一種InGaAs納米異質結紅外探測器線陣列及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種InGaAs納米異質結紅外探測器線陣列及其制備方法，首先在襯底上制備上電極，依次生長有非晶砷化鎵緩沖層，砷化鎵納米晶層、銦鎵砷納米晶層，然后制備下電極，形成InGaAs納米異質結紅外探測器線列陣，本發(fā)明紅外光敏層為納米晶材料，制備簡單，并且可制備出高In組分的InGaAs薄膜，擴展探測范圍，并且為非制冷紅外探測器，工作于室溫，體積小，重量輕，成本低。
【專利說明】—種InGaAs納米異質結紅外探測器線陣列及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于紅外探測器材料和器件領域，具體的說涉及采用II1- V族納米晶材料制備納米異質結結構的紅外探測器線陣列及其制備方法。
【背景技術】
[0002]InGaAs (銦鎵砷)三元化合物半導體(匹配于InP襯底)己被證明是一種短波紅外探測器材料(0.9^1.7 μ m)，其室溫探測度為~1013cmHz1/2W。這種探測器與工作在此光譜區(qū)域的Ge探測器相比，暗電流和噪聲都要低；增加In組份的比例可將探測器截止波長延伸到2.6 μ m ;探測范圍可以在1-2.4 μ m。用這種材料做成的探測器不需要致冷，因而它是非致冷紅外探測器，能滿足民用市場提出的功耗低、體積小、重量輕、高性價比、使用方便的需求，因此由InGaAs材料制作的短波紅外探測器件得到了人們更多的重視和研究。近年來，在空間成像(包括地球遙感、大氣探測和環(huán)境監(jiān)測等)及光譜學領域，對高In組分InxGahAs探測器件的需求不斷增長，尤其是截止波長為2.5 μ m(對應In組分為0.82)的Ina82Gaai8As紅外探測器件。
[0003]InGaAs材料在f 3 μ m的近紅外波段的光電子器件方面具有諸多優(yōu)勢，已經取得了階段性研究成果，并且獲得了一些InGaAs探測器線陣列，但是單元器件的性能和體積等問題制約著大面積紅外焦平面陣列探測器的研制，距實用化還有一定的距離。要獲得大面積紅外探測器陣列，必須解決大面積材料的均勻性、單元器件性能的均勻性問題，同時要縮小單元器件的體積、減輕重量，簡化結構，降低成本等。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了克服現有技術的不足，提供一種InGaAs納米異質結紅外探測器線陣列及其制備方法，采用該方法制備出來的紅外探測器線陣列具有大面積材料的均勻性，其單元器件體積小，重量輕，成本低。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實現的:該紅外探測器線陣列是由多個線形排列的單元器件組成的，所述單元器件包括襯底，在襯底上制備的帶狀Au膜下電極，在下電極上依次生長的非晶GaAs緩沖層、GaAs納米晶層和InGaAs納米晶層，以及在InGaAs納米晶層上制備的圓環(huán)狀Au膜上電極。所述非晶GaAs緩沖層、GaAs納米晶層和InGaAs納米晶層構成納米異質結，是利用不同半導體的界面勢，在異質結中內建電場，實現對光致電荷分量的驅動作用。
[0006]所述InGaAs納米異質結紅外探測器線陣列的制備方法包括以下步驟:
①、首先在玻璃襯底上光刻下電極圖像，用光刻膠做掩蔽，利用磁控濺射技術制備下電極Au膜，去除光刻膠及其上的Au膜，形成帶狀的下電極；
②、光刻紅外光敏層的圓形圖案，利用光刻膠做掩蔽生長光敏層；
③、利用金屬有機氣相沉積技術在下電極上首先生長非晶GaAs緩沖層，生長溫度500°C，V / III比(流入反應室的V族源摩爾流量之和與III族源摩爾流量之和的比)為40，膜厚為IOnm ；
④、利用金屬有機氣相沉積技術在緩沖層上生長GaAs納米晶層，生長溫度500°C，V / III比為60，總載氣流量為8L/min，膜厚為30_40nm，納米晶粒的平均尺寸在3_4nm ；
