本发明专利技术公开了一种短波/中波/长波三波段红外探测器，其结构包括GaSb衬底、沉积于GaSb衬底上的外延结构、钝化层、金属电极，所述外延结构从下至上依次为Te掺杂的GaSb缓冲层、n型InAs/GaSb超晶格接触层、M型InAs/GaSb/AlSb/GaSb/InAs超晶格空穴阻挡层、p型InAs/GaSb超晶格长波红外吸收层、p型InAs/GaSb超晶格接触层、p型GaSb接触层（缓冲层）、p型InAs/InAsSb超晶格接触层、未掺杂的InAs/InAsSb超晶格中波红外吸收层、n型InAs/InAsSb超晶格接触层、第一n型InAsSb接触层、AlAsSb电子势垒层、非掺杂InAsSb短波红外吸收层、第二n型InAsSb接触层（盖层）。该探测器具有P‑π‑M‑N型InAs/GaSb超晶格、PIN型InAs/InAsSb超晶格和NBN型InAsSb异质结构，具有高探测率、低暗电流、低串扰等优点，可提高红外探测器性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体材料及器件领域，涉及一种短波/中波/长波三波段红外探测器。
技术介绍
新型四元化合物半导体铜锌锡硫硒(Cu2ZnSn(S,Se)4，缩写CZTSSe)与目前应用最为广泛的薄膜电池的吸收层材料铜铟镓硒(CuInGaSe2，缩写CIGS)都属于黄铜矿结构，区别在于CZTSSe以锡(Sn)和锌(Zn)替代CIGS中的镓(Ga)和铟(In)，以硫(S)替代硒(Se)而构成，不含有稀贵元素（In和Ga）和有毒元素（Se）。与CIGS相比，CZTSSe的带隙(1.1~1.5eV)与太阳光谱更加匹配，且CZTSSe具有与CIGS同样出色的光吸收系数（大于104cm-1）,其理论转换效率可达32.2%，CZTSSe被普遍认为是新一代太阳电池材料的最佳选择之一。CZTSSe薄膜太阳电池转换效率在短短不到十年的时间内已达到12.7%。目前文献报道的制备铜锌锡硫硒薄膜的真空法主要包括真空蒸镀后硒化和真空溅射后硒化这两种技术路线。其中真空蒸镀制备的薄膜质量较高，但是该技术最大问题是蒸发源材料的利用率低，蒸发腔室中各蒸发源之间污染严重。而真空溅射制备铜锌锡硫预制层易于控制膜厚，并且不存在腔室内各种靶的污染，但存在预置层组分与靶组分之间不能完全复制、重现性较差等问题。基于此，本领域的研究人员希望通过简化工艺难度、降低制备成本、提高工艺重现性来制备出优质的CZTSSe薄膜。根据CZTSSe薄膜形成机制2CuS+SnS=Cu2SnS3,Cu2SnS3+ZnS+Se(g)=Cu2SnZn(S,Se)4,如果采用CuS靶、SnS靶和ZnS靶逐层溅射制备铜锌锡硫预制层，只要后续的硒化退火温度不超过600℃，就可以在退火过程中有效的减少Cu2-xS、Sn2-xS和背接触电极上MoS2的形成。根据实验发现，溅射CuS靶、ZnS靶、SnS靶得到的CZTSSe薄膜中Cu的含量相对偏多，所以CZTSSe薄膜为富铜组分。研究结果显示，贫铜富锌(Cu/(Zn+Sn)=0.85~0.95，Zn/Sn=1.05~1.15)相的CZTSSe薄膜更有助于得到高转换效率的电池器件，所以ZnS靶中的Zn含量较高，溅射过程中的高温与高气压主要是用来扩散钠离子以及消除应力。多层结构的Mo电极主要是为了满足高电导率及应力释放的要求，在镀完Mo电极后，衬底在220℃下烘烤30分钟，主要目的是让钠钙玻璃（简写SLG）中的钠离子能充分扩散进入Mo层，使钠离子在后续的热处理工艺中能充分扩散进入CZTSSe薄膜，将钠离子效应最大化。对预制层进行硒化退火前的热处理有助于强化预制层中CuS、SnS与ZnS的互扩散，使最终硒化得到的CZTSSe薄膜的元素组分沿纵向均匀分布。
技术实现思路
