[发明专利]红外探测器及其制作方法

权利要求书

1.一种红外探测器，其特征在于：包括半绝缘砷化镓单晶衬底以及依次形成于所述半绝缘砷化镓单晶衬底上的n+下接触层、第一量子点有源区、第一n+中间接触层、p+公共接触层、第二n+中间接触层、第二量子点有源区和n+上接触层，所述的n+下接触层、第一n+中间接触层、p+公共接触层、第二n+中间接触层和n+上接触层上分别形成有下电极、第一中间电极、公共电极、第二中间电极以及上电极。

2.根据权利要求1所述的红外探测器，其特征在于：所述的第一n+中间接触层和第二n+中间接触层的厚度小于空穴载流子的扩散长度。

3.根据权利要求2所述的红外探测器，其特征在于：所述空穴载流子的扩散长度L_h是工作温度T的函数，满足L_h=L_o*exp(T/T_o)，其中经验常数L_o=60nm，特征温度T_o=87K。

4.根据权利要求2所述的红外探测器，其特征在于：所述的第一量子点有源区或第二量子点有源区包括砷化镓势垒层和自组织形成的铟镓砷量子点层。

5.根据权利要求4所述的红外探测器，其特征在于：所述的铟镓砷(In_yGa_1-yAs)量子点层中掺杂有硅元素，其中0.3≤y＜1，该量子点超晶格周期数至少为1。

6.根据权利要求2所述的红外探测器，其特征在于：所述n+下接触层和n+上接触层均为p型III-V族半导体外延层，它们的禁带宽度分别大于第一n+中间接触层和第二n+中间接触层的禁带宽度，该n+下接触层和n+上接触层分别收集第一量子点有源区和第二量子点有源区中的空穴载流子。

7.根据权利要求2所述的红外探测器，其特征在于：所述第一n+中间接触层和第二n+中间接触层均为半导体材料外延层，该第一n+中间接触层和第二n+中间接触层构成电子发射极。

8.根据权利要求2所述的红外探测器，其特征在于：所述p+公共接触层为半导体外延层，其禁带宽度大于第一n+中间接触层和第二n+中间接触层的禁带宽度，所述的p+公共接触层分别与第一n+中间接触层和第二n+中间接触层形成P-N结，该p+公共接触层收集第一量子点有源区和第二量子点有源区产生的空穴载流子。

9.根据权利要求2所述的红外探测器，其特征在于：所述上电极、第一中间电极、公共电极、第二中间电极以及下电极分别接到差分放大电路上，交替地采集第一量子点有源区和第二量子点有源区的电子、空穴载流子及相应的光伏信号。

10.一种权利要求1至9任一所述的红外探测器的制作方法，其特征在于，包括：在半绝缘砷化镓单晶衬底上依次生长n+下接触层、第一量子点有源区、第一n+中间接触层、p+公共接触层、第二n+中间接触层、第二量子点有源区和n+上接触层，以及在n+下接触层、第一n+中间接触层、p+公共接触层、第二n+中间接触层和n+上接触层上分别形成有下电极、第一中间电极、公共电极、第二中间电极以及上电极。

11.一种权利要求1至9任一所述的红外探测器的制作方法，其特征在于，包括：

（1）在半绝缘III-V族半导体单晶衬底上生长n+下接触层；

（2）在n+下接触层上生长第一量子点有源区，该第一量子点有源区的生长方法选自过程a或b，其中：

过程a，首先生长一层III-V族半导体势垒层，然后在势垒层上自组织生长一层高密度的III-V族半导体量子点作为种子层；在该种子层上生长一薄层III-V族半导体间隔层之后，再制备III-V族半导体量子点层；上述过程的重复周期至少为1次，最后再生长一层III-V族半导体势垒层；

过程b，首先生长一层III-V族半导体势垒层，然后制备III-V族半导体量子点层；上述过程的重复周期至少为1次，最后再生长一层III-V族半导体势垒层；

（3）在第一量子点有源区上生长n型半导体外延层作为第一n+中间接触层；

（4）在第一n+中间接触层上生长p型宽禁带半导体外延层作为p+公共接触层；

（5）在p+公共接触层上生长n型半导体外延层作为第二n+中间接触层；

（6）在第二n+中间接触层上生长第二量子点有源区，该第二量子点有源区的生长方法选自过程①或②，其中：

过程①，首先生长一层III-V族半导体势垒层，然后在势垒层上自组织生长一层高密度的III-V族半导体量子点作为种子层；在该种子层上生长一薄层III-V族半导体间隔层之后，再制备III-V族半导体量子点层；上述过程的重复周期至少为1次，最后再生长一层III-V族半导体势垒层；

过程②，首先生长一层III-V族半导体势垒层，然后制备III-V族半导体量子点层；上述过程的重复周期至少为1次，最后再生长一层III-V族半导体势垒层；

（7）在第二量子点有源区上生长n型半导体外延层作为n+上接触层；

（8）利用光刻和干法刻蚀技术，从量子点红外探测器的n+上接触层开始，刻蚀到衬底，形成独立的抗辐射和抗光盲双色量子点红外探测器单元；

（9）利用光刻和干法刻蚀技术，从量子点红外探测器单元的n+上接触层开始，刻蚀到N+下接触层，形成下电极台面；

（10）利用光刻和干法刻蚀技术，从量子点红外探测器单元的n+上接触层开始，刻蚀到第一n+中间接触层，形成第一中间电极台面；

（11）利用光刻和干法刻蚀技术，从量子点红外探测器单元的n+上接触层开始，刻蚀到n+公共接触层，形成公共电极台面；

（12）利用光刻和干法刻蚀技术，从量子点红外探测器单元的n+上接触层开始，刻蚀到第二n+中间接触层，形成公共电极台面；

（13）利用光刻技术暴露出量子点红外探测器单元的公共电极图形，并利用光刻胶保护好探测器单元的其它区域；然后在探测器单元上沉积p型电极材料并剥离多余的p型电极材料，形成公共电极；

（14）利用光刻技术暴露出量子点红外探测器单元的下电极图形、第一中间电极图形、第二中间电极图形和上电极图形，并利用光刻胶保护好探测器单元的公共电极及其它区域；然后在探测器单元上沉积n型电极材料并剥削多余的n型电极材料，形成下电极、第一中间电极、第二中间电极和上电极；

（15）在快速热退火炉中对p型电极材料和n型电极材料进行合金处理。