[發(fā)明專利]一種超晶格甚長(zhǎng)波紅外探測(cè)器結(jié)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010529281.5
• 申請(qǐng)日: 2020-06-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111710733B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-10-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 施毅;岳壯豪;牛智川;王國(guó)偉;徐應(yīng)強(qiáng);蔣洞微;常發(fā)冉;李勇;王軍轉(zhuǎn);鄭有炓
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L31/0352
• 分類號(hào): H01L31/0352;H01L31/103;H01L31/11
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)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(zhǎng)波紅外探測(cè)器結(jié)構(gòu)，其特征是，包括從下到上的以下結(jié)構(gòu)：襯底，緩沖層，甚長(zhǎng)波波段吸收層，中長(zhǎng)波波段勢(shì)壘層，甚長(zhǎng)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(zhǎng)波波段吸收層稱為P區(qū)，外延于所述緩沖層之上；

中長(zhǎng)波波段勢(shì)壘層稱為B區(qū)，外延于所述甚長(zhǎng)波波段吸收層P區(qū)之上；

甚長(zhǎng)波波段歐姆接觸層，稱為p區(qū)，外延于所述中長(zhǎng)波波段勢(shì)壘層B區(qū)之上；

頂蓋層，外延于所述接觸層p區(qū)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(zhǎng)波吸收層P區(qū)采用P型摻雜；

所述中長(zhǎng)波勢(shì)壘層B區(qū)采用P型分段摻雜；

所述甚長(zhǎng)波接觸層即歐姆接觸層p區(qū)采用P型重?fù)诫s；

所述蓋層為P型重?fù)诫s材料；

所述P、B、p區(qū)和緩沖層及蓋層均由三五族半導(dǎo)體組成：InAs，GaSb，AlSb，InSb及其超晶格材料組成；探測(cè)器各個(gè)區(qū)域三五族半導(dǎo)體材料生長(zhǎng)和摻雜可通過(guò)分子束外延技術(shù)(MBE)或金屬有機(jī)氣相沉積技術(shù)(MOCVD)實(shí)現(xiàn)；調(diào)控各個(gè)區(qū)域的超晶格結(jié)構(gòu)，摻雜以及厚度等以調(diào)整器件能帶，得到額定探測(cè)性能。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超晶格紅外探測(cè)器，其特征在于，所述吸收層P區(qū)為超晶格材料，采用P型摻雜，以使電子成為探測(cè)少子；P型摻雜濃度約為0.5-1.5×10¹⁶cm^-3左右。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超晶格紅外探測(cè)器，其特征在于，所述勢(shì)壘層B區(qū)為超晶格材料，采用P型分段摻雜，外延于上述吸收層P區(qū)上；

所述歐姆接觸層p區(qū)為超晶格材料，采用P型重?fù)诫s，以便于與外電極形成歐姆接觸，外延于上述勢(shì)壘層B區(qū)上；

所述頂蓋層為GaSb體材料，采用P型重?fù)诫s，以便形成歐姆接觸，外延于上述接觸層p區(qū)上。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超晶格紅外探測(cè)器，其特征在于，其中吸收層P區(qū)和接觸層p區(qū)采用InAs/GaSb II類超晶格材料，勢(shì)壘B區(qū)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(qū)的帶隙對(duì)應(yīng)截止波長(zhǎng)在目標(biāo)甚長(zhǎng)波紅外波段內(nèi)；勢(shì)壘層的厚度在20-250nm范圍內(nèi)；勢(shì)壘層采用分段摻雜，以物理位置劃分不同的區(qū)域并采用不同的摻雜，以實(shí)現(xiàn)形成同型結(jié)和調(diào)控載流子輸運(yùn)性能的要求；吸收層和接觸層均采用甚長(zhǎng)波波段超晶格材料，勢(shì)壘層采用中長(zhǎng)波波段超晶格材料；

上述結(jié)構(gòu)中的各區(qū)域，通過(guò)超晶格材料的能帶工程，使得各區(qū)域滿足以下特定的能帶條件：勢(shì)壘層B區(qū)的帶隙為吸收區(qū)帶隙的兩倍以上；勢(shì)壘層B區(qū)的導(dǎo)帶真空能級(jí)略低于吸收層P區(qū)的導(dǎo)帶真空能級(jí)；勢(shì)壘層的價(jià)帶遠(yuǎn)低于吸收層的價(jià)帶、勢(shì)壘層B區(qū)的價(jià)帶真空能級(jí)低于吸收層P區(qū)的價(jià)帶真空能級(jí)一個(gè)吸收層P區(qū)的禁帶寬度，以阻擋多數(shù)載流子。

5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超晶格紅外探測(cè)器，其特征在于，所述超晶格材料的接觸層p區(qū)，采用與吸收層P區(qū)相同的超晶格結(jié)構(gòu)，故具有相同的真空能級(jí)，但采用不同的摻雜；接觸p區(qū)采用P型重?fù)诫s，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(yùn)；摻雜濃度≥5×10¹⁷cm^-3，尤其是摻雜濃度達(dá)到10¹⁸cm^-3，以便與金屬電極形成歐姆接觸。

6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超晶格紅外探測(cè)器，其特征在于，上述超晶格材料的勢(shì)壘層B區(qū)的帶隙對(duì)應(yīng)截止波長(zhǎng)在中長(zhǎng)波波段內(nèi)，勢(shì)壘層的厚度被調(diào)控優(yōu)化，并采用偏P型摻雜的分段摻雜，以便與兩側(cè)區(qū)域接觸形成恰當(dāng)?shù)哪軒ЫY(jié)構(gòu)；分段摻雜能使得兩側(cè)的吸收層P區(qū)和接觸層p區(qū)形成電荷積累層，同時(shí)使得勢(shì)壘層B區(qū)內(nèi)部的導(dǎo)帶保持比較平順平坦的形狀沒(méi)有較高的導(dǎo)帶突起出現(xiàn)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超晶格紅外探測(cè)器，其特征在于，上述結(jié)構(gòu)中的吸收區(qū)層厚度約為2-10μm，勢(shì)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。