[發明專利]一種超晶格甚長波紅外探測器結構

有效

• 申請號: 202010529281.5
• 申請日: 2020-06-11
• 公開（公告）號: CN111710733B
• 公開（公告）日: 2023-10-17
• 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;H01L31/11
• 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結構，其特征是，包括從下到上的以下結構：襯底，緩沖層，甚長波波段吸收層，中長波波段勢壘層，甚長波波段歐姆接觸層，頂蓋層；

緩沖層外延于所述襯底之上；

甚長波波段吸收層稱為P區，外延于所述緩沖層之上；

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P區之上；

甚長波波段歐姆接觸層，稱為p區，外延于所述中長波波段勢壘層B區之上；

頂蓋層，外延于所述接觸層p區之上；

所述襯底為GaSb(100)材料；

所述緩沖層為P型摻雜GaSb材料；

所述甚長波吸收層P區采用P型摻雜；

所述中長波勢壘層B區采用P型分段摻雜；

所述甚長波接觸層即歐姆接觸層p區采用P型重摻雜；

所述蓋層為P型重摻雜材料；

所述P、B、p區和緩沖層及蓋層均由三五族半導體組成：InAs，GaSb，AlSb，InSb及其超晶格材料組成；探測器各個區域三五族半導體材料生長和摻雜可通過分子束外延技術(MBE)或金屬有機氣相沉積技術(MOCVD)實現；調控各個區域的超晶格結構，摻雜以及厚度等以調整器件能帶，得到額定探測性能。

2.根據權利要求1所述的超晶格紅外探測器，其特征在于，所述吸收層P區為超晶格材料，采用P型摻雜，以使電子成為探測少子；P型摻雜濃度約為0.5-1.5×10¹⁶cm^-3左右。

3.根據權利要求1或2所述的超晶格紅外探測器，其特征在于，所述勢壘層B區為超晶格材料，采用P型分段摻雜，外延于上述吸收層P區上；

所述歐姆接觸層p區為超晶格材料，采用P型重摻雜，以便于與外電極形成歐姆接觸，外延于上述勢壘層B區上；

所述頂蓋層為GaSb體材料，采用P型重摻雜，以便形成歐姆接觸，外延于上述接觸層p區上。

4.根據權利要求1或2所述的超晶格紅外探測器，其特征在于，其中吸收層P區和接觸層p區采用InAs/GaSb II類超晶格材料，勢壘B區采用InAs/GaSb/AlSb/GaSb超晶格材料或InAs/AlSb超晶格材料；

上述超晶格材料的吸收層P區的帶隙對應截止波長在目標甚長波紅外波段內；勢壘層的厚度在20-250nm范圍內；勢壘層采用分段摻雜，以物理位置劃分不同的區域并采用不同的摻雜，以實現形成同型結和調控載流子輸運性能的要求；吸收層和接觸層均采用甚長波波段超晶格材料，勢壘層采用中長波波段超晶格材料；

上述結構中的各區域，通過超晶格材料的能帶工程，使得各區域滿足以下特定的能帶條件：勢壘層B區的帶隙為吸收區帶隙的兩倍以上；勢壘層B區的導帶真空能級略低于吸收層P區的導帶真空能級；勢壘層的價帶遠低于吸收層的價帶、勢壘層B區的價帶真空能級低于吸收層P區的價帶真空能級一個吸收層P區的禁帶寬度，以阻擋多數載流子。

5.根據權利要求1或2所述的超晶格紅外探測器，其特征在于，所述超晶格材料的接觸層p區，采用與吸收層P區相同的超晶格結構，故具有相同的真空能級，但采用不同的摻雜；接觸p區采用P型重摻雜，以便于與外電極形成歐姆接觸從而利于光生載流子向電極的輸運；摻雜濃度≥5×10¹⁷cm^-3，尤其是摻雜濃度達到10¹⁸cm^-3，以便與金屬電極形成歐姆接觸。

6.根據權利要求1或2所述的超晶格紅外探測器，其特征在于，上述超晶格材料的勢壘層B區的帶隙對應截止波長在中長波波段內，勢壘層的厚度被調控優化，并采用偏P型摻雜的分段摻雜，以便與兩側區域接觸形成恰當的能帶結構；分段摻雜能使得兩側的吸收層P區和接觸層p區形成電荷積累層，同時使得勢壘層B區內部的導帶保持比較平順平坦的形狀沒有較高的導帶突起出現。

7.根據權利要求1或2所述的超晶格紅外探測器，其特征在于，上述結構中的吸收區層厚度約為2-10μm，勢壘層厚度為20-250納米，接觸層的厚度小于1μm，蓋層的厚度約為20至500納米。