GaAs基InAs/GaSb超晶格红外光电探测器及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种ＧａＡｓ基ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ超晶格３至５微米波段红外光电探测器及其制作方法。该红外光电探测器由自下而上的ＧａＡｓ衬底、ＧａＡｓ缓冲层、ＡｌＳｂ成核层、ＧａＳｂ下缓冲层、ＡｌＳｂ／ＧａＳｂ超晶格层、ＧａＳｂ上缓冲层、ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ超晶格层、ＧａＳｂ盖层和钛金合金电极构成。利用本发明专利技术，在ＧａＡｓ衬底上生长出了高质量的ＧａＳｂ缓冲层，并在该ＧａＳｂ缓冲层上生长出了ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ超晶格，进而能够制作出暗电流低，成本低廉的红外探测器。

GaAs based B Ultrasound InAs/GaS lattice infrared photoelectric detector and manufacturing method thereof

The invention discloses a GaAs based InAs / GaS B Ultrasound lattice 3 to 5 micron band infrared photoelectric detector and manufacturing method thereof. The infrared detector is composed of a GaAs substrate, bottom-up GaAs buffer layer, AlSb nucleation layer and GaSb buffer layer, AlSb layer, GaSb / GaSb superlattice buffer layer, InAs / GaSb superlattice layer, GaSb cap layer and titanium alloy electrode structure. By using the invention, grown on GaAs substrates with GaSb buffer layer of high quality, and in the GaSb buffer layer on the growth of InAs / GaS and B Ultrasound lattice, which can produce low dark current, low cost infrared detector.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体技术中红外光电探测器领域，尤其涉及一种 GaAs基InAs/GaSb超晶格3至5微米波段红外光电探测器及其制作方 法。
技术介绍
随着科学技术的进步，以军用为核心的红外探测器逐渐发展起来， 目前在战略预警、战术报警、夜视、制导、通讯、气象、地球资源探 测、工业探伤、医学、光谱、测温、大气监测等军用和民用领域都有 广泛的应用。但是，目前最常用的硅掺杂探测器、InSb、 QWIP、 MCT等红外 探测器，都要求在低温下工作，需要专门的制冷设备，造价昂贵，因 而应用受到限制。而InAs/GaSb红外探测器由于其材料的特殊性，例 如电子和空穴高的有效质量可有效的减少遂穿电流，提高态密度； 重空穴带和轻空穴带较大的能量差能减小俄歇复合，提高载流子寿命 等，是目前最有可能实现室温工作的第三代红外探测器。虽然InAs/GaSb超晶格生长在与之相匹配的GaSb衬底上能获得较 少的缺陷密度，但GaSb衬底有着价格昂贵、无半绝缘衬底、难以与读 出电路集成等一系列缺点，因而在便宜的GaAs衬底上生长出高质量的 GaSb缓冲层后再生长InAs/GaSb超晶格制作红外探测器有着广阔的应 用前景。