[发明专利]一种GaSb基背靠背结构四波段红外探测器及制备方法

说明书

本发明公开了一种GaSb基背靠背四波段红外探测器及其制备方法，该结构设计可以用于标定二氧化碳（CO₂）的两个吸收峰值（2.7μm、4.27μm）。该GaSb基背靠背结构四波段探测器结构依次为：GaSb衬底上生长GaSb缓冲层、P型电极接触层、截止波长为4.6μm的PIN结构InAs/GaSb吸收区、截止波长为4.1μm的NIP结构InAs/GaSb吸收区、InAsSb电极接触层、截止波长为2.9μm的PIN型InAs/GaSb吸收区、截止波长为2.5μm的NIP型InAs/GaSb吸收区及P型电极接触层。

技术领域

本发明涉及半导体光电器件领域，具体为一种GaSb基背靠背结构四波段红外探测器及制备方法。

背景技术

在红外光电探测领域中远红外探测波段，主要有三种探测技术，一种是碲镉汞红外探测器，另一种是利用GaAs/InGaAs/GaAs量子阱结构进行探测，第三种是利用InAs/GaSbII类超晶格的探测器。

与碲镉汞红外光电探测器相比，II类超晶格红外探测器材料均匀性好，制造成本低。该材料在中波及长波波段与碲镉汞探测器性能相当，在甚长波波段则有较大性能优势。与量子阱红外探测器相比，其量子效率高，性能远高于量子阱红外探测器。因此近年来锑化物成为半导体红外光电器件的研究热点。锑化物InAs/GaSb二类超晶格主要是利用超晶格能带便于调整的特性，通过改变超晶格不同层的厚度，就可以实现从探测器截止波长从短波到甚长波的改变响应。但是由于半导体材料固有的带边吸收性质，这类具有单一吸收区的探测器并不能实现目标光谱特征的区分，只是对目标发射光谱中的某一波段实现探测。为了在单一探测系统中实现这种光谱分辨或多色探测，通常的做法是将两个或以上的单一波段的探测器，通过机械的方法叠加到一起，但这样既增加成本，也不利于使用中的便利。为此，本领域开始采用多个吸收区来实现多色探测，然而，在锑化物II类超晶格材料体系中，现有技术中只有两色和三色探测，四色及以上的多色探测由于设计和制作上的困难，还未出现。

鉴于上述技术问题，本发明针对CO₂气体存在的两个红外波段的吸收特征峰值2.7μm和4.27μm，精心设计出了一种GaSb基背靠背（两个PINIP）四波段红外探测器，具有四个吸收区，可以实现四个波段的光谱叠加和信号差分，从而可以实现四个波段的红外探测，并利用不同波段信号所反映的被测目标光谱特征对目标进行针对性探测，两个背靠背的结构差分可以很好地实现对CO₂两个吸收峰值的测定。

发明内容

本发明的目的是提供一种GaSb基背靠背四波段红外探测器。本发明的探测器是利用InAs/GaSb II类超晶格作为吸收区，利用不同的吸收厚度实现了四波段的探测吸收。

本发明提出了一种GaSb基背靠背四波段探测器，其包括衬底上生产缓冲层、P型电极接触层、四波段波长吸收层。

本发明提出了一种GaSb基背靠背四波段探测器的制作方法，其包括：

在衬底制备外延片，包括：在衬底上至少依次外延生长缓冲层、P型欧姆电极接触层、截止波长为4.6μm截的光吸收层、截止波长为4.1μm的光吸收层、P型电极接触层、截止波长为2.9μm光吸收层、截止波长为2.5μm的光吸收层、P性电极接触层；

在制备好的外延片上制作两个台面结构，第一个台面结构腐蚀到底部P型欧姆电极接触层；第二个台面腐蚀到中间P型电极接触层。

在制备完成台面结构基础上蒸镀SiO₂保护，并且光刻腐蚀SiO₂层形成通光孔和欧姆电极接触窗口。

在底部、中间、顶部沉积一层金属电极接触层，然后剥离去除P型电极以外的金属。