一种InAs/GaSb超晶格红外光电探测器及其制作方法 【技术领域】
本发明涉及半导体技术领域，尤其是涉及是一种在GaSb衬底上生长的3至5微米中波段InAs/GaSb超晶格红外探测器及其制作方法。
背景技术
随着科学技术的进步，各种波段适用多种用途的红外探测器逐渐发展起来，目前在战略预警、战术报警、夜视、制导、通讯、气象、地球资源探测、工业探伤、医学、光谱、测温、大气监测等军用和民用领域，红外探测器都有广泛的应用。但是当前最常用的硅掺杂探测器、InSb、QWIP、MCT等红外探测器，都要求在低温下工作，需要专门的制冷设备，造价昂贵，因而其应用受到限制。理论预测表明InAs/GaSb超晶格是唯一一种可以比HgCdTe具有更高效率的红外探测器材料。其优良的材料特性包括：电子和空穴高的有效质量可有效的减少隧穿电流，提高态密度；重空穴带和轻空穴带存在较大的能量差，能有效降低俄歇复合几率，提高载流子寿命等。因此InAs/GaSb超晶格材料是目前最有可能实现室温工作的第三代红外探测器材料。
【发明内容】
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种低暗电流、高探测率的在GaSb衬底上生长的3至5微米中波段InAs/GaSb超晶格红外探测器及其制作方法。
(二)技术方案
为达到上述目的的一个方面，本发明提供了一种InAs/GaSb超晶格红外光电探测器，包括：
GaSb衬底1；
在该GaSb衬底1上制备的外延片，该外延片由下至上依次包括GaSb缓冲层2、p型欧姆欧姆接触层3、InAs/GaSb超晶格层和InAs盖层8；以及
在该外延片上采用标准光刻技术及磷酸、柠檬酸溶液刻蚀露出p型欧姆欧姆接触层3，然后分别在p型欧姆欧姆接触层3和InAs盖层8上溅射合金制作的电极。
上述方案中，所述外延片是利用分子束外延方法在GaSb衬底1上制备的。
上述方案中，所述GaSb缓冲层2的厚度为300nm至500nm，所述p型欧姆欧姆接触层3的厚度为500nm至1000nm，所述InAs盖层8的厚度为20nm至200nm。
上述方案中，所述外延片中的InAs/GaSb超晶格层是由交替生长的不少于300个周期或2微米的InAs层/GaSb层组成，其中每层GaSb厚度为3nm，每层InAs厚度由探测波长决定。
上述方案中，该探测器在外延片上进一步包括一钝化层，该钝化层采用SiO2材料制作而成。
上述方案中，所述电极采用钛铂金合金，对于p型欧姆接触电极该钛铂金合金中各层的厚度为Ti()/Pt()/Au()，对于n型欧姆接触电极该钛铂金合金中各层的厚度为Ti()/Pt()/Au()。
为达到上述目的的另一个方面，本发明还提供了一种制作InAs/GaSb超晶格红外光电探测器的方法，包括：
将GaSb衬底放在分子束外延设备样品架上，在530℃脱氧，然后将GaSb衬底升至560℃在Sb保护下除气3分钟；
在520℃温度下在GaSb衬底上生长GaSb缓冲层；
将GaSb衬底温度降至380至420℃，依次生长p型欧姆欧姆接触层、InAs/GaSb超晶格层和InAs盖层，完成外延片的制备；
将制备好的外延片采用标准光刻技术及磷酸、柠檬酸溶液刻蚀，露出p型欧姆欧姆接触层，然后分别在p型欧姆欧姆接触层和InAs盖层上溅射合金制作的电极。
上述方案中，所述生长InAs/GaSb超晶格的步骤中，每周期快门的开关顺序及时间依次为：中断、同时开In和As、中断、同时开In和Sb、同时开Ga和Sb。
上述方案中，所述电极采用钛铂金合金，对于p型欧姆接触电极该钛铂金合金中各层的厚度为Ti()/Pt()/Au()，对于n型欧姆接触电极该钛铂金合金中各层的厚度为Ti()/Pt()/Au()。
上述方案中，该方法在完成电极的制作步骤之后还包括：
对外延片表面进行钝化，形成一钝化层，该钝化层采用SiO2材料制作而成。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
1、利用本发明，实现了利用InAs/GaSb超晶格材料制作InAs/GaSb超晶格红外光电探测器。
2、利用本发明，实现了分子束外延方法生长高质量InAs/GaSb超晶格材料。
3、利用本发明，实现了降低中波段红外探测器的暗电流，提高探测器的探测率和工作温度。
【附图说明】
图1是本发明提供的InAs/GaSb超晶格红外光电探测器的结构示意图；
图2是本发明提供的制作InAs/GaSb超晶格红外光电探测器的方法流程图；
