本發(fā)明屬于半導(dǎo)體材料及器件領(lǐng)域，涉及一種短波/中波/長波三波段紅外探測(cè)器。

背景技術(shù)：

新型四元化合物半導(dǎo)體銅鋅錫硫硒(Cu₂ZnSn(S,Se)₄，縮寫CZTSSe)與目前應(yīng)用最為廣泛的薄膜電池的吸收層材料銅銦鎵硒(CuInGaSe₂，縮寫CIGS)都屬于黃銅礦結(jié)構(gòu)，區(qū)別在于CZTSSe以錫(Sn)和鋅(Zn)替代CIGS中的鎵(Ga)和銦(In)，以硫(S)替代硒(Se)而構(gòu)成，不含有稀貴元素（In和Ga）和有毒元素（Se）。與CIGS相比，CZTSSe的帶隙(1.1~1.5eV)與太陽光譜更加匹配，且CZTSSe具有與CIGS同樣出色的光吸收系數(shù)（大于10⁴cm^-1）,其理論轉(zhuǎn)換效率可達(dá)32.2%， CZTSSe被普遍認(rèn)為是新一代太陽電池材料的最佳選擇之一。CZTSSe薄膜太陽電池轉(zhuǎn)換效率在短短不到十年的時(shí)間內(nèi)已達(dá)到12.7%。目前文獻(xiàn)報(bào)道的制備銅鋅錫硫硒薄膜的真空法主要包括真空蒸鍍后硒化和真空濺射后硒化這兩種技術(shù)路線。其中真空蒸鍍制備的薄膜質(zhì)量較高，但是該技術(shù)最大問題是蒸發(fā)源材料的利用率低，蒸發(fā)腔室中各蒸發(fā)源之間污染嚴(yán)重。而真空濺射制備銅鋅錫硫預(yù)制層易于控制膜厚，并且不存在腔室內(nèi)各種靶的污染，但存在預(yù)置層組分與靶組分之間不能完全復(fù)制、重現(xiàn)性較差等問題?；诖耍绢I(lǐng)域的研究人員希望通過簡(jiǎn)化工藝難度、降低制備成本、提高工藝重現(xiàn)性來制備出優(yōu)質(zhì)的CZTSSe薄膜。根據(jù)CZTSSe薄膜形成機(jī)制2CuS + SnS = Cu₂SnS₃, Cu₂SnS₃+ ZnS + Se(g) = Cu₂SnZn(S,Se)₄, 如果采用CuS靶、SnS靶和ZnS靶逐層濺射制備銅鋅錫硫預(yù)制層，只要后續(xù)的硒化退火溫度不超過600℃，就可以在退火過程中有效的減少Cu_2-xS、Sn_2-xS和背接觸電極上MoS₂的形成。根據(jù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，濺射CuS靶、ZnS靶、SnS靶得到的CZTSSe薄膜中Cu的含量相對(duì)偏多，所以CZTSSe薄膜為富銅組分。研究結(jié)果顯示，貧銅富鋅(Cu/(Zn+Sn)=0.85~0.95，Zn/Sn=1.05~1.15)相的CZTSSe薄膜更有助于得到高轉(zhuǎn)換效率的電池器件，所以ZnS靶中的Zn含量較高，濺射過程中的高溫與高氣壓主要是用來擴(kuò)散鈉離子以及消除應(yīng)力。多層結(jié)構(gòu)的Mo電極主要是為了滿足高電導(dǎo)率及應(yīng)力釋放的要求，在鍍完Mo電極后，襯底在220℃下烘烤30分鐘，主要目的是讓鈉鈣玻璃（簡(jiǎn)寫SLG）中的鈉離子能充分?jǐn)U散進(jìn)入Mo層，使鈉離子在后續(xù)的熱處理工藝中能充分?jǐn)U散進(jìn)入CZTSSe薄膜，將鈉離子效應(yīng)最大化。對(duì)預(yù)制層進(jìn)行硒化退火前的熱處理有助于強(qiáng)化預(yù)制層中CuS、SnS與ZnS的互擴(kuò)散，使最終硒化得到的CZTSSe薄膜的元素組分沿縱向均勻分布。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于上述分析，本發(fā)明旨在提供一種低暗電流、高探測(cè)率、高載流子遷移率、低串?dāng)_等優(yōu)點(diǎn)的短波/中波/長波三波段紅外探測(cè)器。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種上述的低暗電流、高探測(cè)率、高載流子遷移率、低串?dāng)_等優(yōu)點(diǎn)的短波/中波/長波三波段紅外探測(cè)器的制備方法。

