[发明专利]红外探测器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及红外探测器技术领域，具体涉及一种抗辐照和抗光盲双色量子点红外探测器及其制作方法。

背景技术

目前，红外探测器在红外夜视、红外制导、军事侦察、火灾预警、火山和矿藏信息采集、天文学研究及癌症诊断等方面有很高的应用价值。而双色红外探测器，可以根据观测目标的特征温度，选择最敏感的工作波长，获取高清晰的红外辐射信息。

当红外探测器在太空中工作时，将不可避免地受到高能电子、质子，α、β、γ射线和x射线的照射，产生辐射损伤，并导致器件性能降低。这些高能粒子辐射与红外探测器的互相作用主要表现为两种形式：⑴电离和激发过程，该过程会对半导体材料的电学性质产生瞬间扰动，使红外探测器产生噪声信号；⑵原子移动过程，该过程可以使半导体材料中的原子发生位移，形成位错等缺陷，给红外探测器造成永久损伤，降低红外探测器的工作性能，甚至导致器件失效。因而，需要寻求抗辐射的红外探测器。

现有的红外探测器中，碲镉汞（HgCdTe）红外探测器和GaAs/AlGaAs量子阱红外探测器的工作性能达到了很好的水平，但是前者受到高能粒子轰击会发生原子位移，产生很多缺陷，后者不能直接吸收正入射红外辐射光子，需要制作复杂的表面光栅来增强光耦合。还有一种是量子点红外探测器，由于半导体量子点中载流子受到三维量子限制作用而处于分立子能级上，引出量子点红外探测器能够直接吸收正入射的红外辐射光子而发生子能级跃迁，把红外辐射信号转换成光电流或者光伏信号；此外，量子点中载流子处于分立子能级的特点使得量子点红外探测器具有较高的工作温度。通过改变材料组分和量子点的尺寸可以调节III-V族半导体量子点中的子能级，从而得到工作波长处于中波红外窗口（3~5μm）和长波红外窗口(8~14μm)或者其它两个不同波长红外波段的量子点红外探测器。我们将两种不同材料组分和尺寸的量子点组成的量子点有源区迭加在一起可以实现对两个波段红外辐射信号的探测，制备出双色量子点红外探测器。

由于III-V族半导体材料具有很高的结晶质量和很强的化学键，能够承受高能粒子辐射而不产生原子位移过程，上述量子点红外探测器可以解决前述高能粒子辐射产生的第（2）点影响。但是高能电子、质子以及α、β、γ射线和x射线的照射仍然会导致III-V族半导体材料发生电离和激发过程，使红外探测器产生噪声信号。

因而，如果能解决高能粒子辐射造成的红外探测器噪声问题，就能获得一种可适用于太空中工作的红外探测器。

发明内容

本发明的目的是提供一种适于在太空环境下工作的抗辐照和抗可见光致盲的量子点红外探测器；本发明的另一目的是提供该抗辐照和抗可见光致盲量子点红外探测器的制作方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种红外探测器，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。

作为本发明的进一步改进，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。

作为本发明的进一步改进，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。

作为本发明的进一步改进，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。

作为本发明的进一步改进，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。

作为本发明的进一步改进，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。

作为本发明的进一步改进，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。