[發明專利]電壓調制型中長波雙色量子阱紅外探測器及其制作方法無效

申請號：	200910081984.X	申請日：	2009-04-15
公開（公告）號：	CN101866932A	公開（公告）日：	2010-10-20
發明（設計）人：	霍永恒;馬文全;種明;張艷華;陳良惠	申請（專利權）人：	中國科學院半導體研究所
主分類號：	H01L27/144	分類號：	H01L27/144;H01L31/101;H01L31/0304;H01L21/8252
代理公司：	中科專利商標代理有限責任公司 11021	代理人：	湯保平
地址：	100083 ***	國省代碼：	北京;11
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摘要：
搜索關鍵詞：	電壓調制長波量子紅外探測器及其制作方法
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【說明書】：

技術領域

本發明涉及半導體材料生長與器件制作領域，特別是指一種電壓調制型中長波雙色量子阱紅外探測器的結構設計，材料生長和器件制作方法。

背景技術

紅外探測是一種在通信，遙感，偵查，預警等領域廣泛應用的技術。雙色探測能同時響應目標在兩個不同波段的紅外輻射信息，有利于擴大探測范圍，提高探測的靈敏度，提高紅外系統的抗干擾能力和識別偽裝，排除假目標的本領，所以正成為新的技術發展方向。

III-V族材料量子阱紅外探測器，因為其相比于HgCdTe紅外探測器來說，有材料生長技術和器件制作工藝成熟，大尺寸生長的材料均勻性好，成本低，并且波長調節方便等優點，所以受到重視，特別是在制作大面陣中長波雙色探測器方面，發展十分迅速。

為了制作雙色，乃至多色量子阱紅外探測器，人們提出過各種設計方法。最成功的是三端疊層結構器件的方法，即將兩個探測范圍不同的量子阱紅外探測器生長在一起，并通過導電層接觸起來，然后分別引出電極讀取的方法，實現了對不同波的探測。但該方法需要刻蝕三層，并且每個像元都要引出三個電極，其器件制作工藝，特別是制作多色大面陣器件時，復雜程度大，從而使得成本大幅度提高。

在本發明中，我們通過將不同材料系的量子阱紅外探測器(AlGaAs/GaAs，AlGaAs/GaAs/InGaAs)經導電層串聯起來，并通過對材料生長過程的優化設計，使它們在不同偏壓下的動態電導各不相同，進而分配的電壓不同，因此在不同偏壓下兩個探測器分別處在最優化的工作狀態，從而分別實現對3-5微米和8-12微米兩個大氣窗口范圍內紅外信息的探測。并且采用兩端結構的器件(即每個像元上引出兩個電極)使得器件的制作，尤其是制作面陣器件時，其工藝大為簡化，成本降低。

發明內容

本發明目的是提供一種電壓調制型中長波雙色量子阱紅外探測器的器件設計及制作方法。通過采用簡單的兩端器件結構，既避免了三端結構制作工藝的復雜，大大降低了量子阱紅外探測器的制作成本，同時能通過調制外加偏置電壓的大小使其工作在不同的紅外波段。本發明所述方法適用于目前各種外延生長技術，主要包括MBE等。

本發明提供一種電壓調制型中長波雙色量子阱紅外探測器，包括：

一半絕緣半導體GaAs襯底，作為整個器件的承載體；

一第一半導體GaAs接觸層，制作在半絕緣半導體GaAs襯底上，其中摻雜n型雜質，起到緩沖襯底和其它層之間應力的作用，又充當了器件的下接觸層，用來連接外部偏置電壓，傳導電流；

一第一多量子阱紅外探測器，制作在第一半導體GaAs接觸層上，其量子阱內摻雜n型雜質，用于探測位于長波大氣窗口的紅外輻射，該第一多量子阱紅外探測器的面積小于第一半導體GaAs接觸層的面積，而位于第一半導體GaAs接觸層一側，該第一半導體GaAs接觸層的另一側形成有一臺面；

一第二半導體GaAs接觸層，制作在第一多量子阱紅外探測器上，其中摻雜n型雜質，起到將上下兩個探測器在電學上串聯起來的作用；

一第二多量子阱紅外探測器，制作在第二半導體GaAs接觸層上，其量子阱內摻雜n型雜質，用于探測位于中波大氣窗口的紅外輻射；

一第三半導體GaAs接觸層，制作在第二多量子阱紅外探測器上，其中摻雜n型雜質，起到保護整個器件的作用，并作為上接觸層，用來連接外部偏置電壓，傳導電流；

一上接觸電極和下接觸電極，分別制作在第三半導體GaAs接觸上和第一半導體GaAs接觸層形成的臺面上。

其中第一、第二和第三半導體GaAs接觸層的層厚為300-700納米。

其中第一和第二多量子阱紅外探測器，其各自內部由多個相同的重復單元構成。