本發明屬于半導體應用，尤其涉及一種平面型紅外探測器及其制備方法。

背景技術：

1、紅外探測器在空間通信、醫學診療、工業檢測和航空航天等領域有著重要而廣泛的應用。基于ⅲ-ⅴ族半導體的銻化物超晶格材料具有寬波段精確可調、量子效率高、大面積均勻性好、工作溫度高、制備成本低等優勢，能同時滿足第三代紅外探測器對高探測率、大面陣、多波段、低功耗、低成本等要求。

2、目前銻化物超晶格探測器的研究和生產過程中均采用臺面結構，也就是用刻蝕工藝把工作區以外的半導體材料去除而實現器件之間的電學隔離，但是，刻蝕完成后由于半導體晶體連續性被打破，導致器件側壁產生表面態和反型層，從而使側壁表面出現導電通道而產生表面漏電流。盡管采取了各種手段如沉積sio2、聚酰亞胺、光刻膠等介質材料對探測器表面進行鈍化處理，但效果依然有限，因此銻化物超晶格紅外探測器的制備工藝還有待完善。

技術實現思路

1、發明目的：為了解決現有技術所存在的問題，本發明提供一種平面型紅外探測器及其制備方法，能夠消除紅外探測器的側壁漏電流，提高探測器的光子注入效率，大大降低探測器制備工藝的復雜性和成本。

2、
技術實現要素：
為實現上述目的，本發明提供了一種平面型紅外探測器的制備方法，包括以下步驟：

3、s1、在襯底上依次生長緩沖層、n型摻雜接觸層、超晶格吸收層和本征接觸層，由此形成疊層結構，得到第一器件；

4、s2、在第一器件遠離襯底的表面制備擴散選擇層，而后在擴散選擇層上刻蝕形成擴散窗口，得到第二器件；

5、s3、在第二器件上的擴散窗口處生長擴散層，并在擴散層上生長擴散保護層，得到第三器件；

6、s4、對第三器件進行快速退火處理，隨后去除擴散保護層、擴散層和擴散選擇層，在本征接觸層上形成p型擴散區域，得到第四器件；

7、s5、在第四器件遠離襯底的表面進行刻蝕，在n型摻雜接觸層上形成凹陷區域，得到暴露n型摻雜接觸層的第五器件；

8、s6、在第五器件遠離襯底的表面制備第一電極和第二電極，得到紅外探測器，其中第一電極位于n型摻雜接觸層上的凹陷區域內，第二電極位于本征接觸層上的擴散區域內。

9、具體地，所述快速退火處理包括：將第三器件放入快速退火爐中并通入氮氣，使其在300～500℃的溫度下退火10～30分鐘。

10、具體地，所述疊層結構可采用分子束外延法制備；所述擴散選擇層、擴散層和擴散保護層可采用離子體增強化學氣相沉積法、真空蒸鍍法或磁控濺射法制備。

11、具體地，所述步驟s5中，利用電感耦合等離子體對第四器件進行刻蝕，且凹陷區域深入至n型摻雜接觸層厚度的一半。

12、具體地，所述步驟s5還包括：在刻蝕之前先在第四器件遠離襯底的表面制備臺面掩膜，并在刻蝕之后去除第五器件表面的臺面掩膜，以實現臺面保護。

13、此外，本發明還提供了一種平面型紅外探測器，采用上述制備方法制備得到，其包括襯底以及襯底上依次生長的緩沖層、n型摻雜接觸層、超晶格吸收層和本征接觸層，由此形成疊層結構；還包括第一電極和第二電極，所述第一電極位于本征接觸層上形成的擴散區域內，所述第二電極位于n型摻雜接觸層上形成的凹陷區域內。

14、具體地，所述疊層結構還包括n型摻雜接觸層和超晶格吸收層之間的m型勢壘層，使得本征接觸層、超晶格吸收層、m型勢壘層、n型摻雜接觸層通過p型擴散共同組成p-π-m-n結構。

15、具體地，所述襯底為n型gasb襯底，所述緩沖層采用n型摻雜的gasb材料，厚度為300～1000nm。

16、具體地，所述n型摻雜接觸層為n型摻雜的超晶格層，厚度為250～600nm；所述超晶格吸收層為p型摻雜的超晶格層，厚度為1.5～3.5μm；所述本征接觸層為無摻雜的超晶格層，厚度為10～100nm。

