术领域

本发明涉及数字合金材料及具有该数字合金材料的中波红外探测器。

背景技术

探测波长位于3-5微米的中波红外探测器，在航空航天、卫星侦察、精确制导、夜视成像等领域广泛被应用。当前占主流地位的InSb和HgCdTe基中波红外探测器性能优异，但是需要在80k左右的低温环境下工作，因此对制冷机要求很高，使探测器整体体积大、重量大、功耗和成本高。减小探测器的尺寸、重量、功耗、成本、提高可靠性是探测器一个重要的发展趋势，探测器的尺寸、重量、功耗、成本的下降、可靠性的提升可以极大的扩大其应用范围，比如可应用于手持式探测器、瞄具、微型无人机等领域。而提高探测器的可靠性、降低其尺寸、重量、功耗和成本的关键是提升探测器芯片的工作温度(HOT)。

提高检测器芯片工作温度的一个解决方案是制作势垒型器件。对于50％截止波长在3-5微米的中波探测器，通常采用InAsSb基材料作为探测器的吸收层。引入宽禁带AlAsSb势垒层，通过掺杂调控，可以将耗尽区排除在吸收层之外，进入势垒层，从而在相同的工作温度下可以有效降低暗电流，使器件工作在高温段。

比如，对于中波红外探测器XBn结构，现有技术中，采用AlAsSb体材料blk-AlAsSb作为探测器势垒层，以InAsSb体材料blk-InAsSb作为吸收层，其能带结构如图1所示。探测器工作时，吸收层受到光激发产生电子-空穴对。电子由n型接触层收集，空穴由p型接触层收集。根据理论计算，blk-InAsSb吸收层和blk-AlAsSb势垒层存在一个61meV价带带阶，空穴在运动过程中受到价带势垒的阻碍，使得量子效率降低。

另外，现有技术中，采用blk-AlAsSb做为吸收层，blk-AlAsSb中As组分含量为0.08，组分含量极低，需对As组分进行精确控制，使器件不适合量产，阻碍了材料的实际应用。

发明内容

本发明的目的是，针对现有势垒型器件在吸收层和势垒层存在一个较高的价带带阶，使得空穴在运动过程中受到价带势垒的阻碍，使量子效率降低的不足，提供一种数字合金AlAsSb材料及数字合金中波红外探测器。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

一种数字合金，在一层厚度为d1的AlSb材料上，生长一层厚度为d2的AlAsxSb1-x材料，形成厚度为d1+d2的AlAsySb1-y基本单元，d1+d2作为一个周期，重复生长n个周期，形成数字合金DA-AlAsySb1-y，其中，y为数字合金中整体平均As组分，x为基本单元的一层中的As的组分；

数字合金中整体平均As组分y和基本单元的一层中的As组分x之间的关系式如下：

DA-AlAsSb进行p型掺杂，掺杂剂为Be，p型浓度范围：1E+15-5E+18/cm³；

对DA-AlAsSb进行n型掺杂，掺杂剂为Si或Te，n型浓度范围：1E+15-5E+18/cm³；

0＜d1≤15nm，0＜d2≤15nm，用于中波红外探测器的势垒层。