基于上述分析，本专利技术旨在提供一种低暗电流、高探测率、高载流子迁移率、低串扰等优点的短波/中波/长波三波段红外探测器。本专利技术的另一个目的是提供一种上述的低暗电流、高探测率、高载流子迁移率、低串扰等优点的短波/中波/长波三波段红外探测器的制备方法。本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：1.一种短波/中波/长波三波段红外探测器，包括GaSb衬底、沉积于GaSb衬底上的外延结构、钝化层、金属电极，其特征在于所述外延结构从下至上依次为Te掺杂的GaSb缓冲层、n型InAs/GaSb超晶格接触层、M型InAs/GaSb/AlSb/GaSb/InAs超晶格空穴阻挡层、p型InAs/GaSb超晶格长波红外吸收层、p型InAs/GaSb超晶格接触层、p型GaSb接触层（缓冲层）、p型InAs/InAsSb超晶格接触层、未掺杂的InAs/InAsSb超晶格中波红外吸收层、n型InAs/InAsSb超晶格接触层、第一n型InAsSb接触层、AlAsSb电子势垒层、非掺杂InAsSb短波红外吸收层、第二n型InAsSb接触层（盖层），外延结构的两侧经刻蚀形成台阶，台阶的深度分别至n型InAs/GaSb超晶格接触层（或Te掺杂GaSb缓冲层）和p型InAs/InAsSb超晶格接触层（或p型GaSb接触层（缓冲层）），电极包括金属下电极、金属中电极和金属上电极，金属下电极与n型InAs/GaSb超晶格接触层（或Te掺杂GaSb缓冲层）形成欧姆接触，金属中电极与p型InAs/InAsSb超晶格接触层（或p型GaSb接触层（缓冲层））形成欧姆接触，金属上电极形成于台阶的上方，与盖层形成欧姆接触。2.本专利技术中，所述GaSb衬底采用(001)方向的n型GaSb衬底或者(001)方向的GaAs衬底。3.本专利技术中，所述Te掺杂的GaSb缓冲层的厚度为0.5~1μm，材料为采用Te进行n型掺杂的GaSb材料，其中Te掺杂浓度为1~2×1018cm-3。4.本专利技术中，所述n型InAs/GaSb超晶格接触层由交替生长的GaSb势垒层/InAs势阱层组成，总厚度为0.4~0.6μm。其中，InAs势阱层的材料采用Si掺杂的InAs材料，掺杂浓度为1~2×1018cm-3，各组分层厚度可以根据具体的需要进行调节，一般InAs势阱层为10~15ML（monolayer，原子层），GaSb势垒层为5~8ML。5.本专利技术中，所述M型InAs/GaSb/AlSb/GaSb/InAs超晶格空穴阻挡层总厚度为0.3~0.8μm。其中，InAs层的材料采用Si掺杂的InAs材料，掺杂浓度为1~2×1018cm-3。该M型超晶格结构中，InAs层一般为10~20ML，而GaSb层和AlSb层一般为1~5ML。6.本专利技术中，所述p型InAs/GaSb超晶格长波红外吸收层由交替生长的GaSb势垒层/InAs势阱层组成，总厚度为1~6μm。其中，InAs势阱层和GaSb势垒层均为本证层，不进行掺杂。该超晶格结构中，各组分层厚度可以根据具体的需要进行调节，一般InAs势阱层一般为10~15ML，GaSb势垒层为8~12ML。7.本专利技术中，所述p型InAs/GaSb超晶格接触层由交替生长的GaSb势垒层/InAs势阱层组成，总厚度为0.4~0.6μm。其中，GaSb势垒层的材料为掺杂元素Be的GaSb材料，Be掺杂浓度为1~2×1018cm-3。8.本专利技术中，所述p型GaSb接触层（缓冲层）的厚度为0.5~1μm，材料为采用Be进行p型掺杂的GaSb材料，其中Be掺杂浓度为1~2×1018cm-3。9.本专利技术中，所述P型InAs/InAsSb超晶格接触层由交替生长的19.2MLInAs层和9.6MLInAs0.73Sb0.27层组成，总厚度为0.4~0.9μm，其中InAs层的材料采用Be掺杂的InAs材料，掺杂浓度为1~2×1018cm-3，各组分层厚度可以根据具体的需要进行调节，本专利技术中其中每层InAs厚度为19.2ML，InAs0.73Sb0.27厚度为9.6ML。10.本专利技术中，所述未掺杂的InAs/InAsSb超晶格中波红外吸收层由交替生长的19.2MLInAs层和9.6MLInAs0.73Sb0.27层组成，总厚度为2~6μm。