17、具體地，所述擴散選擇層、擴散保護層的材料包括sio2、sixny、sion、al2o3中的一種或幾種的組合，且厚度為100nm～3μm；所述擴散層的材料包括znox、zns中的一種或幾種的組合，且厚度為100nm～3μm。

18、有益效果：

19、本發明通過在擴散選擇層開孔暴露出本征接觸層進行擴散，這樣未暴露的地方通過擴散選擇層進行了保護，不會發生擴散，由此形成了電學隔離區，因此無需刻蝕臺面結構來實現電學隔離。同時，本發明通過刻蝕工藝在n型摻雜接觸層上形成凹陷區域，由此暴露出下電極，這樣導電通道從上電極到下電極，并不經過側壁，因此不會產生側壁漏電流。

20、本發明采用擴散層和擴散保護層作為擴散源，一方面可以通過擴散溫度來調整擴散層的擴散深度，有利于控制擴散效果，提高光子注入效率；另一方面擴散保護層可以在熱擴散的過程中降低擴散層的揮發，起到保護作用，進一步保證擴散效果，降低污染。

21、綜上所述，本發明通過在本征接觸層中進行p型擴散形成光電響應通道，由此形成平面型pn結，能夠消除探測器的側壁漏電流，并提高光子注入效率。此外，相較于傳統的臺面型探測器，本發明減少了鈍化處理工藝，有效降低了生產成本，提高了產品良品率。

技術特征：

1.一種平面型紅外探測器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述快速退火處理包括：

3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述疊層結構采用分子束外延法制備，所述擴散選擇層、擴散層和擴散保護層采用離子體增強化學氣相沉積法、真空蒸鍍法或磁控濺射法制備。

4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟s5中，利用電感耦合等離子體對第四器件進行刻蝕，且凹陷區域深入至n型摻雜接觸層厚度的一半。

5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟s5還包括：在刻蝕之前先在第四器件遠離襯底的表面制備臺面掩膜，并在刻蝕之后去除第五器件表面的臺面掩膜。

6.一種平面型紅外探測器，采用權利要求1～5中任一所述的制備方法制備得到，其特征在于，包括襯底以及襯底上依次生長的緩沖層、n型摻雜接觸層、超晶格吸收層和本征接觸層，由此形成疊層結構；還包括第一電極和第二電極，所述第一電極位于本征接觸層上形成的擴散區域內，所述第二電極位于n型摻雜接觸層上形成的凹陷區域內。

7.根據權利要求6所述的平面型紅外探測器，其特征在于，所述疊層結構還包括n型摻雜接觸層和超晶格吸收層之間的m型勢壘層，使得本征接觸層、超晶格吸收層、m型勢壘層、n型摻雜接觸層通過p型擴散共同組成p-π-m-n結構。

8.根據權利要求6所述的平面型紅外探測器，其特征在于，所述襯底為n型gasb襯底，所述緩沖層采用n型摻雜的gasb材料，厚度為300～1000nm。

9.根據權利要求6所述的平面型紅外探測器，其特征在于，所述n型摻雜接觸層為n型摻雜的超晶格層，厚度為250～600nm；所述超晶格吸收層為p型摻雜的超晶格層，厚度為1.5～3.5μm；所述本征接觸層為無摻雜的超晶格層，厚度為10～100nm。

10.根據權利要求6所述的平面型紅外探測器，其特征在于，所述擴散選擇層、擴散保護層的材料包括sio2、sixny、sion、al2o3中的一種或幾種的組合，且厚度為100nm～3μm；所述擴散層的材料包括znox、zns中的一種或幾種的組合，且厚度為100nm～3μm。

技術總結
本發明公開了一種平面型紅外探測器及其制備方法，所述紅外探測器包括襯底以及襯底上依次生長的緩沖層、N型摻雜接觸層、超晶格吸收層和本征接觸層，由此形成疊層結構；還包括第一電極和第二電極，所述第一電極位于本征接觸層上形成的擴散區域內，所述第二電極位于N型摻雜接觸層上形成的凹陷區域內。本發明通過在本征接觸層中進行P型擴散形成光電響應通道，由此形成平面型PN結，能夠消除探測器的側壁漏電流，并提高光子注入效率。此外，相較于傳統的臺面型探測器，本發明減少了鈍化處理工藝，有效降低了生產成本，提高了產品良品率。

技術研發人員：郝宏玥,牛智川,張世豪,徐應強,吳東海,蔣洞微,倪海橋,王欣,蘇向斌
受保護的技術使用者：中國科學院半導體研究所
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28