共振隧穿二极管近红外探测器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及近红外探测器，特别是指一种基于共振隧穿效应，可在室温工作的低暗电流高灵敏度的共振隧穿二极管近红外探测器。
【背景技术】
[0002]具有高频率、低电压、负阻效应、用少量器件即可完成多种功能等优点的共振隧穿二极管，是当今最热门、最为成熟的纳电子器件之一。作为第一个集中研究的纳电子器件，与其他纳电子器件相比，共振隧穿二极管发展得更早、更快、更成熟，更具有应用前景，是唯一能用常规集成电路技术进行设计和制造的器件，现在主要用于探测器、振荡器、存储器和光电开关等中。随着电子器件的发展以及人们生活水平的提高，对低价格、高速度、高密度和高可靠性的优异电子器件越来越迫切，而作为纳电子器件中的佼佼者，共振隧穿二极管探测器必将会得到更多的关注以及长足的发展。
[0003]共振隧穿二极管近红外探测器主要通过光生载流子(空穴)堆积在势皇旁来改变双势皇结构的电势来影响电子隧穿势皇，从而获得更高的光电流。这在共振隧穿二极管电压-电流曲线上主要表现为光致电流向低电压方向偏移(左偏)。如果能够实现将光生空穴最大化地堆积在双势皇结构旁(或内)，那么就能很好地改变其电势，从而实现更高灵敏度的探测。共振隧穿二极管主要是通过将光生空穴堆积在势皇以及集电区之间，来实现隧穿电流的增加。现如今共振隧穿二极管探测器想要实现高灵敏度的光电探测主要有两种方法，一种是将器件做成一个分布式布拉格反射腔，通过腔增强的作用来提高器件灵敏度，另一种是在势皇旁或势皇内生长量子点，通过量子点捕获载流子(空穴)来改变双势皇单势阱的电势，从而提高器件的灵敏度。但是不管是生长腔结构还是在势皇旁或者势皇内生长量子点，都将会提高外延生长的难度，使得重复性难以得到保证。生长分布式布拉格反射腔，反射层的数量以及厚度等难以精确，在势皇旁或者势皇内生长量子点，由于其所生长的量子点在形貌、尺寸等方面无法保证均匀，使得共振隧穿二极管性能稳定性无法保证。其次在外延层上生长量子点，由于晶格失配，可能将造成量子点后续外延层界面粗糙，这将会恶化共振隧穿二极管光电性能。而对于腔增强的共振隧穿二极管光电探测器，其工作电压与电流比之非腔增强共振隧穿二极管光电探测器有显著增大，这无疑增大了器件电路的设计以及探测能耗。最后，由于量子点对光生载流子的捕获，在量子点释放这些载流子时，将会产生很严重的后脉冲，使得探测噪声加大，给探测带来了难度。
[0004]上述所提到的通过将器件做成一个分布式布拉格反射腔或是在双势皇结构旁(或内)生长量子点是提高共振隧穿二极管探测器灵敏度的主要方法，但由于其本身所存在的种种不足在短时间内也无法完美解决，这也制约了高灵敏度共振隧穿探测器的发展。如何改变空穴的堆积来影响电子隧穿这是共振隧穿二极管光电探测的重点也是难点，也是人们研究所聚焦的一个地方。
【发明内容】
[0005]为了克服上述现有技术的不足，本发明提出了一种共振隧穿二极管近红外探测器，通过在双势皇结构与吸收层之间外延生长空穴堆积层来堆积空穴，以及通过工艺实现大面积吸收层台面及小尺寸双势皇结构，从而降低探测器暗电流及提高探测器的灵敏度。
[0006]本发明提供一种共振隧穿二极管近红外探测器，包括:
[0007]—衬底；
[0008]—集电区接触层，其制作在衬底上，集电区接触层一侧的上面形成一台面；
[0009]—集电区，其制作在集电区接触层上台面的一侧，该集电区为圆形；
[0010]一吸收层，其制作在集电区上；
[0011]—空穴堆积层，其制作在吸收层上，其直径小于吸收层的直径；
[0012]—双势皇结构，其制作在空穴堆积层上；
[0013]一隔离层，其制作在双势皇结构上；
[0014]—发射区，其制作在隔离层上；
[0015]—上电极，其制作在集电区上；