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题 有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种GaAs基InAs/GaSb 超晶格3至5微米波段红外光电探测器及其制作方法，以在GaAs衬底上生长出高质量的GaSb缓冲层，并再生长出InAs/GaSb超晶格，进而 制作出暗电流低，成本低廉的红外探测器。(二)技术方案为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的一种GaAs基InAs/GaSb超晶格3至5微米波段红外光电探测器， 该红外光电探测器由自下而上的GaAs衬底、GaAs缓冲层、AlSb成核 层、GaSb下缓冲层、AlSb/GaSb超晶格层、GaSb上缓冲层、InAs/GaSb 超晶格层、GaSb盖层和钛金合金电极构成。优选地，所述GaAs缓冲层的厚度为200nm至500nm，所述AlSb 成核层的厚度为5nm，所述GaSb下缓冲层的厚度为0.5至1.0jmi，所 述GaSb上缓冲层的厚度为0.5至l.Opm，所述GaSb盖层的厚度为20 至200nm，所述钛金合金电极的厚度为200nm。优选地，所述AlSb/GaSb超晶格层是由交替生长的20至40个周 期的AlSb势垒层/GaSb势阱层构成，其中每层AlSb的厚度为5nm， GaSb的厚度为5nm。优选地，所述InAs/GaSb超晶格层是由交替生长的不少于200个 周期的InAs层/GaSb层构成，其中每层GaSb的厚度为2.4nm，每层InAs 厚度由探测波长决定。优选地，所述InAs/GaSb超晶格层生长过程中，每周期快门的开 关顺序依次为开Sb、开In、同时开In和As、开As、开Sb、同时开 Ga和Sb。一种制作GaAs基InAs/GaSb超晶格3至5微米波段红外光电探测 器的方法，该方法包括将GaAs衬底放在分子束外延设备样品架上，脱氧，然后将衬底升 温，在As保护下除气；生长GaAs缓冲层；降低衬底温度，依次生长AlSb成核层、GaSb下缓冲层、AlSb/GaSb 超晶格层和GaSb上缓冲层；降低衬底温度，依次生长InAs/GaSb超晶格层和GaSb盖层；制备好的外延片采用标准光刻技术及酒石酸溶液刻蚀，然后溅射 钛金合金制作电极从而制作成探测器。优选地，所述将GaAs衬底放在分子束外延设备样品架上，脱氧， 然后将衬底升温，在As保护下除气的步骤具体包括将半绝缘GaAs 衬底放在分子束外延设备样品架上，在58(TC脱氧，然后将衬底升至 63(TC在As保护下除气3分钟。优选地，所述生长GaAs缓冲层的步骤是在58(TC温度下迸行。 优选地，所述降低衬底温度，依次生长AlSb成核层、GaSb下缓 冲层、AlSb/GaSb超晶格层和GaSb上缓冲层的步骤，是将衬底温度降 至500。C。优选地，所述降低衬底温度，依次生长InAs/GaSb超晶格层和GaSb 盖层的步骤，是将衬底温度降至380至420。C。(三)有益效果 从上述技术方案可以看出，本专利技术具有以下有益效果1、 利用本专利技术，在GaAs衬底上生长出了高质量的GaSb缓冲层， 并在该GaSb缓冲层上生长出了 InAs/GaSb超晶格，进而能够制作出暗 电流低，成本低廉的红外探测器。2、 本专利技术提供的这种红外光电探测器，是基于InAs/GaSb超晶格 结构的特殊性，可对探测器的暗电流显著抑制而光电流增强，从而实 现对探测器探测率提高。3、 本专利技术提供的这种红外光电探测器，可通过改变InAs/GaSb超 晶格中In.As层的厚度来制作不同探测波长的红外探测器。附图说明图1是本专利技术提供的InAs/GaSb超晶格红外光电探测器的结构示 意图2是本专利技术提供的制作InAs/GaSb超晶格红外光电探测器的发 放流程图3是InAs/GaSb超晶格每周期的生长过程示意6图4是截止波长为5pm的InAs/GaSb红外探测器的光谱响应图。 具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具 体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。下面以截止探测波长在5,附近的InAs/GaSb红外探测器为例， 结合附图对本专利技术的的具体实施方式作进一步的详细说明-如图1所示，图1是本专利技术提供的InAs/GaSb超晶格红外光电探 测器的结构示意图，该红外光电探测器由自下而上的GaAs衬底、GaAs 缓冲层、AlSb成核层、GaSb下缓冲层、AlSb/GaSb超晶格层、GaSb 上缓冲层、InAs/GaSb超晶格层、GaSb盖层和钛金合金电极构成。