InP基量子阱远红外探测器及其制作方法技术

本申请公开了一种InP基量子阱远红外探测器及其制作方法，该探测器包括InP衬底、外延层和电极，所述外延层形成于所述InP衬底上，所述外延层包括吸收层，该吸收层采用多周期的InxGa1‑xAs/InyGa1‑yAszP1‑z多量子阱结构，其探测波段为7～20微米，其中，0.53≤x＜1，0.75≤y＜1，0.18≤z＜1。本发明专利技术采用的InGaAs/InGaAsP多量子阱做吸收层，利用子能带能级间光跃迁实现对红外辐射光子的共振吸收。该量子阱势垒和势阱材料均与InP衬底晶格匹配，具有非常好的晶体质量，通过调节四元化合物InGaAsP的带隙，可有效调节探测波长，能够实现7～20微米的红外响应探测。发明专利技术的探测器具有较高的量子效率，器件结构简单，体积小，可进行远红外波段的探测，具有广泛应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本申请属于半导体器件领域，特别是涉及一种InP基量子阱远红外探测器及其制作方法。
技术介绍
红外探测器在光通信，夜视和红外成像等领域中的作用越来越重要。探测器的结构一般是由PIN光电二极管，雪崩光电二极管等的光电二极管制成，但是光电二极管由于光吸收层的材料的带隙是确定的，只能进行特定波长的红外光探测，因此并不是所有的红外波段都能找到合适的体材料进行相应的红外光谱吸收。而量子阱红外探测器，利用子能带能级间光跃迁实现对红外辐射光子的共振吸收，势垒层和势阱层的带隙可以在较大的范围内进行调节从而实现不同波段的红外光吸收。但是目前量子阱红外探测器多以应变量子阱为主，其势垒层材料和势阱层材料之间并不是晶格匹配的，两种材料之间的晶格失配会引起应变积累，因此量子阱结构的厚度一般较薄，从而导致探测器的量子效率较低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种InP基量子阱远红外探测器及其制作方法，以克服现有技术中的不足。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：本申请实施例公开一种InP基量子阱远红外探测器，包括InP衬底、外延层和电极，所述外延层形成于所述InP衬底上，所述外延层包括吸收层，该吸收层采用多周期的InxGa1-xAs/InyGa1-yAszP1-z多量子阱结构，其探测波段为7～20微米，其中，0.53≤x＜1，0.75≤y＜1，0.18≤z＜1。优选的，在上述的InP基量子阱远红外探测器中，所述多量子阱结构中，InxGa1-xAs材料和InyGa1-yAszP1-z材料与InP衬底晶格匹配。优选的，在上述的InP基量子阱远红外探测器中，所述InxGa1-xAs/InyGa1-yAszP1-z多量子阱结构的周期数为10～50。优选的，在上述的InP基量子阱远红外探测器中，所述多量子阱结构中，InxGa1-xAs材料为n型掺杂，载流子浓度为5×1017～5×1018cm-3；InyGa1-yAszP1-z材料不掺杂。优选的，在上述的InP基量子阱远红外探测器中，所述外延层包括依次形成于InP衬底和吸收层之间的缓冲层、下接触层，还包括依次形成于吸收层表面的上接触层和抗反射层，所述电极包括顶电极和底电极，所述顶电极形成于所述抗反射层上，所述底电极形成于所述下接触层上。优选的，在上述的InP基量子阱远红外探测器中，所述缓冲层的材质选自半绝缘InP材料。优选的，在上述的InP基量子阱远红外探测器中，所述下接触层的材质选自重掺杂n型InGaAs材料，载流子载流子浓度为1×1018～5×1018cm-3；所述上接触层的材质选自重掺杂n型InGaAs材料，载流子载流子浓度为1×1018～8×1018cm-3。优选的，在上述的InP基量子阱远红外探测器中，所述抗反射层采用SiN，抗反射层的厚度为130nm～200nm。相应的，本申请还公开了一种InP基量子阱远红外探测器制作方法，包括：利用金属有机气象沉积或者分子束外延外延生长方法在InP衬底上生长外延层；对外延层进行刻蚀，在下接触层上形成台面，并在台面上制作底电极；在上接触层上设置有抗反射层，并在所述抗反射层刻蚀出电极图形结构，依据电极图形结构在抗反射层上制作顶电极。优选的，在上述的InP基量子阱远红外探测器制作方法中，调节InyGa1-yAszP1-z材料中III族和V族的比例，将其带隙在0.8eV到1.5eV之间变化，实现7～20微米的红外响应。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术与衬底晶格匹配的量子阱材料避免了因应变积累造成的材料质量差，具有较高的量子效率，量子阱的带隙可以在较大的范围内进行调节，提供的远红外波探测器在红外光谱照射下能够观察到明显的响应电流，可通过改变势垒层的带宽进行多种波段红外波段的探测，且器件结构简单，体积小，成本低廉，具有广泛应用前景。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1所示为本专利技术具体实施例中InP基量子阱远红外探测器的结构示意图。具体实施方式本实施例提供了一种InP基量子阱远红外探测器，其量子阱中的材料与衬底晶格匹配并且带隙可调，可实现较宽光谱范围内的远红外线探测。进一步的，在一些实施方案之中，本实施例的量子阱可以InP基材料为主，可以在保证高质量材料的基础上，制作多量子阱红外探测器。更进一步的，在一些更为具体的实施方案之中，本申请提供了基于InP衬底的量子阱红外探测器，其基本结构可以包括衬底、缓冲层、下接触层、多量子阱红外响应区域、上接触层、SiN抗反射层和金属电极等。其中，与InP匹配的In0.53Ga0.47As/In0.78Ga0.22As0.48P0.52利用量子阱的电子带内跃迁，可实现较高的远红外探测性能，特别是可以进行波长约为7um的红外波，而通过增加和减少In0.78Ga0.22As0.48P0.52材料的In和As的组分，使探测波长覆盖7～20um范围。进一步的，以晶格匹配的InGaAs/InGaAsP量子阱红外探测结构为基础进行远红外探测器的制作，可以充分保证材料外延的质量，减少因材料失配问题产生的缺陷等问题，进而提高探测器的性能。更为具体的，在一些实施案例之中，采用半绝缘InP做衬底，以重掺杂n型InGaAs作为底电极接触层，组分可变的InxGa1-xAs/InyGa1-yAszP1-z量子阱结构作为远红外探测区域；SiN作为光入射面的抗反射层。所述远红外响应区域由InxGa1-xAs/InyGa1-yAszP1-z量子阱结构构成，带内电子跃迁是其探测原理，其中0.53≤x＜1,0.75≤y＜1,0.18≤z＜1；量子阱各层材料之间晶格匹配，可大大降低材料生长难度，提高材料质量和器件分辨率，探测波段为7～20um微米；n型InGaAs作为接触层和量子阱层的渐变层，有利于增加载流子的收集，提高器件的响应度。本器件采用的顶电极和底电极由Ti/Pt/Au材料构成；顶电极淀积在SiN上。为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。这些优选实施方式的示例在附图中进行了例示。附图中所示和根据附图描述的本专利技术的实施方式仅仅是示例性的，并且本专利技术并不限于这些实施方式。请参阅图1所示，在一优选实施例中，InP基量子阱远红外探测器可以包括衬底、以及依次形成于衬底上的缓冲层、下接触层、远红外响应区、上接触层和SiN抗反层，还包括分别形成于SiN抗反层和下接触层上的顶电极和底电极。衬底材料为半绝缘型InP；优选的，衬底的厚度在100微米到600微米之间。缓冲层生长在衬底上，缓冲层材料优选为不掺杂的InP，缓冲层的厚度优选在0.2微米到1微米之间。下接触层，该接触层生长在缓冲层材料上，下接触层优选为重掺杂n型InGaAs，载流子载流子浓度为1×1018～5×1018cm-3，下接触层的厚度优选为0.3微米到1.2微米。远红外响应区(吸收层)生长在下接触层上，远红外响应区结构为一多周期的InxGa1-xAs/InyGa1-yAszP1-z量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种InP基量子阱远红外探测器，其特征在于，包括InP衬底、外延层和电极，所述外延层形成于所述InP衬底上，所述外延层包括吸收层，该吸收层采用多周期的InxGa1‑xAs/InyGa1‑yAszP1‑z多量子阱结构，其探测波段为7～20微米，其中，0.53≤x＜1，0.75≤y＜1，0.18≤z＜1。

