[發明專利]紅外探測器及其制作方法

有效

• 申請號: 201310153381.2
• 申請日: 2013-04-27
• 公開（公告）號: CN103247638A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發明（設計）人: 任昕;楊曉杰;邊歷峰;黃宏娟
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: H01L27/144
• 分類號: H01L27/144;H01L31/101;H01L31/0352;H01L31/18
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技術領域

本發明涉及紅外探測器技術領域，具體涉及一種抗輻照和抗光盲雙色量子點紅外探測器及其制作方法。

背景技術

目前，紅外探測器在紅外夜視、紅外制導、軍事偵察、火災預警、火山和礦藏信息采集、天文學研究及癌癥診斷等方面有很高的應用價值。而雙色紅外探測器，可以根據觀測目標的特征溫度，選擇最敏感的工作波長，獲取高清晰的紅外輻射信息。

當紅外探測器在太空中工作時，將不可避免地受到高能電子、質子，α、β、γ射線和x射線的照射，產生輻射損傷，并導致器件性能降低。這些高能粒子輻射與紅外探測器的互相作用主要表現為兩種形式：⑴電離和激發過程，該過程會對半導體材料的電學性質產生瞬間擾動，使紅外探測器產生噪聲信號；⑵原子移動過程，該過程可以使半導體材料中的原子發生位移，形成位錯等缺陷，給紅外探測器造成永久損傷，降低紅外探測器的工作性能，甚至導致器件失效。因而，需要尋求抗輻射的紅外探測器。

現有的紅外探測器中，碲鎘汞（HgCdTe）紅外探測器和GaAs/AlGaAs量子阱紅外探測器的工作性能達到了很好的水平，但是前者受到高能粒子轟擊會發生原子位移，產生很多缺陷，后者不能直接吸收正入射紅外輻射光子，需要制作復雜的表面光柵來增強光耦合。還有一種是量子點紅外探測器，由于半導體量子點中載流子受到三維量子限制作用而處于分立子能級上，引出量子點紅外探測器能夠直接吸收正入射的紅外輻射光子而發生子能級躍遷，把紅外輻射信號轉換成光電流或者光伏信號；此外，量子點中載流子處于分立子能級的特點使得量子點紅外探測器具有較高的工作溫度。通過改變材料組分和量子點的尺寸可以調節III-V族半導體量子點中的子能級，從而得到工作波長處于中波紅外窗口（3~5μm）和長波紅外窗口(8~14μm)或者其它兩個不同波長紅外波段的量子點紅外探測器。我們將兩種不同材料組分和尺寸的量子點組成的量子點有源區迭加在一起可以實現對兩個波段紅外輻射信號的探測，制備出雙色量子點紅外探測器。

由于III-V族半導體材料具有很高的結晶質量和很強的化學鍵，能夠承受高能粒子輻射而不產生原子位移過程，上述量子點紅外探測器可以解決前述高能粒子輻射產生的第（2）點影響。但是高能電子、質子以及α、β、γ射線和x射線的照射仍然會導致III-V族半導體材料發生電離和激發過程，使紅外探測器產生噪聲信號。

因而，如果能解決高能粒子輻射造成的紅外探測器噪聲問題，就能獲得一種可適用于太空中工作的紅外探測器。

發明內容

本發明的目的是提供一種適于在太空環境下工作的抗輻照和抗可見光致盲的量子點紅外探測器；本發明的另一目的是提供該抗輻照和抗可見光致盲量子點紅外探測器的制作方法。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種紅外探測器，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p+下接觸層、第一n+中間接觸層、第一量子點有源區、n+公共接觸層、第二量子點有源區、第二n+中間接觸層和p+上接觸層，所述的p+下接觸層、第一n+中間接觸層、n+公共接觸層、第二n+中間接觸層和p+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。

作為本發明的進一步改進，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散長度。

作為本發明的進一步改進，所述空穴載流子的擴散長度L_h是工作溫度T的函數，滿足L_h=L_o*exp(T/T_o)，其中經驗常數L_o=60nm，特征溫度T_o=87K。

作為本發明的進一步改進，所述的第一量子點有源區或第二量子點有源區包括砷化鎵勢壘層和自組織形成的銦鎵砷量子點層。

作為本發明的進一步改進，所述的銦鎵砷(In_yGa_1-yAs)量子點層中摻雜有硅元素，其中0.3≤y＜1，該量子點超晶格周期數至少為1。

作為本發明的進一步改進，所述p+下接觸層和p+上接觸層均為p型III-V族半導體外延層，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p+下接觸層和p+上接觸層分別收集第一量子點有源區和第二量子點有源區中的空穴載流子。

作為本發明的進一步改進，所述第一n+中間接觸層和第二n+中間接觸層均為半導體材料外延層，該第一n+中間接觸層和第二n+中間接觸層構成電子發射極。