长波III-V族红外探测器及其制备方法与流程

长波iii-v族红外探测器及其制备方法
技术领域
1.本发明属于半导体技术领域，特别涉及一种长波iii-v族红外探测器及其制备方法。


背景技术：

2.所有物体都会发射与其温度和表面特性相关的热辐射，室温物体的热辐射集中在长波红外(8-14微米)波段，长波红外的光电探测器具有重要的应用需求和应用价值。常见的长波iii-v族红外探测器分为热敏型和光子型。热敏型长波iii-v族红外探测器可常温工作，对波长不敏感，虽然可满足一些对性能要求不高的常规应用，但其探测灵敏度和成像分辨率不高，响应速度也较慢，难以满足对探测性能要求较高的应用场景。
3.光子型长波iii-v族红外探测器利用光电转换原理对红外光进行探测，具有较高的探测灵敏度，也具有较高的响应速度，能够满足高性能探测的要求。探测器应用时一般需要制冷。用于制备光子型长波iii-v族红外探测器的材料主要有ii-vi族碲镉汞，通过调节材料组分可以与碲锌镉衬底晶格匹配，是目前长波iii-v族红外探测器的主流。但是其键能较弱，材料生长温度较低，化学稳定性不足，后续器件工艺和使用时也不能承受高温。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中ii-vi族碲镉汞作为制备光子型长波iii-v族红外探测器的材料键能较弱，材料生长温度较低，化学稳定性不足，后续器件工艺和使用时无法承受高温；以及iii-v族材料的inas/gasb ii类超晶格的长波iii-v族红外探测器因为吸收系数较小导致量子效率较低的缺陷，提供一种长波iii-v族红外探测器及其制备方法。
5.本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
6.本发明提供了一种长波iii-v族红外探测器，所述红外探测器结构包括衬底、缓冲层、吸收层和帽层；其中，所述吸收层的材料为非故意掺杂的binassbbi，所述非故意掺杂的binassbbi的组分结构满足：
7.b
x
in
1-x
as
1-y-z
sbybiz，其中，x≥0.1，0.4≤y≤0.7，0.01≤z≤0.06。
8.较佳地，所述衬底、所述缓冲层、所述帽层的材料均为gasb。
9.较佳地，所述衬底、所述缓冲层、所述帽层均为inas材料。
10.较佳地，所述缓冲层采用p型掺杂，所述帽层采用n型高掺杂。
11.较佳地，所述缓冲层采用n型掺杂，所述帽层采用p型高掺杂。
12.较佳地，所述缓冲层掺杂的载流子浓度高于1
×
10
18
cm-3
；
13.所述帽层掺杂的载流子浓度高于1
×
10
18
cm-3
。
14.较佳地，所述缓冲层的厚度为0.5μm-1μm。
15.较佳地，所述帽层的厚度为0.2μm-0.6μm。
16.较佳地，所述吸收层的厚度为1μm-3μm。
17.本发明还提供了一种长波iii-v族红外探测器的制备方法，其特征在于，包括步骤：
18.在衬底上生长缓冲层，所述缓冲层和所述衬底材料相同；
19.在所述缓冲层上生长吸收层；所述吸收层的材料为非故意掺杂的binassbbi，所述吸收层的组分结构满足b
x
in
1-x
as
1-y-z
sbybiz，其中x≥0.1，0.4≤y≤0.7，0.01≤z≤0.06；
20.在所述吸收层上生长帽层；所述帽层和所述衬底的材料相同；所述帽层和所述缓冲层的掺杂类型相反；
21.基于所述完成材料生长的衬底制备所述长波iii-v族红外探测器。
22.本发明的积极进步效果在于：本发明提供的长波iii-v族红外探测器及其制备方法通过在衬底上以满足适当组分要求的binassbbi材料作为吸收层制备长波iii-v族红外探测器，获得了较好的化学稳定性，保证了耐热性的同时，具有较高的吸收系数，能够保持与衬底较小的晶格失配，从而提升了探测器性能。
附图说明
23.图1为本发明的实施例的长波iii-v族红外探测器的结构示意图。
24.图2为本发明的实施例的长波iii-v族红外探测器的制备方法的流程图。
具体实施方式
25.下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
26.参见图1所示，本发明提供了一种长波iii-v族红外探测器100，包括衬底101、缓冲层102、吸收层103和帽层104；其中，吸收层103的材料为非故意掺杂的binassbbi，组分结构满足：b
x
in
1-x
as
1-y-z
sbybiz；
27.其中，x≥0.1，0.4≤y≤0.7，0.01≤z≤0.06。
