專利名稱：InAs/GaSb二類超晶格紅外探測器的制作方法
技術領域：
本發明涉及采用半導體技術領域，尤其是涉及一種在3至5微米中波波段的InAs/ GaSb 二類超晶格紅外探測器的制作和鈍化方法。
背景技術：
自從二十世紀四十年代第一個實用的紅外探測器研制成功以來，紅外探測器在民用、軍事、太空等諸多領域得到了廣泛應用。由紅外探測器組成的紅外系統已經被廣泛用于夜視、導航、搜索、預警、目標偵察、精確打擊等許多方面，充分顯示了紅外技術的分辨率高、 準確可靠、保密性好、抗電子干擾性強等優點。對于InAs/feSb 二類超晶格紅外探測器來說，由于在InAs/feiSb 二類超晶格中，電子主要束縛在InAs層中，而空穴主要束縛在feiSb 層，因此電子與空穴形成空間的隔離，具有以下優勢1)量子效率高，帶間躍遷，能夠吸收正入射，響應時間快；2)暗電流小，降低了俄歇復合及有關的暗電流，工作溫度提高；3)電子有效質量大，隧穿電流小，可獲得高的探測率；4)帶隙從2 μ m-30 μ m可調，可制備短波、中波、長波、甚長波、雙色段及多波段器件。基于以上無可比擬的優勢，InAs/feSb 二類超晶格探測器已經成為紅外探測方面最為活躍的領域，是第三代紅外焦平面探測器的理想代表之一。針對解決表面電流泄漏問題，鈍化作為InAs/feSb II型超晶格探測器的關鍵工藝，將為后續的大面積單(雙)色探測焦平面陣列器件的制備提供了技術保障。這對取得高性能的紅外成像系統具有非常重要的意義。目前，SiO2是最普遍采用的鈍化材料，其工藝制作非常成熟。但是對InAs/feiSb 二類超晶格材料，采用S^2作為鈍化材料，表面電阻可以得到改善。它的缺點就是在接觸表面容易產生懸鍵的表面態，SiO2材料的禁帶寬度相對來說不夠大。針對SW2材料鈍化方法的上述缺陷，本發明提供一種InAs/feSb 二類超晶格紅外探測器結構。
發明內容
本發明的目的在于，提供一種InAs/feSb 二類超晶格紅外探測器，其是在feSb襯底上生長的3至5微米的中波波段InAs/feSb 二類超晶格紅外探測器制作以及降低暗電流、提高探測器的鈍化。本發明提供一種InAs/fe^b 二類超晶格紅外探測器，包括一襯底；一緩沖歐姆接觸層，制作在襯底上；一第一二類超晶格層，制作在緩沖歐姆接觸層上，該第一二類超晶格層位于緩沖歐姆接觸層的中間，使緩沖歐姆接觸層上面的兩側形成臺面；一本征二類超晶格光吸收層，制作在第一二類超晶格層上；
一第二二類超晶格層，制作在本征二類超晶格光吸收層上；一歐姆接觸層，制作在第二二類超晶格層上；一鈍化層，覆蓋緩沖歐姆接觸層兩側的部分臺面、第一二類超晶格層、本征二類超晶格光吸收層、第二二類超晶格層和歐姆接觸層的側面，及歐姆接觸層上的兩側面，覆蓋歐姆接觸層的該鈍化層的中間有一透光口，覆蓋緩沖歐姆接觸層的該鈍化層兩側的臺面上分別有一電極窗口；一上電極，制作在透光口的兩側；一下電極，制作在電極窗口內。
為了進一步說明本發明的技術內容，以下結合實施例及附圖對本發明作詳細的描述，其中圖1是本發明的InAs/feSb 二類超晶格紅外探測器的結構示意圖；圖2是本發明提供的InAs/feSb 二類超晶格每個周期生長快門控制圖；圖3是本發明提供的InAs/feSb 二類超晶格紅外探測器的X射線衍射圖；圖4是本發明提供的InAs/feSb 二類超晶格紅外探測器鈍化與沒有鈍化的暗電流比較圖。