本發(fā)明的目的主要是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

1. 一種短波/中波/長波三波段紅外探測(cè)器，包括GaSb襯底、沉積于GaSb襯底上的外延結(jié)構(gòu)、鈍化層、金屬電極，其特征在于所述外延結(jié)構(gòu)從下至上依次為Te摻雜的GaSb緩沖層、n型InAs/GaSb超晶格接觸層、M型InAs/GaSb/AlSb/GaSb/InAs超晶格空穴阻擋層、p型InAs/GaSb超晶格長波紅外吸收層、p型InAs/GaSb超晶格接觸層、p型GaSb接觸層（緩沖層）、p型InAs/InAsSb超晶格接觸層、未摻雜的InAs/InAsSb超晶格中波紅外吸收層、n型InAs/InAsSb超晶格接觸層、第一n型InAsSb接觸層、AlAsSb電子勢(shì)壘層、非摻雜InAsSb短波紅外吸收層、第二n型InAsSb接觸層（蓋層），外延結(jié)構(gòu)的兩側(cè)經(jīng)刻蝕形成臺(tái)階，臺(tái)階的深度分別至n型InAs/GaSb超晶格接觸層（或Te摻雜GaSb緩沖層）和p型InAs/InAsSb超晶格接觸層（或p型GaSb接觸層（緩沖層）），電極包括金屬下電極、金屬中電極和金屬上電極，金屬下電極與n型InAs/GaSb超晶格接觸層（或Te摻雜GaSb緩沖層）形成歐姆接觸，金屬中電極與p型InAs/InAsSb超晶格接觸層（或p型GaSb接觸層（緩沖層））形成歐姆接觸，金屬上電極形成于臺(tái)階的上方，與蓋層形成歐姆接觸。

2. 本發(fā)明中，所述GaSb襯底采用(001)方向的n型GaSb襯底或者(001)方向的GaAs襯底。

3. 本發(fā)明中，所述Te摻雜的GaSb緩沖層的厚度為0.5~1 μm，材料為采用Te進(jìn)行n型摻雜的GaSb材料，其中Te摻雜濃度為1~2×10¹⁸ cm^-3。

4. 本發(fā)明中，所述n型InAs/GaSb超晶格接觸層由交替生長的GaSb勢(shì)壘層/InAs勢(shì)阱層組成，總厚度為0.4~0.6 μm。其中，InAs勢(shì)阱層的材料采用Si摻雜的InAs材料，摻雜濃度為1~2×10¹⁸ cm^-3，各組分層厚度可以根據(jù)具體的需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，一般InAs勢(shì)阱層為10~15ML（monolayer，原子層），GaSb勢(shì)壘層為5~8ML。

5. 本發(fā)明中，所述M型InAs/GaSb/AlSb/GaSb/InAs超晶格空穴阻擋層總厚度為0.3~0.8 μm。其中，InAs層的材料采用Si摻雜的InAs材料，摻雜濃度為1~2×10¹⁸ cm^-3。該M型超晶格結(jié)構(gòu)中，InAs層一般為10~20ML，而GaSb層和AlSb層一般為1~5ML。

6. 本發(fā)明中，所述p型InAs/GaSb超晶格長波紅外吸收層由交替生長的GaSb勢(shì)壘層/InAs勢(shì)阱層組成，總厚度為1~6 μm。其中，InAs勢(shì)阱層和GaSb勢(shì)壘層均為本證層，不進(jìn)行摻雜。該超晶格結(jié)構(gòu)中，各組分層厚度可以根據(jù)具體的需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，一般InAs勢(shì)阱層一般為10~15ML，GaSb勢(shì)壘層為8~12ML。

7. 本發(fā)明中，所述p型InAs/GaSb超晶格接觸層由交替生長的GaSb勢(shì)壘層/InAs勢(shì)阱層組成，總厚度為0.4~0.6 μm。其中，GaSb勢(shì)壘層的材料為摻雜元素Be的GaSb材料，Be摻雜濃度為1~2×10¹⁸ cm^-3。

8. 本發(fā)明中，所述p型GaSb接觸層（緩沖層）的厚度為0.5~1 μm，材料為采用Be進(jìn)行p型摻雜的GaSb材料，其中Be摻雜濃度為1~2×10¹⁸ cm^-3。

