[發(fā)明專利]紅外探測(cè)器及其制作方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310152953.5
• 申請(qǐng)日: 2013-04-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103247637A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-08-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 任昕;楊曉杰;邊歷峰;任雪勇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所
• 主分類號(hào): H01L27/144
• 分類號(hào): H01L27/144;H01L31/101;H01L31/0352;H01L31/18
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• 代理人: 暫無(wú)信息

1.一種紅外探測(cè)器，其特征在于：包括半絕緣砷化鎵單晶襯底以及依次形成于所述半絕緣砷化鎵單晶襯底上的n+下接觸層、第一量子點(diǎn)有源區(qū)、第一n+中間接觸層、p+公共接觸層、第二n+中間接觸層、第二量子點(diǎn)有源區(qū)和n+上接觸層，所述的n+下接觸層、第一n+中間接觸層、p+公共接觸層、第二n+中間接觸層和n+上接觸層上分別形成有下電極、第一中間電極、公共電極、第二中間電極以及上電極。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外探測(cè)器，其特征在于：所述的第一n+中間接觸層和第二n+中間接觸層的厚度小于空穴載流子的擴(kuò)散長(zhǎng)度。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的紅外探測(cè)器，其特征在于：所述空穴載流子的擴(kuò)散長(zhǎng)度L_h是工作溫度T的函數(shù)，滿足L_h=L_o*exp(T/T_o)，其中經(jīng)驗(yàn)常數(shù)L_o=60nm，特征溫度T_o=87K。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的紅外探測(cè)器，其特征在于：所述的第一量子點(diǎn)有源區(qū)或第二量子點(diǎn)有源區(qū)包括砷化鎵勢(shì)壘層和自組織形成的銦鎵砷量子點(diǎn)層。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的紅外探測(cè)器，其特征在于：所述的銦鎵砷(In_yGa_1-yAs)量子點(diǎn)層中摻雜有硅元素，其中0.3≤y＜1，該量子點(diǎn)超晶格周期數(shù)至少為1。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的紅外探測(cè)器，其特征在于：所述n+下接觸層和n+上接觸層均為p型III-V族半導(dǎo)體外延層，它們的禁帶寬度分別大于第一n+中間接觸層和第二n+中間接觸層的禁帶寬度，該n+下接觸層和n+上接觸層分別收集第一量子點(diǎn)有源區(qū)和第二量子點(diǎn)有源區(qū)中的空穴載流子。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的紅外探測(cè)器，其特征在于：所述第一n+中間接觸層和第二n+中間接觸層均為半導(dǎo)體材料外延層，該第一n+中間接觸層和第二n+中間接觸層構(gòu)成電子發(fā)射極。

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的紅外探測(cè)器，其特征在于：所述p+公共接觸層為半導(dǎo)體外延層，其禁帶寬度大于第一n+中間接觸層和第二n+中間接觸層的禁帶寬度，所述的p+公共接觸層分別與第一n+中間接觸層和第二n+中間接觸層形成P-N結(jié)，該p+公共接觸層收集第一量子點(diǎn)有源區(qū)和第二量子點(diǎn)有源區(qū)產(chǎn)生的空穴載流子。

9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的紅外探測(cè)器，其特征在于：所述上電極、第一中間電極、公共電極、第二中間電極以及下電極分別接到差分放大電路上，交替地采集第一量子點(diǎn)有源區(qū)和第二量子點(diǎn)有源區(qū)的電子、空穴載流子及相應(yīng)的光伏信號(hào)。

10.一種權(quán)利要求1至9任一所述的紅外探測(cè)器的制作方法，其特征在于，包括：在半絕緣砷化鎵單晶襯底上依次生長(zhǎng)n+下接觸層、第一量子點(diǎn)有源區(qū)、第一n+中間接觸層、p+公共接觸層、第二n+中間接觸層、第二量子點(diǎn)有源區(qū)和n+上接觸層，以及在n+下接觸層、第一n+中間接觸層、p+公共接觸層、第二n+中間接觸層和n+上接觸層上分別形成有下電極、第一中間電極、公共電極、第二中間電極以及上電極。

11.一種權(quán)利要求1至9任一所述的紅外探測(cè)器的制作方法，其特征在于，包括：

（1）在半絕緣III-V族半導(dǎo)體單晶襯底上生長(zhǎng)n+下接觸層；

（2）在n+下接觸層上生長(zhǎng)第一量子點(diǎn)有源區(qū)，該第一量子點(diǎn)有源區(qū)的生長(zhǎng)方法選自過(guò)程a或b，其中：

