[發(fā)明專利]一種衍射環(huán)結(jié)構(gòu)II類超晶格紅外探測(cè)器及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011028961.5
• 申請(qǐng)日: 2020-09-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112117345B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-11-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐云;杜雅楠;呂龍鋒;陳良惠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
• 主分類號(hào): H01L31/105
• 分類號(hào): H01L31/105;H01L31/18;H01L31/0352;H01L31/0232
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 周天宇

本發(fā)明提供一種衍射環(huán)結(jié)構(gòu)II類超晶格紅外探測(cè)器，包括至下而上的襯底層(7)、緩沖層(6)、刻蝕終止層(5)、p區(qū)層(4)、i區(qū)吸收層(3)、n區(qū)層(2)、衍射環(huán)層(1)；衍射環(huán)層(1)與p區(qū)層(4)之間形成第一臺(tái)面；p區(qū)層(4)與刻蝕終止層(5)之間形成第二臺(tái)面；第一臺(tái)面、第二臺(tái)面上設(shè)有鈍化膜(8)；第一臺(tái)面、第二臺(tái)面上的鈍化膜(8)上設(shè)有開(kāi)孔；開(kāi)孔中、衍射環(huán)層(1)的衍射環(huán)和刻蝕暴露出的n區(qū)層(2)上設(shè)有金屬電極(9)；設(shè)有金屬電極(9)；衍射環(huán)層(1)為衍射環(huán)組成的陣列，用于將背入射光反射回i區(qū)吸收層(3)。本發(fā)明提供的探測(cè)器可以在不改變探測(cè)器結(jié)構(gòu)的情況下提高探測(cè)器的量子效率，提高器件性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種衍射環(huán)結(jié)構(gòu)II類超晶格紅外探測(cè)器及其制備方法。

背景技術(shù)

紅外探測(cè)器是將入射的紅外輻射信號(hào)轉(zhuǎn)變成為電信號(hào)的器件。紅外探測(cè)器主要分為兩類，利用紅外輻射對(duì)物體的熱效應(yīng)制成的熱敏型紅外探測(cè)器和利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的光電型紅外探測(cè)器。目前，光電探測(cè)器的技術(shù)最為成熟，基于光電技術(shù)的紅外探測(cè)器小型化后可制備成為密集的紅外探測(cè)器焦平面陣列，焦平面是紅外相機(jī)的核心元件，其在夜視成像，天文觀測(cè)，工業(yè)控制，醫(yī)療，通訊等眾多領(lǐng)域有著極其廣泛的應(yīng)用。

光電探測(cè)器又分為光電導(dǎo)型和光伏型。光伏型紅外探測(cè)器通常由半導(dǎo)體pn結(jié)構(gòu)成，利用pn結(jié)的內(nèi)建電場(chǎng)將光生載流子掃出結(jié)區(qū)，形成電信號(hào)。高性能制冷型光電紅外探測(cè)器主要包括碲鎘汞紅外探測(cè)器、量子阱紅外探測(cè)器、量子點(diǎn)紅外探測(cè)器、II類超晶格紅外探測(cè)器。其中，II類超晶格材料因?yàn)檩^大的有效質(zhì)量、抑制俄歇復(fù)合、帶隙可調(diào)且覆蓋波長(zhǎng)范圍大等優(yōu)點(diǎn)，被視為HgCdTe紅外材料的替代者。

盡管II類超晶格紅外探測(cè)器具有諸多優(yōu)點(diǎn)，要實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用還需要解決暗電流和量子效率兩方面的問(wèn)題。降低暗電流可以通過(guò)能帶設(shè)計(jì)和提高制備工藝等實(shí)現(xiàn)。可以通過(guò)增大吸收提高量子效率。增加i區(qū)厚度可以增加吸收提高量子效率，但是同時(shí)增加了SRH暗電流。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種衍射環(huán)結(jié)構(gòu)II類超晶格紅外探測(cè)器，用于至少部分解決降低暗電流和提高量子效率兩者相互矛盾等技術(shù)問(wèn)題問(wèn)題。

(二)技術(shù)方案

本發(fā)明一方面提供了一種衍射環(huán)結(jié)構(gòu)II類超晶格紅外探測(cè)器，包括至下而上的襯底層7、緩沖層6、刻蝕終止層5、p區(qū)層4、i區(qū)吸收層3、n 區(qū)層2、衍射環(huán)層1；衍射環(huán)層1與p區(qū)層4之間形成第一臺(tái)面；p區(qū)層4 與刻蝕終止層5之間形成第二臺(tái)面；第一臺(tái)面、第二臺(tái)面上設(shè)有鈍化膜8；第一臺(tái)面、第二臺(tái)面上的鈍化膜8上設(shè)有開(kāi)孔；開(kāi)孔中、衍射環(huán)層1的衍射環(huán)和刻蝕暴露出的n區(qū)層2上設(shè)有金屬電極9；設(shè)有金屬電極9；衍射環(huán)層1為至少一個(gè)衍射環(huán)組成的陣列，用于將背入射光反射回i區(qū)吸收層 3，并在探測(cè)器內(nèi)循環(huán)直至光被吸收。

進(jìn)一步地，p區(qū)4、i區(qū)吸收層3和n區(qū)2分別為p型摻雜、非刻意摻雜和n型摻雜的InAs/GaSb II類超晶格結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步地，緩沖層6為p型摻雜的GaSb。

進(jìn)一步地，衍射環(huán)層1為InAs層，摻雜濃度與n區(qū)2的摻雜濃度相同。

進(jìn)一步地，鈍化膜8材料為二氧化硅或氮化硅。

進(jìn)一步地，金屬電極9為Ti/Pt/Au組合的復(fù)合層電極。

進(jìn)一步地，襯底層下方還設(shè)有表面等離子體微納結(jié)構(gòu)10，表面等離子體微納結(jié)構(gòu)10的形狀包括十字形、矩形、圓柱形、L形、環(huán)形。