红外探测器及其制作方法与流程

本发明属于光电，具体地讲，涉及一种红外探测器及其制作方法。

背景技术：

1、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，目前已经进入批量生产阶段。

2、锑化物二类超晶格主要分两种，一种是inas/gasb超晶格，一种是inas/inassb超晶格。inas/inassb超晶格的少子寿命长、暗电流低、生长简单，相对inas/gasb超晶格有一定优势，尤其是在中波探测波段（3~5微米）。但是inas/inassb超晶格必须配合电子势垒层才能实现高性能。理想的电子势垒指的是在两种材料界面电子输运存在势垒而空穴输运无阻碍，这就要求势垒的带宽比吸收区大，而势垒价带和吸收区平齐。

3、在现有技术中，inas/inassb超晶格的电子势垒均为含alsb的材料如alassb、algaassb或alassb/inassb超晶格等。但是含al材料极易氧化，这增加了红外探测器的生长和加工难度，影响器件的稳定性。而且含有alsb的材料很难被工业界主流的材料生长方法金属有机物化学气相沉积（mocvd）制备，只能用分子束外延（mbe）制备，成本较高，限制了其大规模应用推广。

技术实现思路

1、为了解决上述现有技术存在的技术问题，根据本发明的实施例提供了一种基于inas/inassb超晶格，但势垒层不含alsb且可用mocvd生长的红外探测器及其制作方法。

2、根据本发明的实施例的一方面提供的红外探测器的吸收层为n型inas/inassb超晶格或者n型ingaas/inassb超晶格，并且所述红外探测器的势垒层为n型ingaassb材料。

3、在上述一方面提供的红外探测器的一个示例中，所述势垒层的带宽大于所述吸收层的带宽，并且所述势垒层的价带与所述吸收层的价带平齐。

4、在上述一方面提供的红外探测器的一个示例中，所述红外探测器还包括衬底、第一接触层、第二接触层、第一电极以及第二电极；其中，所述第一接触层、所述吸收层、所述势垒层、所述第二接触层沿远离所述衬底的方向依序层叠设置在所述衬底上，所述第一电极与所述第一接触层接触，所述第二电极设置在所述第二接触层上。

5、在上述一方面提供的红外探测器的一个示例中，所述吸收层、所述势垒层以及所述第二接触层的部分被刻蚀去除，以形成露出所述第一接触层的台面结构，所述第一电极设置在露出的所述第一接触层上。

6、在上述一方面提供的红外探测器的一个示例中，所述衬底为n型inas衬底或者n型gasb衬底，和/或所述第一接触层为n型inas材料或者n型inassb材料，和/或所述第二接触层为p型ingaassb材料或者n型inas/inassb超晶格。

7、根据本发明的实施例的另一方面提供的红外探测器的制作方法包括：利用n型inas/inassb超晶格或者n型ingaas/inassb超晶格制作形成所述红外探测器的吸收层；利用n型ingaassb材料制作形成所述红外探测器的势垒层。

8、在上述另一方面提供的红外探测器的制作方法的一个示例中，所述势垒层的带宽大于所述吸收层的带宽，并且所述势垒层的价带与所述吸收层的价带平齐。

9、在上述另一方面提供的红外探测器的制作方法的一个示例中，在制作形成所述吸收层之前，所述制作方法还包括：在衬底上制作形成第一接触层；利用n型inas/inassb超晶格或者n型ingaas/inassb超晶格制作形成所述红外探测器的吸收层，具体包括：利用n型inas/inassb超晶格或者n型ingaas/inassb超晶格在所述第一接触层上制作形成所述吸收层；利用n型ingaassb材料制作形成所述红外探测器的势垒层，具体包括：利用n型ingaassb材料在所述吸收层上制作形成所述势垒层；在制作形成所述势垒层之后，所述制作方法还包括：在所述势垒层上制作形成第二接触层；形成与所述第一接触层接触的第一电极，并在所述第二接触层上形成第二电极。

10、在上述另一方面提供的红外探测器的制作方法的一个示例中，所述形成与所述第一接触层接触的第一电极，且在所述第二接触层上形成第二电极，具体包括：对所述第二接触层、所述势垒层以及所述吸收层进行部分刻蚀，以形成露出所述第一接触层的台面结构；在露出的所述第一接触层上沉积形成第一电极，且在所述第二接触层上沉积形成第二电极。