過(guò)程a，首先生長(zhǎng)一層III-V族半導(dǎo)體勢(shì)壘層，然后在勢(shì)壘層上自組織生長(zhǎng)一層高密度的III-V族半導(dǎo)體量子點(diǎn)作為種子層；在該種子層上生長(zhǎng)一薄層III-V族半導(dǎo)體間隔層之后，再制備III-V族半導(dǎo)體量子點(diǎn)層；上述過(guò)程的重復(fù)周期至少為1次，最后再生長(zhǎng)一層III-V族半導(dǎo)體勢(shì)壘層；

過(guò)程b，首先生長(zhǎng)一層III-V族半導(dǎo)體勢(shì)壘層，然后制備III-V族半導(dǎo)體量子點(diǎn)層；上述過(guò)程的重復(fù)周期至少為1次，最后再生長(zhǎng)一層III-V族半導(dǎo)體勢(shì)壘層；

（3）在第一量子點(diǎn)有源區(qū)上生長(zhǎng)n型半導(dǎo)體外延層作為第一n+中間接觸層；

（4）在第一n+中間接觸層上生長(zhǎng)p型寬禁帶半導(dǎo)體外延層作為p+公共接觸層；

（5）在p+公共接觸層上生長(zhǎng)n型半導(dǎo)體外延層作為第二n+中間接觸層；

（6）在第二n+中間接觸層上生長(zhǎng)第二量子點(diǎn)有源區(qū)，該第二量子點(diǎn)有源區(qū)的生長(zhǎng)方法選自過(guò)程①或②，其中：

過(guò)程①，首先生長(zhǎng)一層III-V族半導(dǎo)體勢(shì)壘層，然后在勢(shì)壘層上自組織生長(zhǎng)一層高密度的III-V族半導(dǎo)體量子點(diǎn)作為種子層；在該種子層上生長(zhǎng)一薄層III-V族半導(dǎo)體間隔層之后，再制備III-V族半導(dǎo)體量子點(diǎn)層；上述過(guò)程的重復(fù)周期至少為1次，最后再生長(zhǎng)一層III-V族半導(dǎo)體勢(shì)壘層；

過(guò)程②，首先生長(zhǎng)一層III-V族半導(dǎo)體勢(shì)壘層，然后制備III-V族半導(dǎo)體量子點(diǎn)層；上述過(guò)程的重復(fù)周期至少為1次，最后再生長(zhǎng)一層III-V族半導(dǎo)體勢(shì)壘層；

（7）在第二量子點(diǎn)有源區(qū)上生長(zhǎng)n型半導(dǎo)體外延層作為n+上接觸層；

（8）利用光刻和干法刻蝕技術(shù)，從量子點(diǎn)紅外探測(cè)器的n+上接觸層開(kāi)始，刻蝕到襯底，形成獨(dú)立的抗輻射和抗光盲雙色量子點(diǎn)紅外探測(cè)器單元；

（9）利用光刻和干法刻蝕技術(shù)，從量子點(diǎn)紅外探測(cè)器單元的n+上接觸層開(kāi)始，刻蝕到N+下接觸層，形成下電極臺(tái)面；

（10）利用光刻和干法刻蝕技術(shù)，從量子點(diǎn)紅外探測(cè)器單元的n+上接觸層開(kāi)始，刻蝕到第一n+中間接觸層，形成第一中間電極臺(tái)面；

（11）利用光刻和干法刻蝕技術(shù)，從量子點(diǎn)紅外探測(cè)器單元的n+上接觸層開(kāi)始，刻蝕到n+公共接觸層，形成公共電極臺(tái)面；

（12）利用光刻和干法刻蝕技術(shù)，從量子點(diǎn)紅外探測(cè)器單元的n+上接觸層開(kāi)始，刻蝕到第二n+中間接觸層，形成公共電極臺(tái)面；

（13）利用光刻技術(shù)暴露出量子點(diǎn)紅外探測(cè)器單元的公共電極圖形，并利用光刻膠保護(hù)好探測(cè)器單元的其它區(qū)域；然后在探測(cè)器單元上沉積p型電極材料并剝離多余的p型電極材料，形成公共電極；

（14）利用光刻技術(shù)暴露出量子點(diǎn)紅外探測(cè)器單元的下電極圖形、第一中間電極圖形、第二中間電極圖形和上電極圖形，并利用光刻膠保護(hù)好探測(cè)器單元的公共電極及其它區(qū)域；然后在探測(cè)器單元上沉積n型電極材料并剝削多余的n型電極材料，形成下電極、第一中間電極、第二中間電極和上電極；

（15）在快速熱退火爐中對(duì)p型電極材料和n型電極材料進(jìn)行合金處理。