制作InSb紅外探測器的材料結構及制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體技術領域，具體涉及一種制作InSb紅外探測器的材料結構及制備方法。
【背景技術】
[0002]紅外探測器材料主要包括，碲鎘汞(TeCrHg)，銻化銦(InSb)等體材料紅外探測器，以及量子點，量子阱，超晶格等二維結構材料紅外探測器，其中在中紅外波段，碲鎘汞(TeCrHg)的探測率是最高的，所以目前應用廣泛。但是，碲鎘汞(TeCrHg)材料沒有合適的襯底，并且Hg元素在生長過程中中易擴散，因此制備高質量的碲鎘汞(TeCrHg)材料比較困難，這些因素導致在制造大面積焦平面紅外探測器的時候成品率較低，成本較高，同時碲鎘汞(TeCrHg)紅外探測器的工作溫度較低，需要相應制冷設備來提供工作環境，這就促使人們不斷需找可以替換的新材料。
[0003]銻化銦(InSb)材料作為III/V族化合物半導體材料，禁帶寬度為0.17eV，使得它在中紅外探測器領域能夠有所應用。相比于TeCrHg材料，InSb材料制備的紅外探測器具有更好的力學性能，更高的工作溫度，更廣泛的襯底材料，更方便的生產過程。目前大部分的InSb紅外探測器材料都是采用PIN的結構，這種結構的暗電流會比較大，會降低器件的工作溫度，因此InSb材料制造紅外探測器研究的主要集中在如何減少暗電流，降低噪聲，提高工作溫度等方面。

【發明內容】

[0004]鑒于上述技術問題，本發明提供了一種制作InSb紅外探測器的材料結構及制備方法，此結構及方法通過加入勢皇層來阻擋電子的移動，降低了 InSb紅外探測器的在反偏電壓下的暗電流和工作時的噪聲電流，提高了 InSb紅外探測器的探測率和最高工作溫度，為室溫下工作的InSb紅外探測器提供了基礎。
[0005]本發明提供一種制作InSb紅外探測器的材料結構，其包括:
[0006]—襯底；
[0007]一復合緩沖層，其生長在襯底上；
[0008]一 η型InSb重摻雜層，其生長在緩沖層上；
[0009]— InSb本征吸收層，其生長在η型InSb重摻雜層上；
[0010]— P型InSb輕摻雜層，其生長在InSb本征吸收層上；
[0011]一 P型AlInSb勢皇層，其生長在P型InSb輕摻雜層上；
[0012]一 P型InSb重摻雜層，其生長在P型AlInSb勢皇層上。
[0013]本發明還提供一種InSb紅外探測器材料結構的制備方法，包括以下步驟:
[0014]步驟1:在襯底上采用MBE的方法生長復合緩沖層；
[0015]步驟2:在復合緩沖層上采用MBE的方法生長η型InSb重摻雜層；
[0016]步驟3:在η型InSb重摻雜層上采用MBE的方法生長InSb本征吸收層；
[0017]步驟4:在InSb本征吸收層上采用MBE的方法生長p型InSb輕摻雜層；
[0018]步驟5:在P型InSb輕摻雜層上采用MBE的方法生長p型AlInSb勢皇層；
[0019]步驟6:在P型AlInSb勢皇層上采用MBE的方法生長p型InSb重摻雜層，完成制備。
[0020]本發明的有益效果是，其是通過加入勢皇層來阻擋電子的移動，降低了 InSb紅外探測器的在反偏電壓下的暗電流和工作時的噪聲電流，提高了 InSb紅外探測器的探測率和最高工作溫度，為室溫下工作的InSb紅外探測器提供了基礎。
【附圖說明】
[0021]為進一步說明本
【發明內容】
，以下結合【具體實施方式】，并參照附圖，對本發明作以詳細的描述，其中:
[0022]圖1是本發明中InSb紅外探測器的結構示意圖；