⑤、利用金屬有機氣相沉積技術在GaAs納米晶層上生長InGaAs納米晶層，生長溫度500°C，V / III比為60，總載氣流量為8L/min，膜厚為60_70nm，納米晶粒的平均尺寸在3-4nm，固定TMG (三甲基鎵)源的摩爾流量，通過改變TMIn (三甲基銦)源的摩爾流量生長不同In組分的InGaAs薄膜；
⑥、去除光刻膠及其上的緩沖層、GaAs納米晶層和InGaAs納米晶層5，光刻上電極圖像，用光刻膠做掩蔽，利用磁控濺射技術形成上電極的Au膜，去除光刻膠及其上的Au膜，形成圓環(huán)狀的上電極。
[0007]本發(fā)明在一個襯底上生長納米異質結的InGaAs紅外線列探測器，具有如下優(yōu)點:
(1)本發(fā)明紅外探測器線陣列的紅外光敏層為納米晶材料，制備簡單，并且可制備出高In組分的InGaAs薄膜,擴展探測范圍；
(2)本發(fā)明紅外探測器線陣列是非制冷紅外探測器，工作于室溫；
(3)本發(fā)明紅外探測器線陣列的單元器件體積小，重量輕，成本低；
(4)本發(fā)明紅外探測器線陣列是線列結構，有利于探測度的提高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是InGaAs納米異質結紅外探測器線陣列的單元器件結構示意圖。
[0009]圖2是帶有六個單元器件的InGaAs納米異質結紅外探測器線陣列的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0010]下面結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行詳細的描述。
[0011]如圖2所示，本紅外探測器線陣列是由六個線形排列的單元器件組成，包括襯底I上制備的下電極2，在下電極2上生長的光敏層3、4、5，以及上電極6。所述每個單元器件的剖面結構如圖1所示，它包括襯底1，在襯底I上面制備的帶狀下電極2，在下電極2上面依次生長的非晶GaAs緩沖層3, GaAs納米晶層4和InGaAs納米晶層5,在InGaAs納米晶層5上面制備圓環(huán)狀上電極6。
[0012]所述非晶GaAs緩沖層3、GaAs納米晶層4和InGaAs納米晶層5構成InGaAs納米異質結紅外光敏層。
[0013]制備方法包括以下步驟:
1)、首先在玻璃襯底I上光刻下電極帶狀圖像，采用正性光刻膠，感光圖案為帶狀，把感光的光刻膠溶于顯影液中，帶狀區(qū)域外光刻膠不能溶于顯影液，留在襯底上做掩蔽，再利用磁控濺射技術濺射Au膜，去除光刻膠及其上的Au膜，形成帶狀的下電極2;
2)、光刻紅外光敏層的圓形圖案，采用正性光刻膠，感光圖案為圓形，把感光的光刻膠溶于顯影液中，圓形區(qū)域外光刻膠不能溶于顯影液，留在襯底上做掩蔽生長光敏層；
3)、利用金屬有機氣相沉積技術在下電極2上首先生長非晶GaAs緩沖層3，生長溫度500°C，V /III比(流入反應室的V族源摩爾流量之和與III族源摩爾流量之和的比)為40，膜厚為IOnm ； 4)、利用金屬有機氣相沉積技術在緩沖層3上生長GaAs納米晶層4，生長溫度500°C，V /III比為60,總載氣流量為8L/min,膜厚為40nm,納米晶粒的平均尺寸在3-4 nm ；
5)、利用金屬有機氣相沉積技術在GaAs納米晶層4上生長InGaAs納米晶層,生長溫度500°C, V /III比為60，總載氣流量為8L/min，膜厚為70nm，納米晶粒的平均尺寸在3_4nm，固定TMG源的摩爾流量，通過改變TMIn源的摩爾流量生長不同In組分的InGaAs薄膜；
6)、去除作為掩膜的光刻膠及其上的緩沖層3、GaAs納米晶層4和InGaAs納米晶層5，形成圓形的紅外光敏層；
7)、光刻上電極圖像，采用正性光刻膠，感光圖案為圓環(huán)形，把感光的光刻膠溶于顯影液中，圓環(huán)區(qū)域外光刻膠不能溶于顯影液，留在襯底上做掩蔽，再利用磁控濺射技術濺射Au膜，去除光刻膠及其上的Au膜，形成圓環(huán)狀的上電極6。
