[發明專利]一種銻化物超晶格甚長波紅外探測器中抑制擴散暗電流的結構

在審

• 申請號: 202010528821.8
• 申請日: 2020-06-11
• 公開（公告）號: CN111710732A
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發明（設計）人: 施毅;岳壯豪;牛智川;王國偉;徐應強;蔣洞微;常發冉;李勇;王軍轉;鄭有炓
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: H01L31/0352
• 分類號: H01L31/0352;H01L31/103
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳建和

1.一種基于銻化物超晶格的甚長波紅外探測器，其特征在于，包括從下到上的以下結構：襯底，緩沖層，中長波歐姆接觸層，甚長波波段吸收層，中長波波段勢壘層，中長波波段接觸層，頂蓋層；

緩沖層外延于所述襯底之上；

中長波波段接觸層稱為P區，外延于所述緩沖層之上；

甚長波波段吸收層稱為π區，外延于所述中長波波段接觸層P區之上；

中長波波段勢壘層稱為B區，外延于所述甚長波波段吸收層π區之上；

中長波波段接觸層稱為N區，外延于所述中長波波段勢壘層B區之上；

頂蓋層外延于所述中長波波段接觸層N區之上；

所述各層均采用三五族半導體材料，包括GaSb、InAs、AlSb和InSb及其超晶格材料，所述襯底為GaSb(100)材料；

所述緩沖層為P型摻雜GaSb材料；

所述中長波歐姆接觸層P區，采用P型重摻雜；

所述甚長波吸收層π區，采用P型摻雜；

所述中長波勢壘層B區，采用P型摻雜；

所述中長波歐姆接觸層N區，采用N型重摻雜；

所述蓋層為N型摻雜InAs蓋層；

上述吸收層π區和接觸層P區厚度分別為數微米長和1微米以內；勢壘層B區和接觸層N區的厚度均小于1微米。

勢壘層的真空能級導帶略低于吸收層的真空能級導帶；勢壘層的真空能級價帶遠低于吸收層的真空能級價帶；

精確調控探測器各層的超晶格結構，摻雜和厚度參數以設計探測器結構，使其滿足能帶設計要求，達到探測要求。

2.根據權利要求1所述的甚長波紅外探測器，其特征在于，上述探測器結構中，所述接觸層P區和吸收層π區采用InAs/GaSb體系超晶格材料，勢壘層B區和接觸層N區采用InAs/GaSb/AlSb/GaSb或InAs/AlSb體系超晶格材料；除吸收層π區以外的區域截止波長；；均小于目標探測甚長波波段以減小串擾；截止波長表示：50％截止波長。

3.根據權利要求2所述的銻化物超晶格甚長波紅外探測器，其特征在于，所述吸收層π區采用P型摻雜，摻雜濃度≥6×10¹⁶cm^-3；勢壘層B區采用P型摻雜。

4.根據權利要求1所述的甚長波紅外探測器，其特征在于，通過能帶工程設計各區超晶格結構，使得各區等效真空能級滿足理想能帶條件：接觸層P區的導帶能級遠高于吸收層π區，價帶能級略高于吸收層π區；勢壘層B區的導帶能級略低于吸收層的導帶，價帶能級遠低于吸收層以阻擋多數載流子；接觸層N區采用和勢壘層相近或相同的超晶格結構。

5.根據權利要求1所述的甚長波紅外探測器，其特征在于，所述吸收層π區采用P型摻雜，摻雜濃度大于6×10¹⁶cm^-3以使擴散長度較長的電子成為探測少子提供光電信號；勢壘層B區采用P型摻雜與吸收層π區形成同型結，使吸收層內形成空穴多子積累層，以抑制G-R和隧穿暗電流。

6.根據權利要求2所述的銻化物超晶格甚長波紅外探測器，其特征在于，接觸層P區、勢壘層B區和接觸層N區均采用中長波波段超晶格材料，吸收層π區采用甚長波超晶格材料。

7.根據權利要求2所述的銻化物超晶格甚長波紅外探測器，其特征在于，上述P區采用截止波長為8μm的超晶格材料，π區的截止波長約為15μm，M區和N區的截止波長為8μm。

8.根據權利要求2所述的銻化物超晶格甚長波紅外探測器，其特征在于，上述每一段超晶格材料及摻雜均通過分子外延方法生長實現。

9.根據權利要求2所述的銻化物超晶格甚長波紅外探測器，其特征在于，上述每一段超晶格材料都滿足了上下層晶格匹配和應力平衡；合理控制勢壘層的厚度以提升載流子輸運性能，提高量子效率。