[0016]—下电极，其制作在集电区接触层一侧的台面上。
[0017]从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果:
[0018](1)通过将空穴堆积层、双势皇结构、隔离层和发射区做成小直径尺寸台面，能够有效降低探测器的暗电流；
[0019](2)通过外延生长一层空穴堆积层，能够提高堆积空穴的能力，进而提高堆积空穴对双势皇结构电势的影响，从而提高探测器灵敏度；
[0020](3)通过外延生长一层较厚的吸收层，且将吸收层做成大直径尺寸台面，能够有效提尚探测器的响应度；
[0021](4)探测器在室温下有很低的暗电流和很高的响应度和灵敏度；
[0022](5)探测器外延层异质界面平整，可重复性、可靠性高，性能优良，结构简单，易于与其他电子器件集成。
【附图说明】
[0023]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明，其中:
[0024]图1是本发明的结构示意图；
[0025]图2是本发明结构的能带示意图。
【具体实施方式】
[0026]请参阅图1所示，本发明提供一种共振隧穿二极管近红外探测器，包括:
[0027]—衬底1，该衬底1的材料为S.1型或N+型InP，主要作用是作为外延层生长的基底；
[0028]—集电区接触层2，其制作在衬底1上，集电区接触层2 —侧的上面形成一台面21，该集电区接触层2的材料为Ina53Gaa47As，掺杂浓度为η型2 X 101S_5 X 10lscm 3，厚度为400-600nm，主要作用是形成低电阻的发射区欧姆接触；
[0029]—集电区3，其制作在集电区接触层2上台面21的一侧，该集电区3为圆形，该集电区3的材料为Ina53GaQ.47As，掺杂浓度为η型1 X 101S_5X 10lscm 3，厚度为200_400nm，集电区3台面21的直径为25-200 μ m，主要作用是形成共振隧穿二极管的集电区；
[0030]一吸收层4，其制作在集电区3上，该吸收层4的材料为Ina53Gaa47As或InGaNAs，厚度为200-700nm，吸收层4的直径为25-200 μ m，主要作用是吸收光源，产生电子-空穴对；
[0031 ] 一空穴堆积层5，其制作在吸收层4上，其直径小于吸收层4的直径，该空穴堆积层5的材料为InAs，厚度为3-15nm，空穴堆积层5的直径为1-4 μ m，主要作用是堆积空穴，改变双势皇结构的电势，进而增大光生电流；
[0032]—双势皇结构6，其制作在空穴堆积层5上，该双势皇结构6包括依次生长的一下势皇层61、一势阱层62和一上势皇层63，该下势皇层61和上势皇层63的材料为AlAs或GaAs，厚度分别为l_3nm，该势阱层62的材料为Ina53Gaa47As，厚度为4-lOnm，双势皇结构6台面直径为1-4 μ m，主要作用是形成共振隧穿的条件；
[0033]—隔离层7，其制作在双势皇结构6上，该隔离层7的材料为Ina53Gaa47As，厚度为
3-15nm，隔离层7台面直径为1-4 μ m，主要作用是为了阻挡发射区3的杂质向双势皇结构5扩散；
[0034]—发射区8，其制作在隔离层7上，该发射区8的材料为η型I%53Gaa47As，掺杂浓度为η型2 X 1018-5 X 1018cm 3，厚度为80_120nm，发射区8台面直径为1-4 μ m，主要作用是形成发射区8，使发射区8的费米能级位于导带能级之上，以提供隧穿电子源；
[0035]—上电极9，其制作在集电区8上，该上电极9的材料为氧化铟锡，主要作用是形成透明电极，便于光更多地入射到吸收层4以及与外电路连接；
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