[0014]所述InGaAs納米異質結紅外探測器線陣列的結構如圖2所示。襯底I可選取玻璃、硅和藍寶石襯底；下電極2為帶狀；紅外探測器的光敏層為圓形結構，包括緩沖層3上生長GaAs納米晶層4和InGaAs納米晶層5,形成納米異質結；下電極6為圓環(huán)形。
[0015]所述圓形的紅外光敏層直徑比下電極6的Au帶的寬度大，以便上電極2覆蓋到襯底I上而不至于短路。
[0016]實施效果:
對InGaAs納米異質結紅外探測器線陣列的探測率進行測試。在測試過程中，黑體溫度保持在1000K，黑體調制頻率1000Hz，黑體輻射功率617.95 μ W/cm2，偏置電流0.02mA，測試溫度300K，探測率能夠達到IO9 CmHzv2W-1量級。
【權利要求】
1.一種InGaAs納米異質結紅外探測器線陣列，其特征在于:該紅外探測器線陣列是由多個線形排列的單元器件組成的，所述單元器件包括襯底(I )，在襯底(I)上制備的帶狀Au膜下電極(2)，在下電極(2)上依次生長的非晶GaAs緩沖層(3)、GaAs納米晶層(4)和InGaAs納米晶層(5),以及在InGaAs納米晶層(5)上制備的圓環(huán)狀Au膜上電極(6)。
2.根據權利要求1所述的一種InGaAs納米異質結紅外探測器線陣列，其特征在于:所述襯底是藍寶石、玻璃或硅襯底。
3.根據權利要求1所述的一種InGaAs納米異質結紅外探測器線陣列，其特征在于:所述的下電極(2)為帶狀，上電級(6)成環(huán)狀，環(huán)內的部分是由非晶GaAs緩沖層(3)、GaAs納米晶層(4)和InGaAs納米晶層(5)構成的InGaAs納米異質結紅外光敏層。
4.根據權利要求1所述的一種InGaAs納米異質結紅外探測器線陣列，其特征在于:所述非晶GaAs緩沖層(3)厚IOnm, GaAs納米晶層(4)厚30_40nm, InGaAs納米晶層(5)厚60_70nmo
5.根據權利要求1所述的一種InGaAs納米異質結紅外探測器線陣列，其特征在于: 所述納米晶粒平均尺寸在3-4nm。
6.一種InGaAs納米異質結紅外探測器線陣列的制備方法，其特征在于: 該方法包括以下步驟: ①、首先在襯底(I)上光刻下電極圖像，用光刻膠做掩蔽，利用磁控濺射技術制成下電極Au膜，去除光刻膠及其上的Au膜，形成帶狀的下電極(2); ②、光刻紅外光敏層的圓形圖案，利用光刻膠做掩蔽生長光敏層； ③、利用金屬有機氣相沉積技術在下電極(2)上首先生長非晶GaAs的緩沖層(3)，生長溫度500。。，V / III比為40，膜厚為IOnm ； ④、利用金屬有機氣相沉積技術在緩沖層(3)上生長GaAs納米晶層(4)，生長溫度500。。，V / III比為60，總載氣流量為8L/min，膜厚為40nm ； ⑤、利用金屬有機氣相沉積技術在GaAs納米晶層(4)上生長InGaAs納米晶層(5),生長溫度500°C，乂/111比為60，總載氣流量為81711^11，膜厚為7011111，固定了1^源的摩爾流量，通過改變TMIn源的摩爾流量生長不同In組分的InGaAs薄膜； ⑥、去除光刻膠及其上的緩沖層、GaAs納米晶層和InGaAs納米晶層，光刻上電極圖像，用光刻膠做掩蔽，采用磁控濺射技術制備上電極Au膜，去除光刻膠及其上的Au膜，形成圓環(huán)狀的上電極(6)。
7.根據權利要求1所述的一種InGaAs納米異質結紅外探測器線陣列，其特征在于:為了防止短路，帶狀Au膜下電極(2)的寬度小于圓形的紅外光敏層直徑，以便下電極(2)覆蓋到襯底I上而不至于短路。
8.根據權利要求2所述的一種InGaAs納米異質結紅外探測器線陣列的的制備方法，其特征在于:所述的V /III比是指流入反應室的V族源摩爾流量之和與III族源摩爾流量之和的比。
【文檔編號】H01L27/144GK103531648SQ201210226839
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2012年7月3日 優(yōu)先權日:2012年7月3日
【發(fā)明者】么艷平, 劉春玲, 汪玉海, 秦政坤, 常喜, 齊海東 申請人:吉林師范大學