[发明专利]一种具有双波段吸收增强功能的II类超晶格红外探测器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种具有双波段吸收增强功能的II类超晶格红外探测器及其制备方法，属于半导体红外探测器技术领域。将该红外探测器中II类超晶格层制成具有特定周期及占空比的光栅结构，并在其上蒸镀金属膜层，构建金属微结构，利用该结构异常的增透特性，使最终制备的红外探测器在5.5μm左后和10μm左右为中心波长的中波和长波波段实现了对入射光的选择性增强吸收，可以用于特定需求的红外成像探测器，提升了器件的性能。另外，红外探测器中构建该结构后，不仅可以减少本征吸收层的厚度，显著降低探测器的暗电流，提高了红外探测器的灵敏度，还可以避免因制备较厚本征吸收层导致的制作周期长、成本高的缺陷。

技术领域

本发明属于半导体红外探测器技术领域，具体涉及一种具有双波段吸收增强功能的II类超晶格红外探测器及其制备方法。

背景技术

红外探测器是感知和获取目标红外辐射信息的核心器件，具有空间辨识度高、适用于全天候工作及恶劣环境等特点，在国家重大需求和国民经济发展诸多领域具有重要的应用价值。而具有双波段吸收功能的红外探测成像系统能同时获得两个不同波段的目标信息，对复杂的背景噪声进行抑制，提高对目标的探测效果，在气象遥感、导弹预警、精确制导等红外探测系统中发挥着至关重要的作用。

II类超晶格材料是近年来国内外发展迅速的一种新型红外探测材料，具有禁带宽度可调、覆盖探测波长宽、理论探测率高，与III-V族半导体工艺兼容性强等特点，是下一代高性能红外焦平面探测器的优选材料。但现在常用的II类超晶格红外探测器多为单波段探测器件，并且为了获得较高的光响应强度，需要较厚的吸收层，从而导致器件的暗电流高，抑制背景噪声能力弱，应用场景受限。因此，需要优化红外探测器结构，设计超低暗电流的双波段II类超晶格红外探测器，以克服上述缺陷。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种具有双波段吸收增强功能的II类超晶格红外探测器；目的之二在于提供一种具有双波段吸收增强功能的II类超晶格红外探测器的制备方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1、一种具有双波段吸收增强功能的II类超晶格红外探测器，包括以下结构：

衬底层；缓冲层，外延于所述衬底层上；电极I、呈光栅阵列状的II类超晶格层，均设置在所述缓冲层上；电极II，设置在所述呈光栅阵列状的II类超晶格层上任一边缘处；金属膜层，设置在所述电极I、电极II上表面和所述II类超晶格层中光栅上表面及光栅之间。

优选的，所述II类超晶格层中光栅阵列周期P为2-5μm，占空比50-70％。

优选的，所述II类超晶格层由下往上依次由P掺杂层、本征中波吸收层、本征长波吸收层、N掺杂层和接触层层叠组成；所述P掺杂层厚度为500-800nm，材质为Be掺杂P型InAs/GaSb，掺杂浓度为1-2×10¹⁸/cm³；所述本征中波吸收层厚度为1-2μm，材质为InAs/GaSb，InAs和GaSb的厚度比为1:1；所述本征长波吸收层厚度为1-2μm，材质为InAs/GaSb，InAs和GaSb的厚度比为7:4；所述N掺杂层厚度为300-500nm，材质为Si掺杂InAs/GaSb，掺杂浓度为1-2×10¹⁸/cm³；所述接触层厚度为25-50nm，材质为Si掺杂InAs，掺杂浓度为1-2×10¹⁸/cm³。优选的，所述衬底层材质为GaSb，厚度为500-1000nm。

优选的，所述缓冲层材质为GaSb，厚度为800-1000nm。

优选的，所述电极I和电极II均由下往上依次由Ti层、Pt层和Au层层叠组成，所述Ti层、Pt层和Au层的厚度依次为50-100nm、50-100nm、和100-300nm。

优选的，所述金属膜层材质为Au、Ag、Al或Cu中的一种，厚度为100-300nm。