具體實施例方式請參閱圖1所示，本發明提供一種InAs/feSb 二類超晶格紅外探測器，包括一襯底1，該襯底1的材料為(iaSb ；在該襯底1上制作InAs/feiSb 二類超晶格紅外探測器之前，將feSb襯底1放在分子束外延設備系統的緩沖腔室的烘烤臺除氣，除氣的時間為40分鐘至2小時，除氣溫度為180至240°C ；除氣的目的是為了除去feSb襯底1表面的水汽，防止帶入生長腔室；然后將feSb襯底1傳入分子束外延設備系統的生長腔室內，放在生長位置，在525°C脫氧，將feiSb襯底1溫度升至545°C在Sb氣氛下保護5至10分鐘， 此步驟的目的是為了除去feSb襯底1表面上的氧化物；—緩沖歐姆接觸層2，是通過分子束外延設備系統制作在襯底1上，制作該緩沖歐姆接觸層2時襯底1的溫度降至為500°C，所述的緩沖歐姆接觸層2的厚度為500nm至 IOOOnm ；一第一二類超晶格層3，制作在緩沖歐姆接觸層2上，制作該第一二類超晶格層3 時襯底1的溫度降至為370至380°C，該第一二類超晶格層3位于緩沖歐姆接觸層2的中間，使緩沖歐姆接觸層2上面的兩側形成臺面，該第一二類超晶格層3由大于或等于100個周期InAs層AnSb界面層/(iaSb層/As-soak組成交替制作而成，所述第一二類超晶格層 3的厚度為400nm至700nm，其摻雜濃度為IO18CnT3至1019cnT3，摻雜的方法為在周期結構中的InAs層內摻雜硅源；一本征二類超晶格光吸收層4，制作在第一二類超晶格層3上，制作該本征二類超晶格層4時的襯底1的溫度為370至380°C，所述的本征二類超晶格吸收層4的材料為 InAs/feiSb，是由交替生長的大于400個周期或者1. 6微米以上的InAs層AnSb界面層/ GaSb 層 /As-soak 組成；
一第二二類超晶格層5，制作在本征二類超晶格光吸收層4上，作該第二二類超晶格層3時襯底1的溫度為370至380°C，該第二二類超晶格層5由大于或等于100個周期 InAs層AnSb界面層/(iaSb層/As-soak組成交替制作而成，所述的第二二類超晶格層5 的厚度為400nm至700nm，其摻雜濃度為1018cm_3至1019cm_3，摻雜的方法為在周期結構中的 (iaSb層內摻雜鈹源；一歐姆接觸層6，制作在第二二類超晶格層5上，所述的歐姆接觸層6的厚度為 IOnm 至 20nm ；一鈍化層7，覆蓋緩沖歐姆接觸層2兩側的部分臺面、第一二類超晶格層3、本征二類超晶格光吸收層4、第二二類超晶格層5和歐姆接觸層6的側面，及歐姆接觸層6上的兩側面，覆蓋歐姆接觸層6的該鈍化層7的中間有一透光口 71，覆蓋緩沖歐姆接觸層2的該鈍化層 兩側的臺面上分別有一電極窗口 72，該鈍化層7的材料采用SiOxNy，0 < χ < 2,0 < y < 4/3，所述的鈍化層制作的方法為在溫度為300°C，并且在NH3氣氛下生長SiO2，該鈍化SiOxNy層的厚度為300nm ；一上電極8，制作在透光口 71的兩側，所述上電極8采用鈦金合金濺射而成的，該鈦金合金中各層的厚度是Ti為lOOnm，Au為300nm ；一下電極9，制作在電極窗口 72內，所述下電極9采用鈦金合金濺射而成的，該鈦金合金中各層的厚度是Ti為lOOnm，Au為300nm。其中該緩沖歐姆接觸層2的材料為P型(iaSb，該第一二類超晶格層3的材料為P 型InAs/feSb，該本征二類超晶格光吸收層4的材料為InAs/feSb，該第二二類超晶格層5 的材料為N型InAs/GaSb，該歐姆接觸層6的材料為N型InAs。