本發(fā)明屬于紅外光電探測器，具體是一種具有背勢壘的量子阱紅外光電探測器及其制造方法。

背景技術(shù)：

1、砷化鎵(gaas)作為一種iii-v族半導(dǎo)體材料，因其高電子遷移率、可調(diào)的帶隙以及成熟的材料和器件加工技術(shù)，成為紅外光電探測器的理想材料。gaas基量子阱紅外光電二極管(quantum?well?infrared?photodiode,qwip)利用量子阱結(jié)構(gòu)中的電子阱間躍遷來檢測長波長光信號，這種結(jié)構(gòu)可以有效擴(kuò)展光電探測器的光譜響應(yīng)范圍，提高其性能。qwip通過利用量子阱中的電子阱間躍遷來提高紅外探測器的比探測率，因此在紅外探測領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。gaas?qwip的探測光波段覆蓋3～5和8～12μm兩個大氣低損耗傳輸窗口，并且因為具有高靈敏度和成熟的材料及器件加工技術(shù)使其在遙控遙感、光耦合等領(lǐng)域得到了廣泛的研究和應(yīng)用。隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、智慧城市等領(lǐng)域?qū)t外信息探測和智能感知需求的增長，對紅外光電探測器的性能提出了更高的要求，包括尺寸、重量、功耗和價格的降低以及性能的提升。

2、由于受到暗電流的影響，目前商用qwip在液氮環(huán)境下(79k)低溫測試時，比探測率一般小于108cm·hz1/2/w，qwip的比探測率還不夠理想，影響了器件的探測效果。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供了一種具有背勢壘的量子阱紅外光電探測器及其制造方法以解決現(xiàn)有技術(shù)中qwip器件受暗電流影響導(dǎo)致比探測率交底的技術(shù)問題。

2、本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

3、第一方面，本發(fā)明提供一種具有背勢壘的量子阱紅外光電探測器，所述量子阱紅外光電探測器包括gaas襯底、有源層、電介質(zhì)層、第一金屬電極和第二金屬電極，所述有源層包括發(fā)射極導(dǎo)電層、背勢壘層、功能層、集電極導(dǎo)電層和紅外探測層，所述發(fā)射極導(dǎo)電層、背勢壘層、功能層、集電極導(dǎo)電層和紅外探測層依次在gaas襯底上層疊設(shè)置，所述發(fā)射極導(dǎo)電層背向gaas襯底一側(cè)的表面的至少一部分露出背勢壘層外，所述電介質(zhì)層覆蓋在所述有源層的表面，所述第一金屬電極與露出背勢壘層外的發(fā)射極導(dǎo)電層連接，所述第二金屬電極與所述集電極導(dǎo)電層連接。

4、第二方面，本發(fā)明提供一種具有背勢壘的量子阱紅外光電探測器的制造方法，用于制造第一方面所述的具有背勢壘的量子阱紅外光電探測器，所述方法包括：

5、s1：在半絕緣gaas襯底上依次外延生長形成發(fā)射極導(dǎo)電層、背勢壘層、功、能層、集電極導(dǎo)電層和紅外探測層；

6、s2：去除在晶圓上第一指定區(qū)域的部分材料，以使該區(qū)域的發(fā)射極導(dǎo)電層裸露出來，其中第一指定區(qū)域為紅外探測層中需要與金屬電極形成電連接的區(qū)域；

7、s3：在整個晶圓表面沉積電介質(zhì)層；

8、s4：去除位于第二指定區(qū)域的電介質(zhì)層，其中第二指定區(qū)域為發(fā)射極導(dǎo)電層中需要與金屬電極形成電連接的區(qū)域；

9、s5：在去除了電介質(zhì)層的第二指定區(qū)域沉積金屬電極并進(jìn)行熱處理有益效果：本發(fā)明的具有背勢壘的量子阱紅外光電探測器及其制造方法通過在gaas襯底使發(fā)射極導(dǎo)電層、背勢壘層、功能層、集電極導(dǎo)電層和紅外探測層依次生長所形成的量子阱紅外光電探測器，該量子阱紅外光電探測器可以在量子阱紅外光電探測器的一側(cè)電極產(chǎn)生背勢壘，利用背勢壘對載流子的限制作用來有效減少由于載流子漂移產(chǎn)生的暗電流，從而使量子阱紅外光電探測器的比探測率得到了顯著的提高。

