。以上过程都是在未加偏压下进行的，故具有低暗电流的特点，此外，阱混杂结构中的电子束缚能级代替传统的单一量子阱束缚能级，有效得克服了子带选择定则的限制，使得探测器可以在不加任何光耦合结构前提下，有效地进行正入射光吸收并跃迀产生光生电子，在同一周期内，电子能够以斜跃迀的方式进行传输，在相邻周期内，电子能够以共振隧穿的方式进行传输，改善了器件的电输运性能，提高了器件的响应率与探测率。
[0049]如图4所示，图4为本发明提供的红外探测器制造方法的流程图，结合具体实施例，方法包括:
[0050]SI，在磷化铟(InP)衬底上外延晶格匹配的铟镓砷(Ina48Gaa52As)下接触层，作为缓冲层，厚度为500微米，在外延的同时，掺入电子施主杂质Si，浓度为9X1018cm_3。
[0051]S2，在衬底上外延周期性重复的量子点量子阱混杂级联结构，级联结构包括6个铟铝砷(Ina47Ala53As)势皇层、3个铟镓砷(Ina48Gaa52As)势阱层和2个量子点量子阱混杂层，量子点量子阱混杂层为两步应变补偿法所生长的砷化铟量子点砷化镓量子阱的混杂结构，在外延每个周期的量子点量子阱混杂级联结构时，从下至上包括:
[0052]采用分子束外延工艺，生长出第一势皇层B1,厚度为5.3nm ；
[0053]采用分子束外延工艺，在第一势皇层B1上生长出第一量子点量子阱混杂层D1，厚度为5.8nm ；
[0054]采用分子束外延工艺，在第一量子点量子阱混杂层D1上生长出第二势皇层B2，厚度为2.1nm ；
[0055]采用分子束外延工艺，在第二势皇层B2上生长出第一势阱层W i，厚度为2.3nm ；
[0056]采用分子束外延工艺，在第一势阱层W1上生长出第三势皇层B 3，厚度为4.6nm ；
[0057]采用分子束外延工艺，在第三势皇层B3上生长出第二势阱层W2，厚度为2.9nm ；
[0058]采用分子束外延工艺，在第二势阱层W2上生长出第四势皇层B 4，厚度为3.3nm ;
[0059]采用分子束外延工艺，在第四势皇层B4上生长出第三势阱层W 3，厚度为3.5nm ；
[0060]采用分子束外延工艺，在第三势阱层W3上生长出第五势皇层B 5，厚度为2.3nm ；
[0061]采用分子束外延工艺，在第五势皇层B5上生长出第二量子点量子阱混杂层D2，厚度为5.4nm ；
[0062]采用分子束外延工艺，在第二量子点量子阱混杂层D2上生长出第六势皇层B6，厚度为5.3nm ；
[0063]其中，只在量子点量子阱混杂层中进行掺杂电子施主杂质Si，浓度为9 X 117Cm-3,量子点量子阱混杂级联结构的重复次数大于等于30个，本例中量子点量子阱混杂级联结构的重复次数为30个，总厚度为963nm。量子点量子阱混杂结构按照功能分为光子吸收势阱和电子弛豫势阱，光吸收势阱及最后一个电子弛豫势阱为量子点量子阱混杂结构，其他电子弛豫势阱为量子阱，相邻两个周期中，本周期的光吸收势阱与上一周期中最后一个电子弛豫势阱的能级相同，同一周期内两个相邻电子弛豫势阱的能级相差一个纵光学声子能量，光子吸收势阱和电子弛豫势阱之间通过电子斜跃迀和共振隧穿进行电子的耦合输运，光生电子将从吸收区混杂结构的基态能级斜跃迀至相邻量子阱中更高能量的束缚态上，完成从吸收势阱到弛豫势阱的耦合，同时，最后一个弛豫势阱的电子束缚态位置在吸收区基态附近，使得电子通过共振隧穿进入到下一个周期中。本方法利用点阱混杂结构中的电子束缚能级代替传统的单一量子阱束缚能级，有效得克服了子带选择定则的限制，使得探测器可以在不加任何光耦合结构前提下，有效地进行正入射光吸收并跃迀产生光生电子；同时，采用量子点量子阱混合结构，使得在同一周期内，电子能够以斜跃迀的方式进行传输，在相邻周期内，电子能够以共振隧穿的方式进行传输，改善了器件的电输运性能，提高了器件的响应率与探测率；另外，电子斜跃迀及共振隧穿的过程中都是未加偏压的，故具有低暗电流的特点。
[0064]S3，在量子点量子阱混杂级联结构之上外延上接触层，材料为磷化铟(InP)晶格匹配的铟镓砷(Ina48Gaa52As),厚度为200nm，在外延的同时，掺入电子施主杂质Si，浓度为9 X 118Cm 3O
[0065]S4，从上至下对上接触层和周期性的量子点量子阱混杂结构进行刻蚀，刻蚀至下接触层表面，形成红外探测器台面。
[0066]S5，在刻蚀上接触层和周期性的量子点量子阱混杂结构而剩余的上接触层表面制备顶部环状电极，在刻蚀上接触层和周期性的量子点量子阱混杂结构而露出的下接触层表面制备底部环状电极，在刻蚀上接触层和周期性的量子点量子阱混杂结构而剩余的上接触层表面制备顶部环状电极，本例中采用电子束蒸发的方式制备钛金合金电极，由于上下接触层皆为施主重掺杂，金属电极与半导体之间为欧姆接触。
