[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

基于銻化物超晶格的甚長波紅外探測器，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，外延于所述吸收層之上；中長波波段接觸層，外延于所述勢壘層之上；本發明結構引入了高摻雜的吸收區進一步降低擴散暗電流以使紅外探測器具備高綜合探測率。

技術領域：

本發明屬于半導體光電探測技術領域，具體涉及一種由超晶格材料制備完成的紅外探測器結構，尤其是一種能抑制擴散暗電流的銻化物超晶格甚長波紅外探測器。

背景技術：

根據普朗克黑體輻射定律，絕對零度以上溫度的物體時刻在向外輻射電磁波。不同溫度的物體紅外特征有所區別，因此紅外探測技術在各領域有廣泛的應用。對應12–30μm波段的甚長波，這也是本發明討論的甚長波紅外的波長，在氣象天文探測等領域有重要應用。近年來以銻化物超晶格材料為基礎的高性能紅外焦平面技術發展迅速,其良好的均勻性、相對較低的制備難度、較高的成品率以及與碲鎘汞材料相當的紅外技術性能，使得整個探測器組件滿足低成本、小體積、低重量、低功耗功耗(C-SWaP)的工業化控制要求，因而得到了長足發展。基于該材料的甚長波紅外探測器目前面臨高暗電流以及飽和量子效率開啟電壓過高等問題。在采用恰當的方式抑制產生復合G-R暗電流分量并降低開啟電壓后，器件的擴散暗電流分量仍然維持在一個較高的數量級。因此，銻化物超晶格紅外探測器需要采用進一步措施降低擴散暗電流分量，以提高綜合探測率。

發明內容

本發明目的是，針對傳統甚長波紅外探測器面臨的暗電流噪聲過大和開啟電壓過大的問題，基于現有能夠抑制G-R暗電流并降低開啟電壓的銻化物超晶格甚長波探測器結構基礎，提出一種能抑制擴散暗電流的銻化物超晶格甚長波紅外探測器，以實現高性能甚長波紅外探測。

本發明目的是基于銻化物超晶格材料，提出一種勢壘型超晶格紅外探測器，能在抑制G-R和隧穿暗電流的基礎上，進一步抑制擴散暗電流的探測器結構設計。

本發明是通過如下技術解決上問題的：一種能抑制擴散暗電流的銻化物超晶格甚長波紅外探測器，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；

中長波波段歐姆接觸層稱為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；便于與金屬電極形成歐姆接觸；

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；以便于與金屬電極形成歐姆接觸；

所述頂蓋層為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；中長波勢壘層B區和中長波歐姆接觸層N區的厚度均小于1微米。