[发明专利]10-14微米同时响应的双色量子阱红外探测器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体光电子器件领域，提供了一种10-14微米同时响应的双色量子阱红外探测器及其制作方法。

背景技术

甚长波红外探测器在战略预警、大气温度及相对湿度轮廓探测、大气少量元素分布及空间探测方面具有重要的应用。而在此波段，传统的红外探测器材料HgCdTe面临困难。这是因为，随着波长增大，HgCdTe材料的生长与器件工艺制作难度急剧增加，在甚长波波段尤为明显。而GaAs/AlGaAs量子阱结构以其低的1/f噪声和高输出阻抗的良好性能以及成熟的材料生长和器件处理工艺所带来的低成本和高均匀性成为该波段较为理想的探测器材料。

与单色探测器相比，双色和多色探测器对于识别复杂环境下的复杂目标具有明显的优势，因而是红外探测器发展的趋势之一。在双色及多色探测器的研究和应用中，以GaAs/AlGaAs为代表的量子阱材料也以其在约3-30微米范围内实现特定探测波长方面优秀的调控能力具有极强的竞争力。

传统的双色量子阱红外探测器大都采用三端欧姆接触电极结构。这一方面降低了焦平面阵列的填充因子，同时更极大地增加了焦平面器件工艺的难度。本发明是仅依靠一个量子阱周期，运用两端的电极结构实现对长波和甚长波波段的同时探测。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种能实现10-14微米同时响应的双色量子阱红外探测器的制作方法，通过一个量子阱的周期结构，在一定偏压下，得到分别处在长波和甚长波两个波段，强度相等的两个光响应峰，简单的克服了单色探测中的虚警问题。

本发明是通过以下步骤实现的：

本发明提供一种10-14微米同时响应的双色量子阱红外探测器的制作方法，包括如下步骤：

(A)将一衬底烘干、脱氧，以其作为量子阱红外探测器的承载体；

(B)利用外延设备在衬底上依次生长N型掺杂的下欧姆接触层、量子阱层，以及N型掺杂的上欧姆接触层；

(C)采用光刻及湿法刻蚀技术，将量子阱层及上欧姆接触层的一侧刻蚀，使下欧姆接触层的一侧形成一台面；

(D)采用机械抛光的方法，将衬底及下欧姆接触层远离台面的一侧抛成45°抛角，形成入射光窗口；

(E)烘干；

(F)在上欧姆接触层的表面压焊第一n型电极；

(F)在下欧姆接触层一侧形成的台面上压焊第二n型电极。

其中衬底是在400℃下烘干，上、下欧姆接触层及量子阱层均是在600℃下生长。

其中衬底为GaAs半绝缘衬底。

其中上、下欧姆接触层的厚度分别为0.5微米，以硅作为n型掺杂源，掺杂浓度5.0×10¹¹cm^-3。

其中量子阱层为一个量子阱周期结构，周期数为50，该量子阱层的材料为GaAs/Al_xGa_1-xAs，该GaAs为势阱结构，该Al_xGa_1-xAs为势垒结构，该50个周期的量子阱层的最上层再覆盖一层Al_xGa_1-xAs层。

其中量子阱层的量子阱周期结构中，作为势阱的GaAs层厚度为7纳米，以硅做n型掺杂源，掺杂浓度为3.0×10¹⁷cm^-3。

其中量子阱层的量子阱周期结构中，作为势垒的Al_xGa_1-xAs层的铝组分x选用0.14，厚度为60纳米。

其中第一、第二n型电极的材料为Au/Ge/Ni。

附图说明

为进一步说明本发明的内容及特点，以下结合附图及实施例对本发明作详细的描述，其中：

图1给出了量子阱红外探测器的器件结构图；

图2给出了量子阱红外探测器的材料生长结构图；

图3给出了量子阱红外探测器台面结构示意图；

图4给出了量子阱红外探测器3.5V偏压下的光电流谱图；

图5给出了量子阱红外探测器在不偏压下的光电流谱图；

图6给出了量子阱红外探测器在正负偏压下较长波长光电流谱峰值与较短波长光电流谱峰值比。

具体实施方式

请参阅图1所示，本发明提供一种10-14微米同时响应的双色量子阱红外探测器的制作方法，包括如下步骤：

(A)将一衬底10在400℃下烘干、580℃下脱氧，以其作为量子阱红外探测器的承载体；其中衬底10为GaAs半绝缘衬底；