上述GaAs缓冲层的厚度为200nm至500nm，所述AlSb成核层的 厚度为5nm，所述GaSb下缓冲层的厚度为0.5至l.Opm，所述GaSb 上缓冲层的厚度为0.5至l.(Him，所述GaSb盖层的厚度为20至200nm， 所述钛金合金电极的厚度为200nm。上述AlSb/GaSb超晶格层是由交替生长的20至40个周期的AlSb 势垒层/GaSb势阱层构成，其中每层AlSb的厚度为5nm， GaSb的厚度 为5nmo上述InAs/GaSb超晶格层是由交替生长的不少于200个周期的 InAs层/GaSb层构成，其中每层GaSb的厚度为2.4nm，每层InAs厚 度由探测波长决定。上述InAs/GaSb超晶格层生长过程中，每周期快门的开关顺序依 次为开Sb、开In、同时开In和As、开As、开Sb、同时开Ga和Sb。本专利技术所述的InAs/GaSb红外探测器的制备方法，是用分子束外 延技术在GaAs衬底上先生长出高质量的缓冲层，后制备3至5pm探 测波段的InAs/GaSb超晶格外延片，再利用该外延片制造红外光电导 探测器。首先，采用分子束外延方法在GaAs衬底(l)上依次生长GaAs 缓冲层(2)、 AlSb成核层(3)、 GaSb下缓冲层(4)、 AlSb/GaSb超晶格层 (5)、 GaSb上缓冲层(6)、 InAs/GaSb超晶格层(7)、 GaSb盖层(8)，然后在外延片上制作电极制造成光电探测器。具体地，如图2所示，该方 法包括以下步骤步骤K将半绝缘GaAs衬底放在分子束外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＧａＡｓ基ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ超晶格３至５微米波段红外光电探测器，其特征在于，该红外光电探测器由自下而上的ＧａＡｓ衬底、ＧａＡｓ缓冲层、ＡｌＳｂ成核层、ＧａＳｂ下缓冲层、ＡｌＳｂ／ＧａＳｂ超晶格层、ＧａＳｂ上缓冲层、ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ超晶格层、ＧａＳｂ盖层和钛金合金电极构成。

【技术特征摘要】
1、一种GaAs基InAs/GaSb超晶格3至5微米波段红外光电探测器，其特征在于，该红外光电探测器由自下而上的GaAs衬底、GaAs缓冲层、AlSb成核层、GaSb下缓冲层、AlSb/GaSb超晶格层、GaSb上缓冲层、InAs/GaSb超晶格层、GaSb盖层和钛金合金电极构成。2、 根据权利要求1所述的GaAs基InAs/GaSb超晶格3至5微米 波段红外光电探测器，其特征在于，所述GaAs缓冲层的厚度为200nm 至500nm，所述AlSb成核层的厚度为5nm，所述GaSb下缓冲层的厚 度为0.5至l.Opm，所述GaSb上缓冲层的厚度为0.5至l.Opm，所述 GaSb盖层的厚度为20至200nm，所述钛金合金电极的厚度为200nm。3、 根据权利要求1所述的GaAs基InAs/GaSb超晶格3至5微米 波段红外光电探测器，其特征在于，所述AlSb/GaSb超晶格层是由交 替生长的20至40个周期的AlSb势垒层/GaSb势阱层构成，其中每层 AlSb的厚度为5nm， GaSb的厚度为5nm。4、 根据权利要求1所述的GaAs基InAs/GaSb超晶格3至5微米 波段红外光电探测器，其特征在于，所述InAs/GaSb超晶格层是由交 替生长的不少于200个周期的InAs层/GaSb层构成，其中每层GaSb 的厚度为2.4nm，每层InAs厚度由探测波长决定。5、 根据权利要求1所述的GaAs基InAs/GaSb超晶格3至5微米 波段红外光电探测器，其特征在于，所述InAs/GaSb超晶格层生长过 程中，每周期快门的开关顺序依次为开Sb、开In、同时开In和As、 开As、开Sb、同时开Ga和Sb。6、 一种制作GaA...

【专利技术属性】
技术研发人员：周志强，郝瑞亭，汤宝，任正伟，徐应强，牛智川，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]