[0023]圖2是圖1中的復合緩沖層20的結構示意圖；
[0024]圖3是本發明的制備流程圖。
【具體實施方式】
[0025]請參閱圖1及圖2所示，本發明提供一種制作InSb紅外探測器的材料結構，其包括:
[0026]—襯底10，所述襯底10的材料是半絕緣的(001)晶向的GaAs單晶襯底；
[0027]半絕緣的襯底可以有效減少底部漏電流，對紅外探測器是及其重要的，而且GaAs單晶襯底力學性能很好，價格便宜，可以降低紅外探測器的成本；
[0028]—復合緩沖層20，其生長在襯底10上，該復合緩沖層20包括:
[0029]— GaAs緩沖層21，厚度為200nm，該層可以有效減少襯底(10)表面的缺陷對外延材料質量的影響；
[0030]一 AlSb緩沖層22，厚度為300nm，生長在GaAs緩沖層21上，該層有著較高的電阻率，可以大大降低器件的漏電流，同時在GaAs和AlSb的界面處可以限制穿通位錯向外延層的延伸，減少位錯密度；
[0031]一 AlInSb緩沖層23，厚度為lOOOnm，Al組分的摩爾含量為0.1，其生長在AlSb緩沖層22上，該層可以進一步釋放晶格失配引起的應力，將大部分穿通位錯和層錯都限制在該層中，提高InSb外延薄膜的質量；
[0032]一 η型InSb重摻雜層30，其生長在緩沖層20上，所述η型InSb重摻雜層30的摻雜濃度是2-4X 118Cm 3，厚度為lOOOnm，摻雜劑是Te，該層主要是作為電荷傳導層與金屬電極形成較好的歐姆接觸，減少接觸電阻，提高紅外探測器的探測率；
[0033]— InSb本征吸收層40，其生長在η型InSb重摻雜層30上，所述InSb本征吸收層40是非故意摻雜的InSb薄膜，厚度為lOOOnm，該層主要是用來吸收紅外輻射，產生光生載流子，在外電壓的作用下獲得信號；
[0034]— P型InSb輕摻雜層50，其生長在InSb本征吸收層40上，所述p型InSb輕摻雜層50的摻雜濃度是2-4X 118Cm 3，厚度為500nm，摻雜劑是Be，該層主要是作為重摻雜層和吸收層之間的過渡區域，有效防止摻雜源擴散到本征吸收區，有利于提高探測率；
[0035]一 p型AlInSb勢皇層60，生長在p型InSb輕摻雜層50上，所述p型AlInSb勢皇層60的Al摩爾組分是0.17-0.20，摻雜濃度是2-4 X 118Cm 3，厚度為15nm_25nm，摻雜劑是Be，該層主要作用是提高導帶的勢皇，抑制InSb表面漏電流以及俄歇復合產生的漏電流，有效減少了暗電流和噪聲，提高了探測器的探測率和工作溫度；
[0036]一 P型InSb重摻雜層70，生長在P型AlInSb勢皇層60上，所述P型InSb重摻雜層70的摻雜濃度是2-4X 118Cm 3，厚度為500nm，摻雜劑是Be，該層主要是作為電荷傳導層與金屬電極形成較好的歐姆接觸，減少接觸電阻，提高紅外探測器的探測率。。
[0037]分子束外延是一種新的晶體生長技術，簡稱為MBE。其方法是將半導體襯底和裝有不同元素的半導體單晶物質噴射爐放置在超高真空的生長腔體中，由分別加熱到相應溫度的各元素噴射出的分子流能在上述襯底上生長出極薄(可至單原子層)的單晶薄膜。該方法生長溫度較低，能嚴格控制外延層的層厚、組分和摻雜濃度，可以生長出質量較好的外延材料。
[0038]請參閱圖3，并結合參閱圖1和圖2所示，本發明還提供一種InSb紅外探測器材料結構的制備方法，包括以下步驟:
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