[發(fā)明專利]GaAs基InAs/GaSb超晶格近紅外光電探測器及其制作方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810106276.2
• 申請日: 2008-05-09
• 公開（公告）號: CN101576413A
• 公開（公告）日: 2009-11-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 湯寶;周志強(qiáng);郝瑞亭;任正偉;徐應(yīng)強(qiáng);牛智川
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
• 主分類號: G01J5/00
• 分類號: G01J5/00
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 周國城

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)中紅外光電探測器領(lǐng)域，尤其涉及一種GaAs基InAs/GaSb超晶格1至3微米波段紅外光電探測器及其制作方法。

背景技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，以軍用為核心的紅外探測器逐漸發(fā)展起來，目前在戰(zhàn)略預(yù)警、戰(zhàn)術(shù)報(bào)警、夜視、制導(dǎo)、通訊、氣象、地球資源探測、工業(yè)探傷、醫(yī)學(xué)、光譜、測溫、大氣監(jiān)測等軍用和民用領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。

但是，目前最常用的硅摻雜探測器、InSb、QWIP、MCT等紅外探測器，都要求在低溫下工作，需要專門的制冷設(shè)備，造價(jià)昂貴，因而應(yīng)用受到限制。而InAs/GaSb紅外探測器由于其材料的特殊性，例如：電子和空穴高的有效質(zhì)量可有效的減少遂穿電流，提高態(tài)密度；重空穴帶和輕空穴帶較大的能量差能減小俄歇復(fù)合，提高載流子壽命等，是目前最有可能實(shí)現(xiàn)室溫工作的第三代紅外探測器。

雖然InAs/GaSb超晶格生長在與之相匹配的GaSb襯底上能獲得較少的缺陷密度，但GaSb襯底有著價(jià)格昂貴、無半絕緣襯底、難以與讀出電路集成等一系列缺點(diǎn)，因而在便宜的GaAs襯底上生長出高質(zhì)量的GaSb緩沖層后再生長InAs/GaSb超晶格制作紅外探測器有著廣闊的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種GaAs基InAs/GaSb超晶格1至3微米波段紅外光電探測器及其制作方法，以在GaAs襯底上生長出高質(zhì)量的GaSb緩沖層，并再生長出InAs/GaSb超晶格，進(jìn)而制作出暗電流低，成本低廉的紅外探測器。

(二)技術(shù)方案

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種GaAs基InAs/GaSb超晶格1至3微米波段紅外光電探測器，該紅外光電探測器由自下而上的GaAs襯底、GaAs緩沖層、AlSb成核層、GaSb下緩沖層、AlSb/GaSb超晶格層、GaSb上緩沖層、InAs/GaSb超晶格層、GaSb蓋層和鈦金合金電極構(gòu)成，其中所述AlSb成核層的厚度為5nm。

優(yōu)選地，所述GaAs緩沖層的厚度為200nm至500nm，所述GaSb下緩沖層的厚度為500至1000nm，所述GaSb上緩沖層的厚度為500至1000nm，所述GaSb蓋層的厚度為20至200nm，所述鈦金合金電極的厚度為200nm。

優(yōu)選地，所述AlSb/GaSb超晶格層是由交替生長的20至40個(gè)周期的AlSb勢壘層/GaSb勢阱層構(gòu)成，其中每層AlSb的厚度為5nm，GaSb的厚度為5nm。

優(yōu)選地，所述InAs/GaSb超晶格層是由交替生長的不少于300個(gè)周期或厚度為1微米的InAs層/GaSb層構(gòu)成，其中每層GaSb的厚度為2.4nm，每層InAs厚度由探測波長決定。

優(yōu)選地，所述InAs/GaSb超晶格層生長過程中，每周期快門的開關(guān)順序依次為：開Sb、開In、同時(shí)開In和As、開As、開Sb、同時(shí)開Ga和Sb。

一種制作GaAs基InAs/GaSb超晶格1至3微米波段紅外光電探測器的方法，該方法包括：

將GaAs襯底放在分子束外延設(shè)備樣品架上，脫氧，然后將襯底升溫，在As保護(hù)下除氣；

生長GaAs緩沖層；

降低襯底溫度，依次生長厚度為5nm的AlSb成核層、GaSb下緩沖層、AlSb/GaSb超晶格層和GaSb上緩沖層；

降低襯底溫度，依次生長InAs/GaSb超晶格層和GaSb蓋層；

制備好的外延片采用標(biāo)準(zhǔn)光刻技術(shù)及酒石酸溶液刻蝕，然后濺射鈦金合金制作電極從而制作成探測器。

優(yōu)選地，所述將GaAs襯底放在分子束外延設(shè)備樣品架上，脫氧，然后將襯底升溫，在As保護(hù)下除氣的步驟具體包括：將半絕緣GaAs襯底放在分子束外延設(shè)備樣品架上，在580℃脫氧，然后將襯底升至630℃在As保護(hù)下除氣3分鐘。

優(yōu)選地，所述生長GaAs緩沖層的步驟是在580℃溫度下進(jìn)行。

優(yōu)選地，所述降低襯底溫度，依次生長AlSb成核層、GaSb下緩沖層、AlSb/GaSb超晶格層和GaSb上緩沖層的步驟，是將襯底溫度降至500℃。

優(yōu)選地，所述降低襯底溫度，依次生長InAs/GaSb超晶格層和GaSb蓋層的步驟，是將襯底溫度降至380至420℃。

(三)有益效果

從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果：