[发明专利]一种氮化物复合势垒量子阱红外探测器及其制备方法

权利要求书

1.一种氮化物复合势垒量子阱红外探测器，其特征在于，所述量子阱红外探测器包括：衬底、缓冲层、底电极接触层、多量子阱、顶电极接触层、底电极、顶电极和钝化层；其中，在衬底上生长缓冲层；在缓冲层上生长底电极接触层；在底电极接触层的一部分上依次为多量子阱、顶电极接触层和顶电极；在底电极接触层的一部分上为底电极；在多量子阱、顶电极接触层和顶电极的侧面覆盖有钝化层，以及在底电极的侧面覆盖有钝化层；多量子阱包含多个周期的复合势垒和势阱，其中，复合势垒为包括平带势垒和尖峰势垒的双层结构。

2.如权利要求1所述的量子阱红外探测器，其特征在于，所述平带势垒的厚度在10～40nm之间，尖峰势垒的厚度在1～5nm之间。

3.如权利要求1所述的量子阱红外探测器，其特征在于，通过极化调制的方法形成平带势垒，平带势垒的导带边水平，在平带势垒的区域，极化电荷产生的极化电场相互抵消。

4.一种氮化物复合势垒量子阱红外探测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据实际需要，通过能带理论模拟计算，对量子阱红外探测器的结构进行模拟和优化，从而得到优化参数；

2)对衬底进行预处理，使其能够直接用于外延生长；

3)利用精细外延生长设备，按照步骤1)中的优化参数，在衬底上进行外延生长，包括在衬底上依次生长：缓冲层、底电极接触层、作为有源区的多量子阱和顶电极接触层，得到外延晶片；

4)利用材料表征设备对外延晶片的晶体质量、表面形貌以及界面情况的性能进行表征反馈，如果外延晶片的性能不满足需要，则优化生长条件，返回步骤1)重新制备，直到获得符合要求的外延晶片，进入步骤5)；

5)测试外延晶片的光吸收谱，确定光响应波段范围，如果光响应波段不符合实际需要，则返回步骤1)重新制备，直到光响应波段符合实际需要，进入步骤6)；

6)制备探测器单元，包括对外延晶片进行台面刻蚀、电极蒸镀以及侧边钝化；

7)对探测器单元进行封装；

8)测试探测器的光电流谱，获取探测器的性能信息。

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在步骤1)中，根据探测范围的需要，采用薛定谔方程和泊松方程迭代数值求解的方法进行模拟计算；计算的优化参数包括：多量子阱的平带势垒、尖峰势垒、势阱的材料、厚度和周期数；底电极接触层材料和厚度；以及顶电极接触层的材料和厚度。

6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，基于极化调制的方法，通过能带理论模拟计算，对多量子阱结构的平带势垒、尖峰势垒、势阱的材料和厚度，进行模拟和优化，使极化电荷在平带势垒区域产生的极化电场相互抵消，实现平带势垒导带边水平。

7.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在步骤2)中，对衬底的预处理包括：①通过化学腐蚀和清洗，除去衬底的表面的氧化层和有机物；②在外延设备腔体中对衬底进行高温烘烤，除去表面的杂质原子；③在衬底上生长一层模板材料，模板材料为氮化物。

8.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤4)中，采用X射线衍射摇摆曲线半高宽FWHM的大小表征材料位错密度的螺型分量和刃型分量的大小，采用高精度X射线衍射相分析以及高精度透射电子显微镜来表征多量子阱的界面锐利度，采用原子力显微镜表征材料表面的粗糙度RMS；要求达到材料表面的粗糙度RMS小于1nm，摇摆曲线半高宽FWHM(002)面小于200arcsec、(102)面小于600arcsec，衍射卫星峰级次大于8，界面无互扩散作用，以及表面原子台阶清晰。

9.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在步骤5)中，利用s偏振光作为背景光，p偏振光作为信号光，利用公式得到吸收系数谱，其中，α为吸收系数，Tp为p偏振光透射光强，Ts为s偏振光透射光强。