9. 本發(fā)明中，所述P型InAs/InAsSb超晶格接觸層由交替生長的19.2ML InAs層和9.6ML InAs_0.73Sb_0.27層組成，總厚度為0.4~0.9 μm，其中InAs層的材料采用Be摻雜的InAs材料，摻雜濃度為1~2×10¹⁸ cm^-3，各組分層厚度可以根據(jù)具體的需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，本發(fā)明中其中每層InAs厚度為19.2ML，InAs_0.73Sb_0.27厚度為9.6 ML。

10. 本發(fā)明中，所述未摻雜的InAs/InAsSb超晶格中波紅外吸收層由交替生長的19.2 ML InAs層和9.6 ML InAs_0.73Sb_0.27層組成，總厚度為2~6 μm。其中，InAs層和InAs_0.73Sb_0.27層均為本征層，不進(jìn)行摻雜。各組分層厚度可以根據(jù)具體的需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，本發(fā)明中其中每層InAs厚度為19.2ML，InAs_0.73Sb_0.27厚度為9.6 ML。

11. 本發(fā)明中，所述n型InAs/InAsSb超晶格接觸層由交替生長的19.2 ML InAs層和9.6 ML InAs_0.73Sb_0.27層組成，總厚度為0.4~0.9 μm，其中InAs層的材料為摻雜元素Si的InAs材料，Si摻雜濃度為1~2×10¹⁸ cm^-3。各組分層厚度可以根據(jù)具體的需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，本發(fā)明中其中每層InAs厚度為19.2ML，InAs_0.73Sb_0.27厚度為9.6 ML。

12. 本發(fā)明中，所述第一n型InAsSb接觸層和第二n型InAsSb接觸層（包括蓋層）的厚度均為0.3~0.8μm，InAsSb層材料采用Si摻雜的InAsSb材料，摻雜濃度為1~2×10¹⁸cm^-3。

13．本發(fā)明中，所述AlAsSb電子勢(shì)壘層的總厚度為0.3~0.5 μm，材料采用Be弱摻雜的AlAsSb材料，摻雜濃度為1~2×10¹⁷cm^-3。

14. 本發(fā)明中，所述非摻雜的InAsSb短波紅外吸收層，總厚度為2~6 μm。

15. 一種制備上述短波/中波/長波三波段紅外探測(cè)器的方法，包括以下步驟：

（1）將所述外延級(jí)的GaSb襯底裝入分子束外延系統(tǒng)的進(jìn)樣室進(jìn)行低溫（200°C）除氣，再進(jìn)入緩沖室內(nèi)進(jìn)行高溫除氣處理，高溫除氣處理的溫度為500°C，依次需經(jīng)過200°C除氣2小時(shí)，500°C除氣40~90 分鐘。

（2）將除氣后的GaSb襯底轉(zhuǎn)入生長室去除氧化層，N型GaSb (001)襯底在Sb₂保護(hù)下升溫，在襯底表面出現(xiàn)脫氧點(diǎn)時(shí)的溫度基礎(chǔ)上一般加30°C（590°C~640°C）進(jìn)行15-30分鐘（視襯底表面脫氧情況而定）的脫氧（在Sb₂氣氛下），除去GaSb襯底表面上的氧化物，作為外延層的承載體。

（3） 優(yōu)選地，去除氧化層的過程中，當(dāng)GaSb襯底超過370°C后，通入Sb保護(hù)束流，Sb保護(hù)束流大小在10^-6 Torr量級(jí)，并通過RHEED（reflection high-energy electron diffraction，反射式高能電子衍射儀）對(duì)去除氧化的效果進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

（4）本發(fā)明中，在外延結(jié)構(gòu)材料生長完成以后，使用標(biāo)準(zhǔn)光刻技術(shù)和ICP（感應(yīng)耦合等離子體）干法刻蝕制作臺(tái)面。在臺(tái)面制作結(jié)束后，分別在頂部、中部和底部接觸層上濺射Ti/Pt/Au合金電極，并使用硫化和二氧化硅或者SU-8光刻膠鈍化，以減小器件表面漏電流。

這樣就完成了整個(gè)探測(cè)器的制作。

本發(fā)明提供的短波/中波/長波三波段紅外探測(cè)器具有以下有益效果：

1. 本發(fā)明實(shí)施例提供的一種短波/中波/長波三波段紅外探測(cè)器材料，通過根據(jù)相應(yīng)波長來設(shè)定InAsSb中的Sb組分、InAs/InAsSb超晶格各組分層厚度和InAs/GaSb超晶格各組分層厚度等參數(shù)來提高短波/中波/長波三波段紅外探測(cè)器材料對(duì)探測(cè)波長的精確響應(yīng)，從而使本發(fā)明的三波段紅外探測(cè)器材料能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)三種不同的波長范圍同時(shí)進(jìn)行探測(cè)，大大減少了環(huán)境對(duì)三波段紅外探測(cè)器的探測(cè)限制，提高了探測(cè)效果。

