[發(fā)明專利]一種InSb基高溫工作紅外探測器材料及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611136266.4
• 申請日: 2016-12-12
• 公開（公告）號: CN106601870A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉銘;周朋;邢偉榮;尚林濤;周立慶
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電子科技集團公司第十一研究所
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/0352;H01L31/105;B82Y30/00
• 代理公司: 工業(yè)和信息化部電子專利中心11010
• 代理人: 于金平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光電探測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種InSb基高溫工作紅外探測器材料及其制備方法。

背景技術(shù)

InSb材料由于其在優(yōu)越的光電性能，國外InSb探測器廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域已有30多年，包括響尾蛇(Sidewinder)、英國的先進近距空空導(dǎo)彈(ASRAAM)、以色列怪蛇4、美國最新裝備的高空預(yù)警飛機“全球鷹”等。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，InSb探測器工藝已經(jīng)非常成熟，其性能也已經(jīng)得到了極大的開發(fā)。但它必須在80K左右的溫度下工作，因此很難適應(yīng)現(xiàn)代武器系統(tǒng)對紅外探測器輕型化、靈巧化、低成本、快速啟動和較好的環(huán)境適應(yīng)性的需求，高溫工作的紅外探測器是適應(yīng)未來發(fā)展的重要技術(shù)途徑之一。如果能夠?qū)⑻綔y器工作溫度提高到液氬制冷機的溫度(90K)以上，將大大減少制冷時間和功耗實現(xiàn)快速啟動。目前，國際主要紅外探測器研制機構(gòu)已經(jīng)將大量精力投入到研制高工作溫度的高性能紅外探測器的方向上。國外已經(jīng)發(fā)展多種結(jié)構(gòu)的MBE外延型InSb探測器，以色列SCD以及英國BAE報道了他們制備的分子束外延InSb和InAlSb材料制備的器件以及實現(xiàn)高溫探測器。

采用摻鋁InSb材料，結(jié)合勢壘層的制備可以大幅度提高器件的工作溫度，目前最高已經(jīng)實現(xiàn)了130K成像輸出，但是基于較厚的摻鋁層會帶來材料失配，導(dǎo)致材料制備難度加大限制了InAlSb紅外探測器的進一步發(fā)展，基于以往的工藝和技術(shù)路線在實現(xiàn)更高的高溫工作方面遇到極大的挑戰(zhàn)，因此需要轉(zhuǎn)變研究思路、開發(fā)新的工藝和技術(shù)路線以及新的材料結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)更高工作溫度。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述的分析，本發(fā)明旨在提供一種InSb基高溫工作紅外探測器材料及其制備方法，用以解析現(xiàn)有技術(shù)中InSb基紅外探測器材料工作溫度比較低的問題。

為解決上述問題，本發(fā)明主要是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

本發(fā)明提供了一種InSb基高溫工作紅外探測器材料的制備方法，其特征在于，包括：

步驟A：選取勢壘層Al組分以及吸收層摻雜濃度；

步驟B：將InSb襯底裝入外延生長室MBE，經(jīng)預(yù)除氣處理以及去除氧化層處理制備外延級InSb襯底；

步驟C：在所述外延級InSb襯底上生長InSb緩沖層以及InSb下接觸層；

步驟D：在所述InSb下接觸層上生長InSb吸收層；

步驟E：在所述InSb吸收層上生長InAlSb勢壘層；

步驟F：在所述InAlSb勢壘層上生長InSb上接觸層。

進一步地，選取所述勢壘層的Al組分為10％-30％，n型或p型電極層摻雜濃度為2×10¹⁶-5×10¹⁷cm^-3。

進一步地，所述InSb襯底厚度為490-520μm；所述去除氧化層的去除溫度小于500℃，去除過程中襯底在Sb束流的保護下。

進一步地，所述Sb束流大小為10^-6Torr量級。

進一步地，InSb緩沖層的厚度為0.5μm，InSb下接觸層的生長厚度為0.1-0.5μm，n型摻雜或p型摻雜濃度為2×10¹⁶-5×10¹⁷cm^-3。

進一步地，所述InSb吸收層的生長厚度0.8-1.1μm。

進一步地，所述InAlSb勢壘層厚度為20-100nm，且所述InAlSb勢壘層引入p型或n型摻雜。

進一步地，該方法還包括：所述步驟B、C、D、E、F均在真空度10^-10Torr量級以上的分子束外延設(shè)備中生長的。

本發(fā)明另一方面提供了通過上述任意一種方法制備的一種InSb基高溫工作紅外探測器材料。

本發(fā)明有益效果如下：

本發(fā)明所提供的一種InSb基高溫工作紅外探測器材料，采用了nBin或pB’ip勢壘層結(jié)構(gòu)。由于空間電荷區(qū)寬度的減小，產(chǎn)生-復(fù)合電流大幅降低；由于吸收層掩埋在大禁帶寬度的勢壘層下，器件表面漏電大大降低；兩種結(jié)構(gòu)的工作載流子均為少子，對于pB’ip結(jié)構(gòu)，其少子為電子，與空穴相比，電子有更長的擴散長度和更高的遷移率，光生載流子的收集更有效，因此利用pB’ip結(jié)構(gòu)可以得到更高的量子效率，而且對于空穴勢壘層，空穴遂穿的幾率很小，遂穿電流也得到了極大的抑制，從而大大提高了InSb基紅外探測器材料的工作溫度的范圍。