[发明专利]一种带势垒层的InAsSb中波红外探测器材料结构

说明书

本发明公开了一种带势垒层的InAsSb中波红外探测器材料结构，包括有从下往上依次设置的衬底、n型重掺InAsSb下电极层、n型InAsSb吸收层、AlAsSb势垒层以及n型重掺InAsSb上电极层。该结构可以明显降低材料内部的产生‑复合(G‑R)和肖克莱‑里德‑霍尔(SRH)暗电流，显著提升探测器的工作温度，改善探测器组件的尺寸、重量、功耗和成本，改善探测器的使用寿命和性能。

技术领域

本发明属于红外探测器技术领域，具体涉及带势垒层的InAsSb中波红外探测器材料结构及其制备方法。

背景技术

红外成像系统具有抗干扰能力强、穿透力强、隐蔽性好、适应特殊场合等优点，已经得到了广泛的应用。早期研制的红外探测器存在波长单一、量子效率低、工作温度低等问题，大大限制了红外探测器技术的应用方向。目前，第三代红外探测器要求具有高性能、高分辨率、具有多波段探测能力的制冷型和非制冷型焦平面。近年来，对红外探测器的小型化、低功耗和快速启动提出了更高的要求，降低探测器材料中的暗电流以提升工作温度是这项技术研究的一个主要方向。InAs_xSb_1-x是一种典型的III-V族三元化合物半导体材料，也是目前发现的禁带宽度最小的本征型III-V族化合物半导体。在室温下InAsxSb1-x的禁带宽度可达0.099eV(对应截止波长为12.5μm)甚至更小常规的碲镉汞(MCT)和锑化铟(InSb)探测器需结合制冷机维持工作在较低的77K的液氮温度，若工作温度升高，探测器的暗电流迅速指数级增大，严重影响探测器的使用性能。因此，降低探测器材料或器件工艺导致的暗电流就可以在较高的工作温度下仍然维持同样暗电流级的探测性能，从而显著改善制冷机的制冷载荷功耗，或者在同样的低工作温度(如77K)获得提升的探测性能。这样就可以实现红外探测器的小型化、低功耗和快速启动的使用目标。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种带势垒层的InAsSb中波红外探测器材料结构，包括有从下往上依次设置的衬底、n型重掺InAsSb下电极层、n型InAsSb吸收层、AlAsSb势垒层以及n型重掺InAsSb上电极层。

作为上述技术方案的优选，所述n型重掺InAsSb下电极层是厚度为0.5μm的InAs_0.91Sb_0.09层，n型重掺InAsSb下电极层中掺杂有浓度为1×18cm^-3的Si。

作为上述技术方案的优选，所述n型InAsSb吸收层是厚度为2-3μm的InAs_0.91Sb_0.09层，n型InAsSb吸收层中掺杂有浓度为1×16cm^-3的Si。

作为上述技术方案的优选，所述AlAsSb势垒层B是厚度为0.1-0.2μm的AlAs_0.08Sb_0.82层。

作为上述技术方案的优选，所述n型重掺InAsSb上电极层是厚度为0.1-0.3μm的InAs_0.91Sb_0.09层，n型重掺InAsSb上电极层中掺杂有浓度为1×18cm^-3的Si。

作为上述技术方案的优选，所述衬底为n型Te掺GaSb(100)衬底。

本发明的工作原理是：由于AlAsSb势垒层B的存在，在n型InAsSb吸收层和n型重掺InAsSb上电极层之间的导带中形成一个较高的导带势垒，可以阻挡导带中由于热激发暗电流或材料缺陷导致的G-R和SRH暗电流；而价带通过合适的势垒层B中的掺杂，可以调节吸收层和电极层间几乎0价带势垒，因此作为光生少子的空穴可以自由流动到电极被收集而不会受到影响。

本发明的有益效果是：该结构可以明显降低材料内部的产生-复合(G-R)和肖克莱-里德-霍尔(SRH)暗电流，显著提升探测器的工作温度，改善探测器组件的尺寸、重量、功耗和成本，改善探测器的使用寿命和性能。

附图说明