【技术特征摘要】
1.一种InP基量子阱远红外探测器，其特征在于，包括InP衬底、外延层和电极，所述外延层形成于所述InP衬底上，所述外延层包括吸收层，该吸收层采用多周期的InxGa1-xAs/InyGa1-yAszP1-z多量子阱结构，其探测波段为7～20微米，其中，0.53≤x＜1，0.75≤y＜1，0.18≤z＜1。2.根据权利要求1所述的InP基量子阱远红外探测器，其特征在于：所述多量子阱结构中，InxGa1-xAs材料和InyGa1-yAszP1-z材料与InP衬底晶格匹配。3.根据权利要求1所述的InP基量子阱远红外探测器，其特征在于：所述InxGa1-xAs/InyGa1-yAszP1-z多量子阱结构的周期数为10～50。4.根据权利要求1所述的InP基量子阱远红外探测器，其特征在于：所述多量子阱结构中，InxGa1-xAs材料为n型掺杂，载流子浓度为5×1017～5×1018cm-3；InyGa1-yAszP1-z材料不掺杂。5.根据权利要求1所述的InP基量子阱远红外探测器，其特征在于：所述外延层包括依次形成于InP衬底和吸收层之间的缓冲层、下接触层，还包括依次形成于吸收层表面的上接触层和抗反射层，所述电极包括顶电极和底电极，所述顶电极形成于所述抗...

【专利技术属性】
技术研发人员：代盼，陆书龙，谭明，肖梦，吴渊渊，王梦雪，袁正兵，杨文献，
申请(专利权)人：苏州苏纳光电有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32