如圖2所示，其中所述的第一二類超晶格層3、本征二類超晶格光吸收層4以及第二二類超晶格層5的二類超晶格制作中，在每個周期里，各個源的快門的開關順序為l、fe 和Sb源的快門打開，2、fei和Sb源的快門關閉，同時As源的快門打開；3、In源的快門打開； 4、中斷，即關閉所有源的快門；5、打開化和Sb源的快門；其中所述的第一二類超晶格層3、 本征二類超晶格光吸收層4以及第二二類超晶格層5中的InAs層和GaSb層的厚度由探測器的探測波長3至5微米決定，hSb界面厚度以及As-soak時間由(iaSb襯底1和所述的第一二類超晶格層3、本征二類超晶格光吸收層4以及第二二類超晶格層5的二類超晶格的應變決定。下面以50%截止探測波長為4. 8微米的InAs/feSb 二類超晶格紅外光電探測器為例，結合附圖對本發明的具體實施方式
作進一步的詳細說明。在feiSb襯底1上，采用分子束外延設備系統，通過分子束外延方法依次生長制備P 型(iaSb緩沖歐姆接觸層(緩沖歐姆接觸層幻，P型InAs/feSb 二類超晶格層(第一二類超晶格層幻、本征InAsAiaSb 二類超晶格光吸收層(本征二類超晶格光吸收層4)力型IInAs/ GaSb 二類超晶格層(第二二類超晶格層幻以及InAs歐姆接觸層(歐姆接觸層6)；然后使用標準的光刻技術以及磷酸，檸檬酸，雙氧水溶液對外延片刻蝕出臺面， 刻蝕出臺面之后，鍍上一層SiOxNy鈍化材料(鈍化層7)，該材料的生長方法為在溫度為 300°C，并且在NH3氣氛下生長SiO2,該鈍化SiOxNy層的厚度為300nm。所說的P型，本征以及N型InAs/feSb 二類超晶格層里，每個周期InAs層的厚度為2. Inm ；每個周期feiSb層厚為2. Inm ；每個周期As soak時間為3秒；每個周期中斷的時間為3秒；每個周期hSb的生長時間為0. 5秒。P型InAs/feSb 二類超晶格層的周期數位 100，本征型InAs/feiSb 二類超晶格光吸收層的周期數為400，NSlnAS/(}aSb 二類超晶格層的周期數為100。每個周期的生長方法如圖2所示，首先同時打開( ，Sb源的快門14秒；再關閉( ， Sb源的快門同時打開As的快門3秒；然后打開^！源的快門21秒；此后中斷所有的快門3 秒；最后打開h，Sb的快門0. 5秒。在生長過程中，GaSb的生長速率為0. 5ML/S，InAs的生長速率為0. 38ML/S。如圖3所示，圖3是上述使用分子束外延生長InAs/feSb 二類超晶格樣品的X射線衍射圖，圖中顯示該外延片樣品X射線衍射的半高寬為40弧秒，反應上述生長樣品的高
質量性。如圖4所示，圖4是上述使用分子束外延生長樣品制備成紅外光電探測器的暗電流與電壓關系圖。圖4中(a)是77K溫度下，采用SiOxNy材料鈍化以及未作任何鈍化的暗電流曲線，圖4中(b)是SiOxNy材料鈍化以及未采用任何鈍化方法的動態電阻曲線，比較圖 4中(a)和(b)可以發現，采用SiOxNy材料鈍化使暗電流降低，提高探測器的電阻與探測器的面積的乘積值，從而提高InAs/feSb 二類超晶格紅外光電探測器的探測率。本發明采用分子束外延技術和一種新的InAs/feSb 二類超晶格紅外光電探測器結構，通過一種新材料SiOxNy鈍化方法，由于SiOxNy具有禁帶寬度大，可以降低InAs/feSb 二類超晶格紅外光電探測器的暗電流，提高探測器的電阻與探測器的面積的乘積值，從而提高InAs/feSb 二類超晶格紅外光電探測器的探測率。以上所述，僅是本發明的實施例而已，并非對本發明作任何形式上的的限制，凡是依據本發明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發明技術方案范圍之內，因此本發明的保護范圍當以權利要求書為準。
權利要求
