一种红外探测器材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及红外探测领域，特别是涉及一种红外探测器材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]红外探测器由于其优异的性能被广泛地应用于卫星检测系统、导弹探测、激光雷达、通信、夜视和红外成像等方面，随着红外探测器技术的发展以及军事的需求，第三代的红外探测器逐渐向高性能低成本方向发展，具体可以概括为:高分辨(大面阵和小像元)、先进的读出电路技术(数字，低噪声)、高工作温度(>77K)、高空间均匀性(spatialuniformity)、高稳定性、多光谱。其中实现高温工作红外探测器是第三代红外探测器发展的一个重要分支。InSb(包括II1-V族材料探测器)探测器的暗电流产生机制主要是基于在耗尽层区域的G-R(产生-复合)的复合过程中，这个暗电流的数值往往比少子向耗尽层扩散而形成的电流大好几个数量级，因此高性能InSb探测器要求制冷温度比较低，对制冷机要求比较高，InSb基InAlSb红外探测器是基于体晶InSb红外探测器而发展起来的一种新型红外探测器，由于随Al组分(0-3%)的增加，暗电流减小50倍，大大的提高探测器工作温度，因此InAlSb红外探测器是高温工作红外探测器选择之一，而基于InSb技术的Sb基外延材料由于有InSb成熟的工艺借鉴，因此发展起来难度较小。
[0003]传统的InSb(InSb锑化铟)红外探测器采用体晶材料η-型InSb材料，通过离子注入或扩散的方法形成Ρ+_η结。随着工作温度的升高，InSb材料的禁带宽度变小，G-R复合加剧导致暗电流升高，因此一般InSb红外探测器需要工作在80Κ以下温度;再则为了提高光的透过性，衬底必须减薄到ΙΟμπι左右，这样衬底表面的载流子散射的光可以到达ρη结吸收而形成光电流，但是量子效率和衬底最终的厚度必须选择一个折中值，因为厚度越薄量子效率越低，但是厚度太大，将会损失相当一部分光，到达ρη结吸收区处的光就非常少了，也将导致信号弱；除此外，这种结构由于载流子横向扩散的影响，往往会造成光学信号在不同像元间的串扰，影响其成像效果。
【发明内容】
[0004]本发明提供一种红外探测器材料及其制备方法，用以解决现有技术中降低锑化铟材料暗电流较为困难的问题。
[0005]根据本发明的一个方面，提供了一种红外探测器材料的制备方法，包括:根据响应波长的范围，设定铟铝锑层中铝组分的参数、厚度、异质结的排布的参数;制作锑化铟衬底；根据设定的参数生长锑化铟缓冲层以及铟铝锑下接触层;根据设定的参数生长铟铝锑吸收层;生长铟铝锑层的势皇层;生长铟铝锑层的上接触层。
[0006]其中，根据响应波长的范围，设定铟铝锑层中铝组分的参数、厚度、异质结的排布等参数，包括:确定采用P-PIN结构，确定吸收层铝的组分以及电极层铝的组分为1%_5%，在铟铝锑吸收层上面生长铝组分为10%_20%的势皇层。
[0007]其中，制作锑化铟衬底包括:厚度为500-800微米、掺杂浓度为5X 1017_4 X 118Cm3，并通过湿化学处理制备出外延级的锑化铟衬底。
[0008]其中，根据设定的参数生长锑化铟缓冲层以及铟铝锑下接触层包括:生长厚度为
0.1-1微米锑化铟缓冲层以及厚度为0.5-2微米的铟铝锑下接触层，下接触层为N型掺杂，掺杂浓度为 5 X 1017cm—3-4 X 1018cm-3。
[0009]其中，根据设定的参数生长铟铝锑吸收层，包括:生长厚度为1-4微米的锑化铟，其浓度控制在114-1O16Cnf3范围内。
[0010]其中，生长铟铝锑层的势皇层，包括:厚度为20-50纳米的铟铝锑层Im—zAlzSb，其中，在该铟铝锑层铝组分在10 %-20 %范围，势皇层为P型掺杂，掺杂浓度为5 X 1017cm—3-4 X1018cm-3。
[0011]进一步的，上述方法还包括:在生长铟铝锑层的势皇层之后以及生长铟铝锑层的上接触层之前，通过能带计算选择出上接触层的P型掺杂浓度，使得势皇层和上接触层价带平齐。
[0012]根据本发明的第二个方面，提供了一种红外探测器材料，包括:红外材料由下至上依次包括锑化铟衬底、锑化铟缓冲层、铟铝锑下接触层、铟铝锑吸收层、铟铝锑势皇层以及铟铝锑上接触层。
[0013]其中，锑化铟衬底的厚度为500-800微米、掺杂浓度为5X1017-4X1018cm—3，锑化铟缓冲的层厚度为0.5微米，铟铝锑下接触层的厚度为0.5-2微米、N型掺杂浓度为5 X 117Cm一3-4X 118Cnf3，铟铝锑吸收层的厚度为1-4微米、无故意掺杂，势皇层的厚度为20-50纳米、P型掺杂浓度为5 X 117Cnf3-4 X 118Cnf3，以及铟铝锑上接触层的厚度为0.5_2微米、P型掺杂浓度为 5 X 1017cm—3-4 X 1018cm-3。
