一种碲镉汞雪崩探测器器件结构及雪崩探测器的制作方法

本申请涉及半导体，尤其涉及一种碲镉汞雪崩探测器器件结构及雪崩探测器。

背景技术：

1、由于载流子的雪崩倍增可以对反射信号等弱信号进行放大的特点，雪崩光电探测器可以实现高速、微弱信号探测甚至单光子探测，一直以来被广泛应用于光纤通信、3d激光雷达、天文观测和大气探测等领域。早在20世纪70年代末即有基于碲镉汞材料的短波雪崩光电二极管探测器研究见诸报道，其在红外焦平面阵列器件上实现低通量和高速应用的潜力已经得到了充分的论证。由于在信号放大的同时能够较好地保持信噪比不变的优点，碲镉汞短波雪崩光电探测器已经被广泛用于高灵敏度、高增益和低噪声雪崩光电探测器的实际探测应用上，并且是中长波雪崩光电探测器焦平面阵列最具潜力的解决方案之一。

2、hgcdte材料具有极高的光电转化效率、载流子输运特性好、响应范围随组分可调等优势，更为重要的是hgcdte材料的电子空穴离化系数比非常大，是制备高性能电子注入型雪崩光电探测器的最理想材料之一。雪崩光电探测器的工作原理是:载流子在被电场扫过空间电荷区时,不断与半导体晶格发生碰撞。当反偏电压接近击穿电压时，碰撞传递的能量足以使一个半导体原子电离化,释放出一个价带电子，或者说引起一个电子从价带跃迁到导带,从而产生出一个电子-空穴对，这种现象称为碰撞电离。随着碰撞电离连续不断地发生,出现类似于雪崩的载流子倍增，光生电流放大。hgcdte雪崩光电探测器的制备得益于材料外延及掺杂技术的提高。目前，美国、法国等对hgcdte雪崩光电探测器的研究从理论分析模型的建立到器件制备然后再到系统测试均取得了不错的研究进展，英国、波兰、印度等国家也开始了hgcdte雪崩光电探测器的基础理论及相关实验的研究工作。国内对于hgcdte雪崩光电探测器的雪崩电离机理、材料生长和器件制备工艺和应用都有待进一步加深和完善。

技术实现思路

1、本申请实施例提供一种碲镉汞雪崩探测器器件结构及雪崩探测器，用以对器件的暗电流、灵敏度、响应度等进行调控，优化器件结构，在保证器件高性能的同时尽可能减小器件的暗电流。

2、本申请实施例提供一种碲镉汞雪崩探测器器件结构，包括顺次生长的衬底层、第一收集层、吸收层、过渡层、漂移增强层、倍增层及第二收集层，其中，

3、所述衬底层，为衬底或复合衬底；

4、所述第一收集层，p型结构，生长在所述衬底或所述复合衬底上，掺杂hg空位；

5、所述吸收层，p型结构，生长在所述第一收集层上，掺杂hg空位；

6、所述过渡层，p型结构，生长在所述吸收层上，掺杂hg空位，且所述过渡层的cd组分采用高斯状态缓变形成势垒层；

7、所述漂移增强层，生长在所述过渡层上，低掺p型hgcdte，厚度介于所述收集层和所述吸收层之间，掺杂hg空位，所述漂移增强层的cd组分采用阶梯状缓变；

8、所述倍增层，i型结构，生长在所述漂移增强层上，掺杂in；

9、所述第二收集层，n型结构，其掺杂in的浓度高于所述倍增层掺杂in的浓度。

10、可选的，所述第一收集层，厚度1μm-3μm，掺杂hg空位浓度1×1016/cm3-1×1018/cm3；

11、所述吸收层，厚度7μm-8μm，掺杂hg空位浓度1×1015/cm3-1×1017/cm3；

12、所述过渡层，厚度0.1μm-0.2μm，掺杂hg空位浓度1×1015/cm3-1×1017/cm3；

13、所述漂移增强层，厚度1μm-5μm，掺杂hg空位浓度1×1014/cm3-1×1017/cm3；

14、所述倍增层，厚度0.5μm-2μm，掺杂in浓度为1×1014/cm3-1×1016/cm3；

15、所述第二收集层，厚度2μm-3μm，掺杂in浓度1×1017/cm3-1×1018/cm3。

16、可选的，所述过渡层的cd组分采用高斯状态缓变形成势垒层，其中cd组分值在0.2-0.35之间，厚度0.1μm-0.2μm，掺杂hg空位浓度为1×1015/cm3-1×1017/cm3。

17、可选的，所述势垒层峰值cd组分比吸收层高0.1-0.3。

18、可选的，所述漂移增强层的cd组分采用阶梯状缓变，其阶梯梯度为0.01-0.03。

19、本申请实施例还提出一种碲镉汞雪崩探测器，包括如前述的碲镉汞雪崩探测器器件结构。

20、本申请实施例通过对器件的暗电流、灵敏度、响应度等进行调控，优化了器件结构，能够在保证器件高性能的同时尽可能减小器件的暗电流。

21、上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。

技术特征：

1.一种碲镉汞雪崩探测器器件结构，其特征在于，包括顺次生长的衬底层、第一收集层、吸收层、过渡层、漂移增强层、倍增层及第二收集层，其中，

2.如权利要求1所述的碲镉汞雪崩探测器器件结构，其特征在于，所述第一收集层，厚度1μm-3μm，掺杂hg空位浓度1×1016/cm3-1×1018/cm3；

3.如权利要求2所述的碲镉汞雪崩探测器器件结构，其特征在于，所述过渡层的cd组分采用高斯状态缓变形成势垒层，其中cd组分值在0.2-0.35之间，厚度0.1μm-0.2μm，掺杂hg空位浓度1×1015/cm3-1×1017/cm3。

4.如权利要求3所述的碲镉汞雪崩探测器器件结构，其特征在于，所述势垒层峰值cd组分比吸收层高0.1-0.3。

5.如权利要求2所述的碲镉汞雪崩探测器器件结构，其特征在于，所述漂移增强层的cd组分采用阶梯状缓变，其阶梯梯度为0.01-0.03。

6.一种碲镉汞雪崩探测器，其特征在于，包括如权利要求1-5任一项所述的碲镉汞雪崩探测器器件结构。

技术总结本申请公开了一种碲镉汞雪崩探测器器件结构及雪崩探测器，涉及半导体技术，包括衬底层、p型收集层、吸收层、过渡层、漂移增强层、i型倍增层及n型收集层等。通过设置漂移增强层HgCdTe层，Cd组分采用阶梯状缓变以保持能级缓慢过渡，有利于场强增加，并恰当的漂移层厚度增强漂移大小，提高器件雪崩效应。在吸收层和漂移增强层之间加入p型低掺HgCdTe过渡层，过渡层Cd组分采用高斯状态缓变，形成势垒，保持能级缓慢过渡，均匀器件电场，不影响器件的高性能，并有效减小暗电流。技术研发人员：何温,折伟林,邢伟荣,赵超,王丹,王鑫,郝斐,刘铭受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第十一研究所技术研发日：技术公布日：2024/7/29