技術(shù)特征：

1.具有背勢壘的量子阱紅外光電探測器，其特征在于，包括gaas襯底、有源層、電介質(zhì)層、第一金屬電極和第二金屬電極，所述有源層包括發(fā)射極導(dǎo)電層、背勢壘層、功能層、集電極導(dǎo)電層和紅外探測層，所述發(fā)射極導(dǎo)電層、背勢壘層、功能層、集電極導(dǎo)電層和紅外探測層依次在gaas襯底上層疊設(shè)置，所述發(fā)射極導(dǎo)電層背向gaas襯底一側(cè)的表面的至少一部分露出背勢壘層外，所述電介質(zhì)層覆蓋在所述有源層的表面，所述第一金屬電極與露出背勢壘層外的發(fā)射極導(dǎo)電層連接，所述第二金屬電極與所述集電極導(dǎo)電層連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的具有背勢壘的量子阱紅外光電探測器，其特征在于，所述gaas襯底的厚度為50μm～1000μm，所述gaas襯底的體電阻率大于107ω·cm；

3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的具有背勢壘的量子阱紅外光電探測器，其特征在于，所述功能層為inxga1-xas和gaas組成的經(jīng)3～15次循環(huán)的多量子阱結(jié)構(gòu)，每次循環(huán)的inxga1-xas層的厚度和inxga1-xas層中in組分均相同，每次循環(huán)的inxga1-xas層的厚度為1nm～10nm，其中x的范圍為0.1～0.7，每次循環(huán)的gaas層的厚度均相同并且每次循環(huán)的gaas層的厚度為1nm～100nm。

4.具有背勢壘的量子阱紅外光電探測器的制造方法，其特征在于，用于制造權(quán)利要求1至3中任一項所述的具有背勢壘的量子阱紅外光電探測器，所述方法包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有背勢壘的量子阱紅外光電探測器的制造方法，其特征在于，所述s1：在半絕緣gaas襯底上依次外延生長形成發(fā)射極導(dǎo)電層、背勢壘層、功能層、集電極導(dǎo)電層和紅外探測層包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有背勢壘的量子阱紅外光電探測器的制造方法，其特征在于，所述背勢壘層包括朝背向發(fā)射極導(dǎo)電層方向依次層疊設(shè)置的n摻雜gaas層、第一過渡層、第二過渡層、p+摻雜gaas層、第二非摻雜gaas層；

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有背勢壘的量子阱紅外光電探測器的制造方法，其特征在于，所述s2：去除在晶圓上第一指定區(qū)域的部分材料，以使該區(qū)域的發(fā)射極導(dǎo)電層裸露出來，其中第一指定區(qū)域為紅外探測層中需要與金屬電極形成電連接的區(qū)域包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有背勢壘的量子阱紅外光電探測器的制造方法，其特征在于，s5：所述在去除了電介質(zhì)層的第二指定區(qū)域沉積金屬電極并進(jìn)行熱處理包括；

9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有背勢壘的量子阱紅外光電探測器的制造方法，其特征在于，所述s3：在整個晶圓表面沉積電介質(zhì)層包括；

10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有背勢壘的量子阱紅外光電探測器的制造方法，其特征在于，所述s1：在半絕緣gaas襯底上依次外延生長形成發(fā)射極導(dǎo)電層、背勢壘層、功能層、集電極導(dǎo)電層和紅外探測層包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于紅外光電探測器技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種具有背勢壘的量子阱紅外光電探測器及其制造方法。本發(fā)明的具有背勢壘的量子阱紅外光電探測器，包括GaAs襯底、有源層、電介質(zhì)層、第一金屬電極和第二金屬電極，所述有源層包括發(fā)射極導(dǎo)電層、背勢壘層、功能層、集電極導(dǎo)電層和紅外探測層。本發(fā)明的制造方法包括：在半絕緣GaAs襯底上依次外延生長形成發(fā)射極導(dǎo)電層、背勢壘層、功能層、集電極導(dǎo)電層和紅外探測層；除去在晶圓上第一指定區(qū)域的部分材料；在晶圓表面沉積電介質(zhì)層；去除位于第二指定區(qū)域的電介質(zhì)層；在去除了電介質(zhì)層的第二指定區(qū)域沉積金屬電極并進(jìn)行熱處理。本發(fā)明可提高紅外光電探測器的比探測率。

技術(shù)研發(fā)人員：鐘江,劉強,危功輝,肖繼宗,張敏,謝勝杰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：深圳市同和光電科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/28