[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

一種基于銻化物超晶格的甚長波紅外探測器結構，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；本發明擁有良好載流子輸運性能的銻化物超晶格甚長波紅外探測器。本發明引入了同型結和分段摻雜，同時對各個區域超晶格結構，摻雜濃度和厚度進行了調控以得到高綜合探測率的紅外探測器結構。

技術領域

本發明屬于半導體器件技術領域，具體涉及一種超晶格甚長波紅外探測器的結構，尤其是一種基于銻化物超晶格的甚長波紅外探測器結構。采用包括超晶格結構調整，區域厚度控制，分段摻雜在內的方式對器件的能結構進行精確調控。

背景技術

不同溫度的物體因為黑體輻射具有不同的紅外輻射譜和紅外特征，因此不同波段的紅外探測器能探測響應識別不同的目標。其中甚長波對應12-30μm波段，長波及甚長波紅外成像能在黑暗和低溫的環境下探測到物體，即使在有煙霧、粉塵的情況下也不需要可見光光源，可全天候使用，且以被動的方式探測物體發出的紅外輻射，比其他帶光源的系統更具有隱蔽性，因此已在氣象，天文探測，武器裝備中得到廣泛應用，成為現代高技術裝備中不可缺少的重要部分。以銻化物為代表的II類超晶格材料在甚長波段具有載流子有效質量高，能抑制俄歇復合過程，材料均一穩定性高，焦平面造價低等優勢，因而受到了廣泛關注。II類超晶格材料探測器目前主要面臨暗電流過大以及開啟電壓即量子效率飽和電壓過高的問題。暗電流主要組分有擴散暗電流，產生復合G-R暗電流以及隧穿暗電流，其中G-R暗電流為主導地位。而開啟電壓過高的問題來源于探測器各區域的超晶格能帶不匹配等因素。這兩個問題限制了探測器的綜合探測率，降低了探測器的工作溫度，大大削弱了探測器的工作能力。

發明內容

本發明目的是，基于現有超晶格甚長波器件面臨暗電流噪聲過大和開啟電壓過高的現狀，從能帶結構的角度，提出一種基于銻化物超晶格材料體系的高性能甚長波紅外探測器結構，以顯著降低暗電流和實現低開啟電壓，對甚長波紅外探測目標提高器件的綜合探測率。通過采用包括超晶格結構調整，區域厚度控制，分段摻雜在內的方式對器件的能結構進行精確調控，以達到設計目的。

本發明是通過如下技術解決上問題的：一種基于銻化物超晶格的甚長波紅外探測器結構，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；通過精確調控各個區域的超晶格結構，厚度以及摻雜以設計滿足特定能帶結構的紅外探測器結構；

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(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。

優化各個區域的超晶格結構，摻雜以及厚度等以調整器件能帶，得到最佳探測性能。所述P、B、p區和緩沖層及蓋層均由三五族半導體組成，可由InAs，GaSb，AlSb，InSb及其超晶格材料組成；所述吸收層P區為超晶格材料，采用P型摻雜，P型摻雜濃度約為0.5-1.5×10¹⁶cm^-3左右，以使電子成為探測少子，外延于上述緩沖層上；

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；