11、在上述另一方面提供的红外探测器的制作方法的一个示例中，所述衬底为n型inas衬底或者n型gasb衬底，和/或所述第一接触层为n型inas材料或者n型inassb材料，和/或所述第二接触层为p型ingaassb材料或者n型inas/inassb超晶格。

12、有益效果：根据本发明的实施例的红外探测器采用ingaassb材料做in(ga)as/inassb超晶格吸收层的电子势垒层，可以达到类似alsb势垒层的效果，能有效降低器件暗电流。进一步地，根据本发明的实施例的红外探测器中完全不含al，避免了含al材料的氧化，而且器件结构中只有in、ga、as、sb四种元素，结构简单，降低了材料生长和加工的难度，提升了器件稳定性和可靠性。更进一步地，根据本发明的实施例的红外探测器可以用工业界主流的材料生长方法mocvd制备，相对锑化物探测器的常规制备手段mbe，可以大幅降低成本，提高良率。

技术特征：

1.一种红外探测器，其特征在于，所述红外探测器的吸收层（12）为n型inas/inassb超晶格或者n型ingaas/inassb超晶格，并且所述红外探测器的势垒层（13）为n型ingaassb材料。

2.根据权利要求1所述的红外探测器，其特征在于，所述势垒层（13）的带宽大于所述吸收层（12）的带宽，并且所述势垒层（13）的价带与所述吸收层（12）的价带平齐。

3.根据权利要求1或2所述的红外探测器，其特征在于，所述红外探测器还包括衬底（10）、第一接触层（11）、第二接触层（14）、第一电极（15）以及第二电极（16）；其中，所述第一接触层（11）、所述吸收层（12）、所述势垒层（13）、所述第二接触层（14）沿远离所述衬底（10）的方向依序层叠设置在所述衬底（10）上，所述第一电极（15）与所述第一接触层（11）接触，所述第二电极（16）设置在所述第二接触层（14）上。

4.根据权利要求3所述的红外探测器，其特征在于，所述吸收层（12）、所述势垒层（13）以及所述第二接触层（14）的部分被刻蚀去除，以形成露出所述第一接触层（11）的台面结构（a），所述第一电极（15）设置在露出的所述第一接触层（11）上。

5.根据权利要求3所述的红外探测器，其特征在于，所述衬底（10）为n型inas衬底或者n型gasb衬底，和/或所述第一接触层（11）为n型inas材料或者n型inassb材料，和/或所述第二接触层（14）为p型ingaassb材料或者n型inas/inassb超晶格。

6.一种红外探测器的制作方法，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的红外探测器的制作方法，其特征在于，所述势垒层（13）的带宽大于所述吸收层（12）的带宽，并且所述势垒层（13）的价带与所述吸收层（12）的价带平齐。

8.根据权利要求6或7所述的红外探测器的制作方法，其特征在于，

9.根据权利要求8所述的红外探测器的制作方法，其特征在于，所述形成与所述第一接触层（11）接触的第一电极（15），且在所述第二接触层（14）上形成第二电极（16）具体包括：

10.根据权利要求8所述的红外探测器的制作方法，其特征在于，所述衬底（10）为n型inas衬底或者n型gasb衬底，和/或所述第一接触层（11）为n型inas材料或者n型inassb材料，和/或所述第二接触层（14）为p型ingaassb材料或者n型inas/inassb超晶格。

技术总结本发明公开了一种红外探测器及其制作方法。所述红外探测器的吸收层为N型InAs/InAsSb超晶格或者N型InGaAs/InAsSb超晶格，并且所述红外探测器的势垒层为N型InGaAsSb材料。在本发明的红外探测器中，InGaAsSb势垒层价带与In(Ga)As/InAsSb超晶格吸收区价带平齐，形成电子势垒，有助于降低器件暗电流，同时器件结构中只有In、Ga、As、Sb四种元素，结构简单，降低了材料生长和加工的难度。技术研发人员：黄勇受保护的技术使用者：苏州晶歌半导体有限公司技术研发日：技术公布日：2024/12/2