2. 利用非極性勢(shì)壘層阻擋不同通道間的光生載流子遷移可以緩解多波段探測(cè)器的串?dāng)_問題。通過合適的器件能帶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，空穴勢(shì)壘層和電子勢(shì)壘層的設(shè)計(jì)能夠有效地抑制產(chǎn)生-復(fù)合暗電流以及隧穿暗電流，從而提高探測(cè)器的性能，而且M型超晶格結(jié)構(gòu)能夠靈活的調(diào)整能帶結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)活性層與勢(shì)壘層間的理想能帶分布，從而降低器件的隧穿電流。此外，將M型結(jié)構(gòu)引入傳統(tǒng)的PIN器件結(jié)構(gòu)形成P-π-M-N器件結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以明顯地提高器件的微分阻抗和量子效率，所以該器件結(jié)構(gòu)在紅外長波波段探測(cè)領(lǐng)域與傳統(tǒng)的PIN器件結(jié)構(gòu)相比具有更高的探測(cè)率和實(shí)用性。

3. 本發(fā)明提供的三波段紅外探測(cè)器，基于InAsSb的紅外光電材料和InAs/GaSb超晶格材料均與GaSb襯底晶格匹配，從而應(yīng)力問題可以忽略，其中基于InAsSb的紅外材料結(jié)構(gòu)（PIN型InAs/InAsSb超晶格和NBN型InAsSb異質(zhì)結(jié)構(gòu)）可以在相同的生長溫度下外延生長，避免了由于外延生長溫度的不同所造成的器件內(nèi)部缺陷的增加，降低了暗電流，有利于提高探測(cè)器的量子效率。

附圖說明

圖1為三波段紅外光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為實(shí)施例1中NBN型InAsSb結(jié)構(gòu)的絕對(duì)響應(yīng)光譜。

圖3為實(shí)施例1中PIN型InAs/InAsSb超晶格結(jié)構(gòu)的絕對(duì)響應(yīng)光譜。

圖4為實(shí)施例1中P-π-M-N型InAs/GaSb超晶格結(jié)構(gòu)的相對(duì)響應(yīng)光譜(a)和絕對(duì)響應(yīng)光譜(b)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)一步的說明，附圖構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，并與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于闡釋本發(fā)明的原理。

本發(fā)明基于勢(shì)壘層能帶的特殊性，可以顯著抑制耗盡層的產(chǎn)生-復(fù)合暗電流以及陷阱中心隧穿暗電流，從而使光電流增強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)探測(cè)器探測(cè)率D^*的提高。勢(shì)壘層的存在，在調(diào)制偏壓提取信號(hào)時(shí)能夠很好地抑制不同信號(hào)間的串?dāng)_。

請(qǐng)參閱圖1所示，本發(fā)明提供一種短波/中波/長波三波段紅外光電探測(cè)器，包括GaSb襯底1、沉積于GaSb襯底1上的外延結(jié)構(gòu)、金屬下電極15、金屬中電極16、金屬上電極17和鈍化層18，其中：

所述外延結(jié)構(gòu)包括：Te摻雜的GaSb緩沖層2、n型InAs/GaSb超晶格接觸層3、M型InAs/GaSb/AlSb/GaSb/InAs超晶格空穴阻擋層4、p型InAs/GaSb超晶格長波紅外吸收層5、p型InAs/GaSb超晶格接觸層6、p型GaSb接觸層（緩沖層）7、p型InAs/InAsSb超晶格接觸層8、未摻雜的InAs/InAsSb超晶格中波紅外吸收層9、n型InAs/InAsSb超晶格接觸層10、第一n型InAsSb接觸層11、AlAsSb電子勢(shì)壘層12、非摻雜InAsSb短波紅外吸收層13、第二n型InAsSb接觸層（蓋層）14，該外延結(jié)構(gòu)的兩側(cè)經(jīng)刻蝕形成臺(tái)階，臺(tái)階的深度分別至Te摻雜GaSb緩沖層2和p型GaSb接觸層（緩沖層）7。

所述金屬下電極15與Te摻雜GaSb緩沖層2歐姆接觸，金屬中電極16與p型GaSb接觸層7歐姆接觸，金屬上電極17形成于臺(tái)階的上方，與蓋層14歐姆接觸。

