[發明專利]SACM結構InSb-APD中紅外探測器及制備方法

在審

• 申請號: 202210066554.6
• 申請日: 2022-01-20
• 公開（公告）號: CN114530518A
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 葉偉;蕭生
• 申請（專利權）人: 陜西理工大學
• 主分類號: H01L31/107
• 分類號: H01L31/107;H01L31/0304;H01L31/18;C23C14/35;C23C14/06;C23C14/10;C23C14/24;C23C14/04
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 許志蛟

本發明公開了一種SACM結構InSb?APD中紅外探測器，包括從下至上的N型InP襯底、N型InP緩沖層、非有意摻雜的InSb倍增層、P型InSb電荷層、P型InSb吸收層、P型GaSb接觸層；P型GaSb接觸層的上方設有上電極層，N型InP緩沖層的上方設有下電極層；還包括覆蓋在探測器側表面的鈍化層。本發明還涉及上述探測器的制備方法。本發明利用禁帶較寬的半導體材料作為上下接觸層，形成雙異質結結構，抑制擴散電流。

技術領域

本發明屬于開關電源系統電磁兼容技術領域，涉及一種SACM結構InSb-APD中紅外探測器，本發明還涉及上述紅外探測器的制備方法。

背景技術

隨著對先進紅外探測技術的需求不斷增加，經過幾十年的研究和高速發展，中波長紅外(MWIR,3-5μm)探測器的應用范圍包括遙感、熱追蹤、氣體監測和空間成像等重要領域。目前，MWIR探測器中廣泛使用的材料和結構主要包括碲鎘汞(HgCdTe，MCT)，量子阱與量子點，銻化銦(InSb)焦平面陣列探測器，以InAs-GaSb為代表的銻基Ⅱ型超晶格焦平面陣列探測器。然而，為了降低暗電流，提高信噪比，這些系統需要較低的環境溫度才能工作，因此必須配備制冷設備，這導致其體積大、復雜度高、成本高、適用性差。此外室溫紅外探測器的最新研究方向，如石墨烯、黑磷等二維材料或納米線結構，由于材料本身和制造工藝的局限，目前尚處于研究階段，還沒有大規模的工業生產能力。

InSb作為一種直接禁帶III-V半導體材料，具有量子效率高、響應速度快、穩定性高等優點。與目前主流的MCT探測器相比，InSb襯底成本較低，制備工藝較為成熟，是一種理想的MWIR紅外探測器材料。但作為窄禁帶半導體材料，InSb存在室溫下復合速率高、暗電流較大等問題。

公開號為CN109817754A，公開日為2019.05.28的中國專利文獻公開了一種制作InSb紅外探測器的材料結構及其制備方法，該探測器結構為襯底上采用分子束外延(MBE)的方法依次生長防漏電緩沖層、n型InSb重摻雜層、InSb本征吸收層、p型InSb輕摻雜層、p型AlInSb勢壘層和p型InSb重摻雜層。該探測器存在的問題在于：(1)其結構實質為InSb同質結構，因此在有源區外，俄歇復合并沒有被抑制，同時重摻雜N區和P區的高濃度雜質會引起嚴重的肖特基-里德-霍爾復合。常溫下器件暗電流增大，性能受到影響。(2)所采用的分子束外延制造方法相比與磁控濺射法相比成本較高，不利于大規模工業生產。

公開號為CN106601870A，公開日為2017.04.26的中國專利文獻公開了一種InSb基高溫工作紅外探測器材料及其制備方法，該探測器方案通過分子束外延在InSb襯底上依次生長了InSb緩沖層、n型下接觸層、非故意摻雜吸收層，In_1-xAl_xSb勢壘層以及n型上接觸層。其所設計的nBn結構存在的缺點除了上述同質結構的缺點外，在高電場和材料自身窄帶隙的作用下產生的較高暗電流，可通過低工作環境溫度抑制復合機制。而在高電場條件下，窄帶隙材料也容易發生帶間隧穿現象，且這種現象無法通過冷卻來抑制。故在高溫工作時無法控制隧穿電流對于器件性能的影響。

發明內容

本發明的目的是提供一種SACM結構InSb-APD中紅外探測器，該探測器利用禁帶較寬的半導體材料作為上下接觸層，形成雙異質結結構，抑制擴散電流。

本發明的目的是還提供一種SACM結構InSb-APD中紅外探測器的制備方法。

本發明所采用的第一種技術方案是，SACM結構InSb-APD中紅外探測器，包括從下至上的N型InP襯底、N型InP緩沖層、非有意摻雜的InSb倍增層、P型InSb電荷層、P型InSb吸收層、P型GaSb接觸層；P型GaSb接觸層的上方設有上電極層，N型InP緩沖層的上方設有下電極層；

還包括覆蓋在探測器側表面的鈍化層。

本發明第一種技術方案的特點還在于：