跃迀的吸收峰，以上结果符合设计要求，进入下一步。
[0043]5)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等步骤。利用光刻以及等离子体刻蚀ICP等工艺，将图2所示的外延晶片进行台面刻蚀，从而露出一部分底电极接触层，形成如图1所示的台面结构，台面大小为200 μmX200 μm，刻蚀深度为1300nm;然后在台面上和台面下利用电子束蒸发EBM设备蒸镀顶电极5和底电极6，依次蒸镀Ti (20nm) /Al (175nm) /Ni (45nm)/Au (500nm)形成环形电极，中间镂空可使被探测光透过，并进行800°C快速退火形成欧姆接触；为防止侧边漏电，用EBM蒸镀500nm的S12,并利用光刻和BOE溶液在顶电极5和底电极6上刻蚀出窗口方便引线，进行侧边钝化形成钝化层7。
[0044]6)对探测器单元进行封装和测试以获取探测器的性能信息:如图8所示，将由上述方法制备得到的探测器单元用低温胶固定在铜块热沉8上，用金线9从探测器单元的顶电极5和底电极6分别引线至跳线板的电极10上，并用金线11将相应的跳线板电极10接在测试分析电路12上即完成对探测器单元的封装过程，其中，测试分析电路12包含直流电压源、前置放大器和温控系统等。对封装好的探测器单元进行FTIR测试，被测试红外光13通过顶电极入射到探测器单元上，一般在低温(5?100K)条件下可以测试到3?5μπι范围的光电流响应，表明本发明的探测器具有广阔的应用前景。
[0045]面向产业化的红外成像仪是多个探测器单元组成的面阵，如320*320面阵红外成像仪，探测器单元是红外成像仪的一个像素。
[0046]最后需要注意的是，公布实施方式的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解:在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。
【主权项】
1.一种氮化物量子阱红外探测器，其特征在于，所述氮化物量子阱红外探测器包括:衬底、缓冲层、底电极接触层、复合层、底电极、顶电极和钝化层；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复合层和顶电极；在底电极接触层的一部分上为底电极；在顶电极和底电极的侧面覆盖有钝化层；其中，复合层包括掩膜层、纳米柱阵列、多量子阱和顶电极接触层，掩膜层具有周期性排布的孔洞结构，纳米柱阵列从掩膜层中的孔洞中生长出来，在纳米柱阵列的顶部和侧面生长多量子阱，在多量子阱的顶部生长顶电极接触层。
2.如权利要求1所述的氮化物量子阱红外探测器，其特征在于，所述掩膜层选取绝缘材料；孔洞的周期在500?100nm之间，孔洞的直径在50?500nm之间。
3.如权利要求1所述的氮化物量子阱红外探测器，其特征在于，所述纳米柱阵列的材料采用氮化物半导体材料；纳米柱的高度在300?100nm之间。
4.如权利要求1所述的氮化物量子阱红外探测器，其特征在于，所述顶电极接触层从多量子阱的顶部生长并逐渐变宽直至相互合并形成薄膜。
5.—种氮化物量子阱红外探测器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤: 1)优化参数:根据实际需要，通过数值模拟计算，得到量子阱红外探测器结构的优化参数； 2)制备图形化衬底:包括在衬底上依次生长缓冲层和底电极接触层，并按照步骤I)中的优化参数，利用图形化制备技术制备具有周期性排布的孔洞结构的掩膜层，形成图形化衬底； 3)生长外延晶片:利用精细外延生长设备，按照步骤I)中的优化参数，在图形化衬底上，从掩膜层中的孔洞中生长纳米柱阵列，在纳米柱阵列的顶部和侧面生长多量子阱，在多量子阱的顶部生长顶电极接触层； 4)测试反馈: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进行测试反馈，并测试外延晶片的光吸收谱，确定光响应波段范围。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I)重新制备，直到获得符合设计要求的外延晶片，进入步骤5)； 5)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等步骤； 6)对探测器单元进行封装，包括连接热沉和引线，封装后对探测器单元进行测试以获取探测器单元的性能信息。
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在步骤I)中，根据探测范围的需要，采用薛定谔方程和泊松方程自洽求解的方法进行模拟计算；得到优化参数:图形化衬底的周期和孔洞的直径，多量子阱的势皇、势阱的材料、厚度和周期数，底电极接触层、顶电极接触层的材料和厚度。
7.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在步骤2)中，制备图形化衬底包括:①清洗衬底使表面洁净可用于外延生长；?在洁净的衬底上生长缓冲层；③在缓冲层上生长底电极接触层，生长时应进行η型掺杂以降低接触电阻，厚度不小于200nm ;④按照步骤I)中优化参数的图形化衬底的周期和孔洞的直径，利用纳米压印方法或聚焦离子束刻蚀方法制备掩膜层。
8.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在步骤3)中，具体包括:①清洗图形化衬底使表面洁净可用于外延生长；②在图形化衬底上从掩膜层中的孔洞中生长纳米柱阵列在纳米柱阵列的顶部和侧面生长多量子讲；@在多量子讲的顶部生长顶电极接触层，要求多量子阱的顶部生长并逐渐变宽直至相互合并形成薄膜。
9.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在步骤4)中，采用X射线衍射的摇摆曲线半高宽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，采用高精度透射电子显微镜HR-TEM表征多量子阱的界面锐利度，采用原子力显微镜AFM表征材料的表面粗糙度RMS，采用傅里叶变换红外光谱仪FTIR测试红外光吸收谱；其中，摇摆曲线半高宽FffHM (002)面小于200arcsec，(102)面小于600arcsec，HR-TEM测试界面无互扩散，AFM测试表面原子台阶清晰，RMS不大于lnm，FTIR光响应波段满足设计要求的晶片较为合适。
10.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在步骤5)中，台面刻蚀，以露出底电极接触层的表面；电极蒸镀，并快速退火以使电极与相应电极接触层形成欧姆接触，并要求电极让红外光透过；侧边钝化，防止暗电流通过台面侧边形成有效通路以降低背景噪声。
【专利摘要】本发明公开了一种新型氮化物量子阱红外探测器及其制备方法。本发明的量子阱红外探测器，在衬底上的掩膜层具有周期性排布的孔洞结构，纳米柱阵列从孔洞中生长出来，多量子阱生长在纳米柱阵列的顶部和侧面，分别对应为半极性面和非极性面多量子阱。其中，多量子阱生长于位错密度极低的纳米柱阵列上，可实现极高晶体质量的多量子阱结构；半极性面和非极性面多量子阱的极化场强度远低于传统极性面多量子阱的极化场强度，可实现高效光电流信号的提取；正面入射探测器表面即可有光电响应，省去传统量子阱红外探测器制备表面光栅结构或端面45°抛光的工艺；多量子阱材料采用第三代半导体材料，可实现全红外光谱窗口的光子探测，具有广阔的应用前景。
【IPC分类】H01L31-18, H01L31-0352, H01L31-101
【公开号】CN104733561
【申请号】CN201510127695
【发明人】王新强, 荣新, 沈波, 陈广, 郑显通, 王平, 许福军, 秦志新
【申请人】北京大学
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年3月23日