[发明专利]电压调制型中长波双色量子阱红外探测器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体材料生长与器件制作领域，特别是指一种电压调制型中长波双色量子阱红外探测器的结构设计，材料生长和器件制作方法。

背景技术

红外探测是一种在通信，遥感，侦查，预警等领域广泛应用的技术。双色探测能同时响应目标在两个不同波段的红外辐射信息，有利于扩大探测范围，提高探测的灵敏度，提高红外系统的抗干扰能力和识别伪装，排除假目标的本领，所以正成为新的技术发展方向。

III-V族材料量子阱红外探测器，因为其相比于HgCdTe红外探测器来说，有材料生长技术和器件制作工艺成熟，大尺寸生长的材料均匀性好，成本低，并且波长调节方便等优点，所以受到重视，特别是在制作大面阵中长波双色探测器方面，发展十分迅速。

为了制作双色，乃至多色量子阱红外探测器，人们提出过各种设计方法。最成功的是三端叠层结构器件的方法，即将两个探测范围不同的量子阱红外探测器生长在一起，并通过导电层接触起来，然后分别引出电极读取的方法，实现了对不同波的探测。但该方法需要刻蚀三层，并且每个像元都要引出三个电极，其器件制作工艺，特别是制作多色大面阵器件时，复杂程度大，从而使得成本大幅度提高。

在本发明中，我们通过将不同材料系的量子阱红外探测器(AlGaAs/GaAs，AlGaAs/GaAs/InGaAs)经导电层串联起来，并通过对材料生长过程的优化设计，使它们在不同偏压下的动态电导各不相同，进而分配的电压不同，因此在不同偏压下两个探测器分别处在最优化的工作状态，从而分别实现对3-5微米和8-12微米两个大气窗口范围内红外信息的探测。并且采用两端结构的器件(即每个像元上引出两个电极)使得器件的制作，尤其是制作面阵器件时，其工艺大为简化，成本降低。

发明内容

本发明目的是提供一种电压调制型中长波双色量子阱红外探测器的器件设计及制作方法。通过采用简单的两端器件结构，既避免了三端结构制作工艺的复杂，大大降低了量子阱红外探测器的制作成本，同时能通过调制外加偏置电压的大小使其工作在不同的红外波段。本发明所述方法适用于目前各种外延生长技术，主要包括MBE等。

本发明提供一种电压调制型中长波双色量子阱红外探测器，包括：

一半绝缘半导体GaAs衬底，作为整个器件的承载体；

一第一半导体GaAs接触层，制作在半绝缘半导体GaAs衬底上，其中掺杂n型杂质，起到缓冲衬底和其它层之间应力的作用，又充当了器件的下接触层，用来连接外部偏置电压，传导电流；

一第一多量子阱红外探测器，制作在第一半导体GaAs接触层上，其量子阱内掺杂n型杂质，用于探测位于长波大气窗口的红外辐射，该第一多量子阱红外探测器的面积小于第一半导体GaAs接触层的面积，而位于第一半导体GaAs接触层一侧，该第一半导体GaAs接触层的另一侧形成有一台面；

一第二半导体GaAs接触层，制作在第一多量子阱红外探测器上，其中掺杂n型杂质，起到将上下两个探测器在电学上串联起来的作用；

一第二多量子阱红外探测器，制作在第二半导体GaAs接触层上，其量子阱内掺杂n型杂质，用于探测位于中波大气窗口的红外辐射；

一第三半导体GaAs接触层，制作在第二多量子阱红外探测器上，其中掺杂n型杂质，起到保护整个器件的作用，并作为上接触层，用来连接外部偏置电压，传导电流；

一上接触电极和下接触电极，分别制作在第三半导体GaAs接触上和第一半导体GaAs接触层形成的台面上。

其中第一、第二和第三半导体GaAs接触层的层厚为300-700纳米。

其中第一和第二多量子阱红外探测器，其各自内部由多个相同的重复单元构成。

其中该第一多量子阱红外探测器的每一个重复单元包括：

一第一Al_XGa_1-XAs势垒层，用来限制电子；

一GaAs量子阱层，制作在第一Al_XGa_1-XAs势垒层上，其中掺杂n型杂质，提供载流子；

一第二Al_XGa_1-XAs势垒层，制作在GaAs量子阱层上，用来限制电子。

其中该第二多量子阱红外探测器的每一个重复单元包括：

一第一Al_XGa_1-XAs势垒层，用来限制电子；

一第一GaAs层，制作在第一Al_XGa_1-XAs势垒层上，改善量子阱的界面质量；