[0067]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种红外探测器，其特征在于，该红外探测器包括: 衬底⑴； 下接触层(2)，外延于衬底(I)之上； 周期性的量子点量子阱混杂结构(3)，外延于下接触层(2)之上； 上接触层(4)，外延于周期性的量子点量子阱混杂结构(3)之上； 底部环状电极(6)，形成于刻蚀上接触层(4)和周期性的量子点量子阱混杂结构(3)而露出的下接触层(2)的表面； 顶部环状电极(5)，形成于刻蚀上接触层(4)和周期性的量子点量子阱混杂结构(3)而剩余的上接触层(4)的表面。2.根据权利要求1所述的红外探测器，其特征在于，所述衬底为半绝缘的磷化铟材料。3.根据权利要求1所述的红外探测器，其特征在于，所述下接触层(2)为电子施主杂质Si重掺杂的铟镓砷外延层。4.根据权利要求1所述的红外探测器，其特征在于，所述周期性的量子点量子阱混杂结构(3)，在每个周期中至少包括多个势皇层、多个势阱层及多个量子点量子阱混杂层，其中，每个周期中的多个势皇层、多个势阱层以及多个量子点量子阱混杂层构成了相互耦合的啁啾超晶格结构。5.根据权利要求4所述的红外探测器，其特征在于，所述势皇层采用的材料为铟铝砷，所述势阱层采用的材料为铟镓砷，所述量子点量子阱混杂层为砷化铟量子点砷化镓量子阱的混杂结构。6.根据权利要求1所述的红外探测器，其特征在于，所述周期性的量子点量子阱混杂结构(3)，在每个周期中包括一个光吸收势阱和多个电子弛豫势阱，其中，光吸收势阱及最后一个电子弛豫势阱为量子点量子阱混杂结构，其他电子弛豫势阱为量子阱。7.根据权利要求6所述的红外探测器，其特征在于，相邻两个周期中，本周期的光吸收势阱与上一周期中最后一个电子弛豫势阱的能级相同，同一周期内两个相邻电子弛豫势阱的能级相差一个纵光学声子能量。8.根据权利要求1所述的红外探测器，其特征在于，所述上接触层(4)为电子施主杂质Si重掺杂的铟镓砷外延层。9.根据权利要求1所述的红外探测器，其特征在于，所述顶部环状电极(5)以及底部环状电极(6)均采用钛金合金。10.一种红外探测器的制造方法，其特征在于，方法包括: SI，在衬底上外延下接触层； S2，在下接触层上外延周期性重复的量子点量子阱混杂级联结构； S3，在量子点量子阱混杂级联结构之上外延上接触层； S4，从上至下对上接触层和周期性的量子点量子阱混杂结构进行刻蚀，刻蚀至下接触层表面，形成红外探测器台面； S5，在刻蚀上接触层和周期性的量子点量子阱混杂结构而剩余的上接触层表面制备顶部环状电极，在刻蚀上接触层和周期性的量子点量子阱混杂结构而露出的下接触层表面制备底部环状电极。11.根据权利要求10所述的红外探测器的制造方法，其特征在于，所述步骤S2中，在外延每个周期的量子点量子阱混杂级联结构时，从下至上包括: 采用分子束外延工艺，生长出第一势皇层(B1)，厚度为5.3nm ； 采用分子束外延工艺，在第一势皇层(B1)上生长出第一量子点量子阱混杂层(D1)，厚度为5.8nm ； 采用分子束外延工艺，在第一量子点量子阱混杂层(D1)上生长出第二势皇层(B2)，厚度为2.1nm ； 采用分子束外延工艺，在第二势皇层(B2)上生长出第一势阱层(W1),厚度为2.3nm； 采用分子束外延工艺，在第一势阱层(W1)上生长出第三势皇层(B3)，厚度为4.6nm ; 采用分子束外延工艺，在第三势皇层(B3)上生长出第二势阱层(W2)，厚度为2.9nm; 采用分子束外延工艺，在第二势阱层(W2)上生长出第四势皇层(B4)，厚度为3.3nm; 采用分子束外延工艺，在第四势皇层(B4)上生长出第三势阱层(W3)，厚度为3.5nm； 采用分子束外延工艺，在第三势阱层(W3)上生长出第五势皇层(B5)，厚度为2.3nm; 采用分子束外延工艺，在第五势皇层(B5)上生长出第二量子点量子阱混杂层(D2)，厚 度为5.4nm ； 采用分子束外延工艺，在第二量子点量子阱混杂层(D2)上生长出第六势皇层(B6)，厚度为5.3nm ； 其中，只在量子点量子阱混杂层中进行掺杂电子施主杂质Si，浓度为9X1017cm_3，量子点量子阱混杂级联结构的重复次数大于等于30个。
【专利摘要】本发明公开了一种红外探测器及其制造方法，该红外探测器包括衬底、下接触层、周期性的量子点量子阱混杂结构、上接触层、顶部环状电极及底部环状电极；其中，下接触层外延于衬底上；周期性的量子点量子阱混杂结构外延于下接触层上；上接触层外延于周期性的量子点量子阱混杂结构上；底部环状电极形成于刻蚀上接触层和周期性的量子点量子阱混杂结构而露出的下接触层的表面；顶部环状电极形成于刻蚀上接触层和周期性的量子点量子阱混杂结构而剩余的上接触层的表面。本发明的红外光电探测器能响应正入射光，并具有低暗电流、高响应率及探测率的优点。
【IPC分类】H01L31/101, H01L31/18, H01L31/0352, H01L31/0304
【公开号】CN104900731
【申请号】CN201510300412
【发明人】任飞, 刘舒曼, 王风娇, 翟胜强, 梁平, 刘峰奇, 王占国
【申请人】中国科学院半导体研究所
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月3日