[發明專利]一種氮化物寬勢壘多量子阱紅外探測器及其制備方法

有效

• 申請號: 201410010267.9
• 申請日: 2014-01-09
• 公開（公告）號: CN103762262A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 王新強;陳廣;沈波;榮新;許福軍;張國義
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H01L31/101
• 分類號: H01L31/101;H01L31/0352;H01L31/0304;H01L31/18
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理事務所(普通合伙) 11360
• 代理人: 王巖

1.一種寬勢壘多量子阱紅外探測器，其特征在于，所述探測器包括：襯底（1）、底電極接觸層（3）、多量子阱（5）、頂電極接觸層（6）、頂電極（7）和底電極（8）以及鈍化層（9）；其中，在所述襯底（1）上生長底電極接觸層（3）；在所述底電極接觸層（3）的一部分上依次為多量子阱（5）、頂電極接觸層（6）和頂電極（7）；在所述底電極接觸層（3）的一部分上為底電極（8）；在所述多量子阱（5）、頂電極接觸層（6）和頂電極（7）的側面覆蓋有鈍化層（9），以及在所述底電極（8）的側面覆蓋有鈍化層（9）；所述多量子阱（5）中的每個量子阱為寬勢壘，以阻擋暗電流通過；并且所述多量子阱（5）的總寬度滿足能夠讓光電流通過；所述多量子阱（5）的勢壘或者勢阱中為重摻雜。

2.如權利要求1所述的探測器，其特征在于，單個勢壘的寬度≥10nm，多量子阱（5）的總寬度≥30nm；并且，多量子阱（5）的總厚度與外加偏壓的大小有關，在通常外加偏壓±5V的情況下，多量子阱（5）的總厚度≤1μm。

3.如權利要求1所述的探測器，其特征在于，所述多量子阱（5）的材料采用三族氮化物。

4.如權利要求1所述的探測器，其特征在于，進一步包括插入層（4），所述插入層（4）設置在底電極接觸層（3）和多量子阱（5）之間。

5.一種寬勢壘多量子阱紅外探測器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

1）根據實際需要，通過能帶理論模擬計算，對多量子阱紅外探測器的結構進行模擬和優化；

2）對襯底進行預處理，使其表面潔凈；

3）利用精細外延設備在襯底上進行寬勢壘多量子阱紅外探測器外延生長，包括在襯底上依次生長：底電極接觸層、多量子阱作為有源區和頂電極接觸層；

4）利用材料表征設備對步驟1）至3）得到的晶元的晶體質量、表面形貌以及界面情況進行表征反饋，如果晶元的性能不滿足需要，則優化生長條件，返回步驟1）重新制備，直到獲得符合要求的晶元，進入步驟5）；

5）測試晶元的光吸收特性，確定光響應波段范圍，如果光響應波段不符合實際需要，則返回步驟1）重新制備，直到光響應波段符合實際需要，進入步驟6）；

6）利用器件工藝設備制備探測器單元，包括臺面結構刻蝕、電極蒸鍍以及側邊鈍化；

7）對探測器進行封裝；

8）測試探測器的暗電流和光電流譜，獲取探測器性能信息。

6.如權利要求5所述的制備方法，其特征在于，在步驟1）中，根據探測范圍的需要，進行模擬計算，采用薛定諤方程和泊松方程迭代數值求解的方法進行模擬；對多量子阱的材料、勢阱和勢壘的能帶帶階和寬度以及周期數進行模擬和優化。

7.如權利要求5所述的制備方法，其特征在于，在步驟3）中，底電極接觸層的厚度不小于200nm；對多量子阱的勢壘或者勢阱進行重摻雜；通過調節多量子阱的勢阱和勢壘的能帶帶階以及寬度來調節探測波長。

8.如權利要求5所述的制備方法，其特征在于，在步驟3）中，在制備多量子阱之前進一步包括在底電極接觸層上生長插入層。

9.如權利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟4）中，采用X射線衍射搖擺曲線半寬峰值的大小表征材料螺型分量以及刃型分量位錯密度的大小，采用高精度X射線衍射相分析以及高精度透射電子顯微鏡來表征多量子阱的界面銳利度，采用原子力顯微鏡表征材料表面的粗糙度。

10.如權利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟5）中，利用s偏振光作為背景光，p偏振光作為信號光，利用公式得到吸收系數譜，其中，α為吸收系數，Tp為p偏振光透射光強，T_s為_s偏振光透射光強。