28.iii-v族材料具有较好的化学稳定性，而经多次测试获得的该组份材料的吸收层103具有较高的吸收系数，可保持与衬底较小的晶格失配，实现获得较高的材料质量和探测效果。
29.作为较佳的实施方式，衬底101、缓冲层102、帽层104的材料均为gasb。
30.作为较佳的实施方式，衬底101、缓冲层102、帽层104均为inas材料。
31.作为较佳的实施方式，所述缓冲层采用p型掺杂，所述帽层采用n型高掺杂。
32.作为较佳的实施方式，所述缓冲层采用n型掺杂，所述帽层采用p型高掺杂。
33.作为较佳的实施方式，缓冲层102掺杂的载流子浓度高于1
×
10
18
cm-3
；帽层104掺杂的载流子浓度高于1
×
10
18
cm-3
。
34.作为较佳的实施方式，缓冲层102的厚度为0.5μm-1μm。
35.作为较佳的实施方式，帽层104的厚度为0.2μm-0.6μm。
36.作为较佳的实施方式，吸收层103的厚度为1μm-3μm。
37.参见图2所示，通过下述制备方法制备长波iii-v族红外探测器100，包括步骤：
38.s1.在衬底上生长缓冲层，缓冲层和衬底材料相同；
39.s2.在缓冲层上生长吸收层；吸收层的材料为非故意掺杂的binassbbi，吸收层的
组分结构满足b
x
in
1-x
as
1-y-z
sbybiz，其中x≥0.1，0.4≤y≤0.7，0.01≤z≤0.06；
40.s3.在吸收层上生长帽层；帽层和衬底的材料相同；帽层和缓冲层的掺杂类型相反；
41.s4.基于完成材料生长的衬底制备长波iii-v族红外探测器。
42.作为较佳的实施方式，本实施例提供了一种长波iii-v族红外探测器200；衬底201为gasb材料；缓冲层202和帽层204均为gasb材料；吸收层203为b
0.1
in
0.9
as
0.37
sb
0.6
bi
0.03
材料。
43.较佳地，通过下述制备方法制备长波iii-v族红外探测器200，包括步骤：
44.s1’.采用分子束外延在gasb材料的衬底201之上生长gasb材料的缓冲层202，缓冲层202的厚度0.5μm，缓冲层202采用p型高掺杂，缓冲层202掺杂的载流子浓度为2
×
10
18
cm-3
。
45.s2’.生长非故意掺杂的b
0.1
in
0.9
as
0.37
sb
0.6
bi
0.03
材料的吸收层203，吸收层203的厚度为1.5μm；
46.s3’.生长gasb材料的帽层204，帽层204的厚度0.3μm，帽层204采用n型高掺杂，帽层204掺杂载流子浓度为2
×
10
18
cm-3
；
47.s4’.对于完成生长的gasb基b
0.1
in
0.9
as
0.37
sb
0.6
bi
0.03
的材料，采用光刻、刻蚀、沉积等器件工艺方法制备长波iii-v族红外探测器器件200。
48.上述器件工艺方法为本领域技术人员所知晓，故不再赘述。
49.作为较佳的实施方式，本实施例还提供了一种长波iii-v族红外探测器300，其衬底301为gasb材料；缓冲层302和帽层304均为gasb材料；吸收层303为b
0.12
in
0.88
as
0.3
sb
0.65
bi
0.05
材料。
50.较佳地，通过下述制备方法制备长波iii-v族红外探测器300，包括步骤：
51.s1”.采用分子束外延在inas材料的衬底301之上生长inas材料的缓冲层302，缓冲层302的厚度1μm，缓冲层302采用n型高掺杂，缓冲层302掺杂的载流子浓度为1
×
10
18
cm-3
。
52.s2”.生长非故意掺杂的b
0.12
in
0.88
as
0.3
sb
0.65
bi
0.05
材料的吸收层303，吸收层303的厚度为2.5μm；
53.s3”.生长inas材料的帽层304，帽层304的厚度0.5μm，帽层304采用p型高掺杂，帽层304掺杂载流子浓度为3
×
10
18
cm-3
；
54.s4”.对于完成生长的inas基b
0.12
in
0.88
as
0.3
sb
0.65
bi
0.05
材料，采用光刻、刻蚀、沉积等器件工艺方法制备长波iii-v族红外探测器器件300。
55.本实施例中提供的长波iii-v族红外探测器及其制备方法通过在衬底上以满足适当组分要求的binassbbi材料作为吸收层制备长波iii-v族红外探测器，获得了较好的化学稳定性，保证了耐热性的同时，具有较高的吸收系数，能够保持与衬底较小的晶格失配，从而提升了探测器性能。
56.虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。