[发明专利]双色探测器及其制备方法

说明书

本发明涉及探测器技术领域，公开了一种双色探测器及其制备方法，该探测器包括：依次生长在GaAs衬底上的平滑层、成核层、GaSb或AlSb第一缓冲层、AlInSb第二缓冲层、InAsSb中长波通道层、InGaSb间隔层和InGaSb短中波通道层，所述InAsSb中长波通道层由下至上包括：第一N型下接触层、N型吸收层、B型AlInSb势垒层及N型上接触层，所述InGaSb短中波通道层由下至上包括：第二N型下接触层、I型吸收层和P型上接触层，第一N型下接触层之上设有下电极，所述P型上接触层之上设有上电极，所述上电极和下电极通过钝化层隔绝。本发明双色探测器在设计时能够通过微调材料组分以在较宽的光谱范围内实现探测谱段的灵活选择，使单一器件结构可覆盖宽光谱探测需求。同时实现大尺寸焦面制作。

技术领域

本发明涉及探测器技术领域，特别涉及一种双色探测器及其制备方法。

背景技术

在快速响应的光子探测器方面，Ⅱ-Ⅵ族的碲镉汞(MCT)材料在这一领域取得了很多重要成果，目前仍然占有主导地位。但是由于MCT晶体还存在着结构完整性差、合金组份不均匀等缺点，影响了热成像的质量，并阻碍了探测器工作温度的提高，因此人们开始关注研发的半导体材料。近年来，III/V族材料系由于具有较长的俄歇寿命等优点成为替代目前MCT探测器的候选材料。并开发出基于GaSb衬底的探测波长覆盖短中波到长波的各种探测器结构，然而大多数探测器单一器件结构只能涵盖某一特定波段，无法在一个较宽的光谱范围内实现探测谱段选择。此外传统的GaSb衬底尺寸限制使器件无法完成大尺寸的焦面制作。因此开发出基于GaAs衬底的宽光谱探测器显得尤为重要。

发明内容

本发明提出一种双色探测器及其制备方法，解决现有技术的单一器件结构双色探测器无法在一个较宽的光谱范围实现探测谱段的灵活选择及无法实现大尺寸焦面的问题。

本发明的一种双色探测器，包括：依次生长在GaAs衬底上的平滑层、成核层、GaSb或AlSb第一缓冲层、AlInSb第二缓冲层、InAsSb中长波通道层、InGaSb间隔层和InGaSb短中波通道层，所述InAsSb中长波通道层由下至上包括：第一N型下接触层、N型吸收层、B型AlInSb势垒层及N型上接触层，所述InGaSb短中波通道层由下至上包括：第二N型下接触层、I型吸收层和P型上接触层，所述第一N型下接触层之上设有下电极，所述P型上接触层之上设有上电极，所述上电极和下电极通过钝化层隔绝。

其中，所述成核层材料为GaSb或AlSb，生长速度为0.15～0.45ML/s，厚度为100～200nm；GaSb或AlSb第一缓冲层生长速度为0.45～0.75ML/s，厚度为800～1200nm；所述AlInSb第二缓冲层Al组分质量占比为10％～90％，厚度为2～3μm；所述InAsSb中长波通道层中As的组分质量占比为10％～90％；InGaSb短中波通道层中Ga的组分质量占比为10％～90％。

其中，所述AlInSb第二缓冲层为可变结构缓冲层，包括：

具有Al组分界面的缓冲层，依次包括50nm～500nm厚的Al_xIn_1-xSb界面层、1.5μm～2.5μm厚的Al_yIn_1-ySb缓冲层，x取值范围为0.1～0.9，y取值为x-0.1；

或者具有一定周期超晶格结构的缓冲层，依次包括三周期Al_xIn_1-xSb/Al_yIn_1-ySb界面层、1.5μm～2.5μm厚的Al_yIn_1-ySb缓冲层，x取值范围为0.1～0.9，y取值为x-0.1，界面层中，每一周期的Al_xIn_1-xSb和Al_yIn_1-ySb厚度均为16nm～83nm。