图3是本发明提供的InAs/GaSb超晶格每周期的生长过程示意图；
图4是经验紧束缚方法InAs 8ML/GaSb 8ML超晶格能带模拟结果。
【具体实施方式】
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。
本发明提供的InAs/GaSb超晶格红外光电探测器及其制作方法，是用分子束外延技术在GaSb衬底上先生长出高质量的缓冲层，后制备3至5μm探测波段的InAs/GaSb超晶格外延片，再利用该外延片制造红外光电导探测器。
如图1所示，图1是本发明提供的InAs/GaSb超晶格红外光电探测器的结构示意图，包括：
GaSb衬底1；
在该GaSb衬底1上制备的外延片，该外延片由下至上依次包括GaSb缓冲层2、p型欧姆欧姆接触层3、InAs/GaSb超晶格层和InAs盖层8；以及
在该外延片上采用标准光刻技术及磷酸、柠檬酸溶液刻蚀露出p型欧姆欧姆接触层3，然后分别在p型欧姆欧姆接触层3和InAs盖层8上溅射合金制作的电极。
其中，所述外延片是利用分子束外延方法在GaSb衬底1上制备的。所述GaSb缓冲层2的厚度为300nm至500nm，所述p型欧姆欧姆接触层3的厚度为500nm至1000nm，所述InAs盖层8的厚度为20nm至200nm。所述外延片中的InAs/GaSb超晶格层是由交替生长的不少于300个周期或2微米的InAs层/GaSb层组成，其中每层GaSb厚度为3nm，每层InAs厚度由探测波长决定。所述电极采用钛铂金合金，对于p型欧姆接触电极该钛铂金合金中各层的厚度为Ti()/Pt()/Au()，对于n型欧姆接触电极该钛铂金合金中各层的厚度为Ti()/Pt()/Au()。
另外，该探测器在外延片上进一步包括一钝化层，该钝化层采用SiO2材料制作而成。
如图2所示，图2是本发明提供的制作InAs/GaSb超晶格红外光电探测器地方法流程图，该方法包括：
步骤1：将GaSb衬底放在分子束外延设备样品架上，在530℃脱氧，然后将GaSb衬底升至560℃在Sb保护下除气3分钟；
步骤2：在520℃温度下在GaSb衬底上生长GaSb缓冲层；
步骤3：将GaSb衬底温度降至380至420℃，依次生长p型欧姆欧姆接触层、InAs/GaSb超晶格层和InAs盖层，完成外延片的制备；
步骤4：将制备好的外延片采用标准光刻技术及磷酸、柠檬酸溶液刻蚀，露出p型欧姆欧姆接触层，然后分别在p型欧姆欧姆接触层和InAs盖层上溅射合金制作的电极。
其中，所述生长InAs/GaSb超晶格的步骤中，每周期快门的开关顺序及时间依次为：中断、同时开In和As、中断、同时开In和Sb、同时开Ga和Sb。
该方法在完成电极的制作步骤之后还包括：对外延片表面进行钝化，形成一钝化层，该钝化层采用SiO2材料制作而成。
下面以截止探测波长在4.8μm附近的InAs/GaSb红外探测器为例，结合附图1对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明.
再次参考图1，采用分子束外延方法在GaSb衬底上(1)，利用分子束外延方法依次制备出GaSb缓冲层(2)、GaSb p型欧姆欧姆接触层(3)、InAs/GaSb超晶格层(5，6，7)、以及InAs盖层(8)然后在外延片上制作电极(4，10)并对材料表面钝化制造成光电探测器。
所说的InAs/GaSb超晶格层(5，6，7)由320个周期交替排列的InAs层和GaSb层组成。每个周期中InAs层厚度为每个周期中GaSb层厚度为每个周期的生长方法如图3所示，先开中断快门6秒，再同时开In、As快门48秒；此后关闭所有快门6秒，再同时开In、Sb快门2秒，最后同时开Ga和Sb快门14秒。
超晶格层生长过程中InAs的生长速度为0.168ML/s，GaSb的生长速度为0.613ML/s。外延片采用标准光刻技术及磷酸、柠檬酸溶液刻蚀出台面，采用PECVD蒸镀SiO2200nm，最后分别制作n、p型欧姆接触电极(4，10)。
所述的InAs/GaSb超晶格是由交替生长的不少于300个周期或2微米的InAs层/GaSb层组成。其中每层GaSb厚度和每层InAs厚度由探测波长决定，并可以通过经验紧束缚方法模拟特定InAs和GaSb厚度下的探测截止波长，电子有效质量，如图4所示。
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。