其中，InAs层和InAs0.73Sb0.27层均为本征层，不进行掺杂。各组分层厚度可以根据具体的需要进行调节，本专利技术中其中每层InAs本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种短波/中波/长波三波段红外探测器，包括GaSb衬底、沉积于GaSb衬底上的外延结构、钝化层、金属电极，其特征在于所述外延结构从下至上依次为Te掺杂的GaSb缓冲层、n型InAs/GaSb超晶格接触层、M型InAs/GaSb/AlSb/GaSb/InAs超晶格空穴阻挡层、p型InAs/GaSb超晶格长波红外吸收层、p型InAs/GaSb超晶格接触层、p型GaSb接触层（缓冲层）、p型InAs/InAsSb超晶格接触层、未掺杂的InAs/InAsSb超晶格中波红外吸收层、n型InAs/InAsSb超晶格接触层、第一n型InAsSb接触层、AlAsSb电子势垒层、非掺杂InAsSb短波红外吸收层、第二n型InAsSb接触层（盖层），外延结构的两侧经刻蚀形成台阶，台阶的深度分别至n型InAs/GaSb超晶格接触层（或Te掺杂GaSb缓冲层）和p型InAs/InAsSb超晶格接触层（或p型GaSb接触层（缓冲层）），电极包括金属下电极、金属中电极和金属上电极，金属下电极与n型InAs/GaSb超晶格接触层（或Te掺杂GaSb缓冲层）欧姆接触，金属中电极与p型InAs/InAsSb超晶格接触层（或p型GaSb接触层（缓冲层））欧姆接触，金属上电极形成于台阶的上方，与盖层欧姆接触。...
【技术特征摘要】
1.一种短波/中波/长波三波段红外探测器，包括GaSb衬底、沉积于GaSb衬底上的外延结构、钝化层、金属电极，其特征在于所述外延结构从下至上依次为Te掺杂的GaSb缓冲层、n型InAs/GaSb超晶格接触层、M型InAs/GaSb/AlSb/GaSb/InAs超晶格空穴阻挡层、p型InAs/GaSb超晶格长波红外吸收层、p型InAs/GaSb超晶格接触层、p型GaSb接触层（缓冲层）、p型InAs/InAsSb超晶格接触层、未掺杂的InAs/InAsSb超晶格中波红外吸收层、n型InAs/InAsSb超晶格接触层、第一n型InAsSb接触层、AlAsSb电子势垒层、非掺杂InAsSb短波红外吸收层、第二n型InAsSb接触层（盖层），外延结构的两侧经刻蚀形成台阶，台阶的深度分别至n型InAs/GaSb超晶格接触层（或Te掺杂GaSb缓冲层）和p型InAs/InAsSb超晶格接触层（或p型GaSb接触层（缓冲层）），电极包括金属下电极、金属中电极和金属上电极，金属下电极与n型InAs/GaSb超晶格接触层（或Te掺杂GaSb缓冲层）欧姆接触，金属中电极与p型InAs/InAsSb超晶格接触层（或p型GaSb接触层（缓冲层））欧姆接触，金属上电极形成于台阶的上方，与盖层欧姆接触。2.根据权利要求1所述的短波/中波/长波三波段红外探测器，其特征在于所述的GaSb衬底采用(001)方向的n型GaSb衬底或者(001)方向的GaAs衬底。3.根据权利要求1所述的短波/中波/长波三波段红外探测器，其特征在于所述的GaSb缓冲层的厚度为0.5~1.1μm，材料为采用Te进行n型掺杂的GaSb材料，Te掺杂浓度为1~2×1018cm-3。4.根据权利要求1所述的短波/中波/长波三波段红外探测器，其特征在于所述的n型InAs/GaSb超晶格接触层由交替生长的GaSb势垒层/InAs势阱层组成，总厚度为0.4~0.6μm。5.其中，InAs势阱层的材料采用Si掺杂的InAs材料，掺杂浓度为1~2×1018cm-3；其特征在于所述的p型InAs/GaSb超晶格接触层由交替生长的GaSb势垒层/InAs势阱层组成，总厚度为...
【专利技术属性】
技术研发人员：郝瑞亭，任洋，郭杰，刘思佳，赵其琛，王书荣，常发冉，刘欣星，
申请(专利权)人：云南师范大学，
类型：发明
国别省市：云南;53
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。