[发明专利]势垒增强同型异质结II类超晶格长/长波双色红外探测器

说明书

本发明提供一种势垒增强同型异质结II类超晶格长/长波双色红外探测器，包括：在衬底上依次外延生长的缓冲层、P型第一欧姆接触层，P型第一长波吸收层、P型空穴势垒层、P型第二长波吸收层、P型第二欧姆接触层；P型第一长波吸收层以及P型第二长波吸收层分别与P型空穴势垒层形成同型掺杂异质结。本发明公开的结构通过偏压调制实现了在长波段的双色探测功能，结构简单；通过同型掺杂异质结和单势垒结构的引入，相较于传统NPPN结构的双色探测器，大幅降低了长波吸收区中的空间电场，有效抑制了吸收区中的产生‑复合暗电流和隧穿暗电流，提高了器件的信噪比和探测率。

技术领域

本发明属于半导体光电器件技术领域，尤其涉及一种势垒增强同型异质结II类超晶格长/长波双色红外探测器。

背景技术

随着红外探测系统应用环境的不同，影响红外探测系统准确度的因素也多种多样，比如不断变化的气候温度，探测目标的伪装以及红外诱饵释放等，最终导致单一波段的红外探测器系统在获取信息方面有所削弱。特别是当处于运动状态中的目标自身发生改变时，其红外辐射峰值对应的波长将发生移动，这将使得红外探测系统的探测准确度大幅度降低甚至有可能无法探测到目标。相较于单色探测器，双色探测器可以实现远端温度的测量，且可以在更广的大气环境下工作，更精准的对目标以及背景杂斑进行区分。不同类型辐射源其双色红外辐射响应波段明显不同，因此双波段探测器可以利用目标与红外诱饵光谱特性的差异来提取真实目标，实现抗红外诱饵干扰的目的，另外在对高速移动的物体进行跟踪时，双波段探测的应用可以提供更高的帧频。

根据普朗克黑体公式，物体的红外辐射峰值波长随着物体温度升高而降低。对于室温附近的物体而言，其红外辐射波峰处于8-15μm的长波波段之内，因此利用长/长波双色红外探测器两波段间差异化探测可以对室温目标进行更加高效的捕捉和识别，弥补了单色长波探测器虚警率高、探测距离不足的问题，长/长波双色红外探测技术已经成为航空、航天等领域亟需的重要光电感知手段。

InAs/GaSb II类超晶格作为第三代焦平面红外探测器的优选材料，其最大特点是其特殊的能带排列结构，InAs导带底在GaSb价带顶之下，形成II类超晶格，导致电子和空穴的空间分布分离，有利于单独设计电子和空穴势垒，分别控制电子和空穴的疏运。目前InAs/GaSb II类超晶格双色红外探测器主要是背靠背PIN结构，不同波长的红外辐射在对应的吸收I区中被吸收，光生载流子扩散至欧姆接触层后最终被电极收集产生光电流。但是PIN结构中的空间电荷区由于内建电场的存在，容易产生G-R暗电流和隧穿暗电流，尤其对于长波红外探测器，由于禁带宽度较窄，在空间电荷区产生的暗电流相较于中短波探测器大大提高，因此长波红外探测器的性能受暗电流噪声制约更为严重。

发明内容

本发明的目的是设计一种势垒增强同型异质结II类超晶格长/长波双色红外探测器，以解决目前存在的以下技术问题：

1.PIN结构的光电探测器中空间电荷区会引发暗电流，尤其是长波段红外探测器，由于材料带隙较窄，其暗电流水平较高；

2.目前双色红外探测器主要采用背靠背的PIN结构，其结构复杂，设计和制造难度增加。

本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种势垒增强同型异质结II类超晶格长/长波双色红外探测器，包括：P型第一长波吸收层、外延于所述P型第一长波吸收层上的P型空穴势垒层，以及外延于所述P型空穴势垒层上的P型第二长波吸收层；所述P型第一长波吸收层以及所述P型第二长波吸收层分别与所述P型空穴势垒层形成同型掺杂异质结。