[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：衬底、p型InAs/GaSb超晶格下接触层、p型InAs/GaSb超晶格吸收层、InGaAs/InAs/InAsSb/InAs/InGaAs超晶格势垒层、p型InAs/GaSb超晶格上接触层；以及，设置于p型InAs/GaSb超晶格下接触层的上端面的下电极和设置于p型InAs/GaSb超晶格上接触层的上端面的上电极。本发明使用无Al的InGaAs/InAs/InAsSb/InAs/InGaAs W型超晶格作为势垒层，材料容易外延生长，并且长期稳定性和可靠型较高。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种红外探测器的结构改进。

背景技术

红外辐射探测是红外技术的重要组成部分，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。锑化物InAs/GaSb二类超晶格红外探测器由于具有均匀性好、俄歇复合率低、波长调节范围大等特点被认为是制备第三代红外探测器最理想的选择之一。相对于碲镉汞红外探测器(HgCdTe)，它的均匀性重复性更好、成本更低、在甚长波段性能更好；相对于量子阱红外探测器(QWIP)，它的量子效率更高、暗电流更小、工艺更简单。

半导体红外探测器根据器件结构通常分为光伏型和光电导型。最近几年，随着对锑化物探测器的深入研究和探测机理的深入理解，红外探测器家族涌现出一种具有全新量子结构的器件，即势垒型红外探测器。它的工作原理是在无光照下，半导体中的多子被势垒层阻拦使得暗电流被抑制；在有光照下，吸收层产生的少子电流不会被阻挡而顺利到达电极产生信号。势垒型探测器通过能带工程和材料工程的运用极大的减小了探测器暗电流，增强了探测能力，提高了器件工作温度。

目前报道的锑化物势垒型红外探测器包括nBn型器件和pMp型器件。nBn器件的典型结构是采用n型InAsSb吸收层，AlAsSb势垒层(Barrier)，n型InAsSb接触层，所以简写为nBn型器件，其势垒层能够阻挡电子通过而允许空穴通过。该结构被以色列的SCD公司采用而业已商业化。pMp器件的典型结构采用p型InAs/GaSb超晶格吸收层，GaSb/InAs/GaSb/AlSb M型超晶格势垒层(得名M型是因其能带排列形似英文字母M)，p型InAs/GaSb超晶格接触层，所以简写为pMp型器件，其势垒层能够阻挡空穴而允许电子通过。该结构于2009年被美国西北大学报道。尽管nBn和pMp的器件性能较传统器件有一定提升，但是，由于势垒层均使用了含铝(Al)的材料(nBn中采用的AlAsSb和pMp中采用的AlSb)，而Al极易氧化，增加了势垒型探测器的生长和加工难度，影响了器件的稳定性和可靠性。

发明内容

针对目前势垒型红外探测器技术的不足，本发明的主要目的在于提供一种无铝(Al)的pWp势垒型锑化物超晶格红外探测器，能有效提升探测器性能，降低材料生长和加工难度，确保器件的可靠性。其中W型势垒层采用了InGaAs/InAs/InAsSb/InAs/InGaAs超晶格，其能带排列形似英文字母W。

本发明这种红外探测器，从下至上依次包括：衬底、p型InAs/GaSb超晶格下接触层、p型InAs/GaSb超晶格吸收层、InGaAs/InAs/InAsSb/InAs/InGaAs超晶格势垒层、p型InAs/GaSb超晶格上接触层；以及，设置于所述p型InAs/GaSb超晶格下接触层的上端面的下电极和设置于所述p型InAs/GaSb超晶格上接触层的上端面的上电极。

其中，所述InGaAs/InAs/InAsSb/InAs/InGaAs超晶格势垒层由InGaAs、InAs、InAsSb、和InAs材料层依次交替组成，厚度为0.1～2μm；所述InGaAs/InAs/InAsSb/InAs/InGaAs超晶格势垒层平均晶格参数与所述衬底匹配。

其中，所述InGaAs/InAs/InAsSb/InAs/InGaAs超晶格势垒层有效带宽对应波长为2～5μm。