1.一種InAs/feSb 二類超晶格紅外探測器，包括一襯底；一緩沖歐姆接觸層，制作在襯底上；一第一二類超晶格層，制作在緩沖歐姆接觸層上，該第一二類超晶格層位于緩沖歐姆接觸層的中間，使緩沖歐姆接觸層上面的兩側形成臺面；一本征二類超晶格光吸收層，制作在第一二類超晶格層上；一第二二類超晶格層，制作在本征二類超晶格光吸收層上；一歐姆接觸層，制作在第二二類超晶格層上；一鈍化層，覆蓋緩沖歐姆接觸層兩側的部分臺面、第一二類超晶格層、本征二類超晶格光吸收層、第二二類超晶格層和歐姆接觸層的側面，及歐姆接觸層上的兩側面，覆蓋歐姆接觸層的該鈍化層的中間有一透光口，覆蓋緩沖歐姆接觸層的該鈍化層兩側的臺面上分別有一電極窗口；一上電極，制作在透光口的兩側；一下電極，制作在電極窗口內。
2.根據權利要求1所述的InAs/feSb二類超晶格紅外探測器，其中該襯底的材料為 GaSb0
3.根據權利要求1所述的InAs/feSb二類超晶格紅外探測器，其中該緩沖歐姆接觸層的材料為P型feSb，該第一二類超晶格層的材料為P型InAs/feSb，該本征二類超晶格光吸收層的材料為InAs/feSb，該第二二類超晶格層的材料為N型InAs/feSb，該歐姆接觸層的材料為N型InAs。
4.根據權利要求3所述的InAs/feSb二類超晶格紅外探測器，其中所述的緩沖歐姆接觸層的厚度為500nm至lOOOnm。
5.根據權利要求3所述的InAs/feSb二類超晶格紅外探測器，其中所述的歐姆接觸層的厚度為IOnm至20nm。
6.根據權利要求3所述的InAs/feSb二類超晶格紅外探測器，其中所述第一二類超晶格層的厚度為400nm至700nm，其摻雜濃度為IO18CnT3至1019CnT3。
7.根據權利要求3所述的InAs/feSb二類超晶格紅外探測器，其中所述的第二二類超晶格層的厚度為400nm至700nm，其摻雜濃度為IO18CnT3至1019cnT3。
8.根據權利要求1所述的InAs/feSb二類超晶格紅外探測器，其中所述的本征二類超晶格吸收層的材料為InAs/feSb，是由交替生長的大于400個周期或者1.6微米以上的 InAs 層 /InSb 界面層 /GaSb 層 /As-soak 組成。
9.根據權利要求1所述的InAs/feSb二類超晶格紅外探測器，其中所述上電極和下電極采用鈦金合金，該鈦金合金中各層的厚度是Ti為lOOnm，Au為300nm。
10.根據權利要求1所述的InAs/feSb二類超晶格紅外探測器，其中該鈍化層的材料采用 SiOxNy,0 < χ < 2,0 < y < 4/3。
全文摘要
一種InAs/GaSb二類超晶格紅外探測器，包括一襯底；一緩沖歐姆接觸層，制作在襯底上；一第一二類超晶格層，制作在緩沖歐姆接觸層上，使緩沖歐姆接觸層上面的兩側形成臺面；一本征二類超晶格光吸收層，制作在第一二類超晶格層上；一第二二類超晶格層，制作在本征二類超晶格光吸收層上；一歐姆接觸層，制作在第二二類超晶格層上；一鈍化層，覆蓋緩沖歐姆接觸層兩側的部分臺面、第一二類超晶格層、本征二類超晶格光吸收層、第二二類超晶格層和歐姆接觸層的側面，及歐姆接觸層上的兩側面，覆蓋歐姆接觸層的該鈍化層的中間有一透光口，覆蓋緩沖歐姆接觸層的該鈍化層兩側的臺面上分別有一電極窗口；一上電極，制作在透光口的兩側；一下電極，制作在電極窗口內。
文檔編號H01L31/0304GK102569484SQ20121002737
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月8日 優先權日2012年2月8日
發明者張艷華, 曹玉蓮, 馬文全, 黃建亮 申請人:中國科學院半導體研究所