[0014]其中，锑化铟衬底的厚度为500-800微米、掺杂浓度为5X1017-4X1018cm—3，锑化铟缓冲的层厚度为0.5微米，铟铝锑下接触层的厚度为0.5-2微米、P型掺杂浓度为5 X 117Cm一3-4 X 118Cnf3，势皇层的厚度为20-50纳米、P型掺杂浓度为5 X 1017cm—3_4 X 1018cm—3，铟铝锑吸收层的厚度为1-4微米、无故意掺杂，以及铟铝锑上接触层的厚度为0.5-2微米、N型掺杂浓度为5 X 1017cm—3-4 X 1018cm—3，材料结构中保持势皇层和下接触层P型掺杂浓度一致。
[0015]本发明有益效果如下:
[0016]本实施例通过对红外探测器材料的结构设计，采用pin结构材料，光吸收层处在i层，减小了光生载流子横向扩散，降低了光串，并通过降低i层浓度进一步降低复合中心，降低暗电流。
【附图说明】
[0017]图1是本发明实施例中I中红外探测器材料的制备方法的流程图；
[0018]图2是本发明实施例3中红外探测器材料的结构示意图；
[0019]图3是本发明实施例3中红外探测器材料的能带结构示意图；
[0020]图4是本发明实例4的红外探测器材料的结构示意图。
【具体实施方式】
[0021]为了解决现有技术现有技术中降低锑化铟材料暗电流较为困难的问题，本发明提供了一种红外探测器材料及其制备方法，以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。
[0022]在Al组分较小时，Im—zAlzSb的禁带宽度为Eg(Im—zAlzSb)? Eg(InSb) X (1+10Xz)，Ini—zAlzSb的带隙以Al每增加I %而约18meV，结合暗电流公式Id = NGRexp(_hc/2Ac kBT)，kB为玻尔兹曼常数，Ac为截止波长，Ngr为GR复合中心，而随着铝含量的增加较小时(<5%), GR中心数量并不会增加，即Ncr为常数，因此，暗电流只由带隙宽度决定，Al组分从O增加到3%，暗电流减小了50倍，可见，采用低组分InAlSb材料可以降低暗电流。
[0023]实施例1
[0024]本实施提供一种高温工作红外探测器材料，本技术基于成熟的InSb锑化铟材料的拓展应用，包括:材料设计结构设计、多层材料分子束外延工艺以及在线掺杂控制等。本实施例主要利用InSb材料掺杂一定量的Al组分增加材料的禁带宽度降低暗电流，并通过在材料结构中添加一层高势皇层(高组分的InAlSb )，结合InSb基分子束外延多层膜技术和在线成结技术，从而形成一条独到的高温工作红外探测器材料制备方法。
[0025]本实施例提供了一种红外探测器材料的制备方法，图1是该方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下处理:
[0026]步骤101:根据响应波长的范围，设定铟铝锑层中铝组分的参数、厚度、异质结的排布的参数；
[0027]步骤102:制作锑化铟衬底；
[0028]步骤103:根据设定的参数生长锑化铟缓冲层以及铟铝锑下接触层；
[0029]步骤104:根据设定的参数生长铟铝锑吸收层；
[0030]步骤105:生长铟铝锑层的势皇层；
[0031]步骤106:生长铟铝锑层的上接触层。
[0032]其中，根据响应波长的范围，设定铟铝锑层中铝组分的参数、厚度、异质结的排布的参数具体可以包括:确定采用P-PIN结构，确定吸收层铝的组分以及电极层铝的组分为1%-5%,在铟铝锑吸收层上面生长铝组分为1 % -20 %的势皇层。
[0033]其中，制作锑化铟衬底具体可以包括:制作厚度为500-800微米、掺杂浓度为5X1017-4X 118Cnf3的锑化铟衬底，并通过湿化学处理调整表面氧化层类型和厚度实现“开盒即用”即，外延级的锑化铟衬底。
[0034]其中，根据设定的参数生长锑化铟缓冲层以及铟铝锑下接触层包括:生长厚度为
0.5微米的锑化铟缓冲层以及厚度为0.5-2微米的铟铝锑下接触层，下接触层为N型掺杂，掺杂浓度为 5 X 1017cm—3-4 X 1018cm-3。
[0035]其中，根据设定的参数生长铟铝锑吸收层具体可以包括:生长厚度为2-4微米的锑化铟，其浓度控制在为114-1O16Cnf3，实际工艺中浓度越小越好。
[0036]其中，生长铟铝锑层的势皇层具体可以包括:厚度为20-50纳米厚的铟铝锑层，其中，在该铟铝锑层铝组分为10%-20%。
[0037]其中，势皇层为P型掺杂，掺杂浓度为5 X 1017cm—3_4 X 118Cnf3。
[0038]实施例2
[0039]本实施例通过公开更多的技术细节来对本发明提供的方案进行进一步阐述:
[0040]本实施例提供的高温工作红外探测器材料的制备方法具体可以包括以下的步骤:
[0041]步骤A:根据红外探测器材料响应波长的范围，设定Al组分的参数、厚度、异质结的排布，并通过能带计算，选择合适的掺杂浓度，保证势皇层和P型接触层价带平齐。
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