所述鈍化層18形成于襯底1以及外延結(jié)構(gòu)上除金屬下電極15、金屬中電極16、屬上電極17外的其他位置。

實(shí)施例1

本發(fā)明實(shí)施例中，將除氣后的N型GaSb (001)襯底轉(zhuǎn)入生長室內(nèi)進(jìn)行升溫去除氧化層，襯底溫度超過370°C后，通入Sb保護(hù)束流，Sb保護(hù)束流大小在10^-6 Torr量級(jí)，通過REED進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在襯底表面出現(xiàn)脫氧點(diǎn)時(shí)的溫度600°C基礎(chǔ)上增加30°C即630°C，進(jìn)行25分鐘的脫氧。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述n型摻雜GaSb緩沖層2生長于GaSb襯底1之上，厚度為1.1 μm。其中，GaSb緩沖層中Te摻雜濃度接近2×10¹⁸ cm^-3。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述n型InAs/GaSb超晶格接觸層3生長于n型摻雜GaSb緩沖層2上，其厚度為0.5μm。該層由交替生長的GaSb勢(shì)壘層/InAs勢(shì)阱層組成，其中每層GaSb厚度為7ML，InAs厚度為14ML，InAs勢(shì)阱層中Si摻雜濃度為2×10¹⁸ cm^-3。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述M型InAs/GaSb/AlSb/GaSb/InAs超晶格空穴阻擋層4生長在n型InAs/GaSb超晶格接觸層3上，其厚度為0.5μm。該M型超晶格結(jié)構(gòu)由18ML InAs/3ML GaSb/5ML AlSb/3ML GaSb結(jié)構(gòu)構(gòu)成，其中InAs層的材料采用Si摻雜的InAs材料，摻雜濃度為2×10¹⁸ cm^-3。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述p型InAs/GaSb超晶格長波紅外吸收層5生長在M型InAs/GaSb/AlSb/GaSb/InAs超晶格空穴阻擋層4上，其厚度為2μm，該層由交替生長的GaSb勢(shì)壘層/InAs勢(shì)阱層組成，其中每層GaSb厚度為7ML，InAs厚度為14ML，超晶格100%截止波長為~12.8 μm。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述p型InAs/GaSb超晶格接觸層6生長在p型InAs/GaSb超晶格長波紅外吸收層5上，總厚度為0.5μm，Be摻雜濃度為1×10¹⁸ cm^-3。該層由交替生長的GaSb勢(shì)壘層/InAs勢(shì)阱層組成，其中每層GaSb厚度為7ML，InAs厚度為14ML，GaSb勢(shì)壘層中Be摻雜濃度為1×10¹⁸ cm^-3。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述p型GaSb接觸層（緩沖層）7生長在p型InAs/GaSb超晶格接觸層6上，其厚度為0.7μm。其中，GaSb緩沖層中Be摻雜濃度接近2×10¹⁸ cm^-3。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述p型InAs/InAsSb超晶格接觸層8生長在p型GaSb接觸層（緩沖層）7上，其厚度為0.677 μm。該層由交替生長的19.2 ML InAs層和9.6 ML InAs_0.73Sb_0.27層組成，其中每層InAs厚度為19.2ML，InAs_0.73Sb_0.27厚度為9.6 ML，InAs層中Be摻雜濃度為2×10¹⁸ cm^-3。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述未摻雜的InAs/InAsSb超晶格中波吸收層9生長在p型InAs/InAsSb超晶格接觸層8上，其厚度為4.2μm。該層由交替生長的19.2 ML InAs層和9.6 ML InAs_0.73Sb_0.27層組成，其中每層InAs厚度為19.2ML，InAs_0.73Sb_0.27厚度為9.6 ML，超晶格100%截止波長為~5.5 μm。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述n型InAs/InAsSb超晶格接觸層10生長在未摻雜的InAs/InAsSb超晶格中波吸收層9上，總厚度為0.677 μm。該層由交替生長的19.2 ML InAs層和9.6 ML InAs_0.73Sb_0.27層組成，其中每層InAs厚度為19.2ML，InAs_0.73Sb_0.27厚度為9.6 ML，InAs層中Si摻雜濃度為2×10¹⁸ cm^-3。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述第一n型InAsSb接觸層11生長在n型InAs/InAsSb超晶格接觸層10上，其厚度為0.66 μm，Si摻雜濃度為2×10¹⁸ cm^-3。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述AlAsSb電子勢(shì)壘層12生長在第一n型InAsSb接觸層11上，其厚度為0.32 μm，摻雜元素為Be，弱摻，摻雜濃度為~1×10¹⁷ cm^-3。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述非摻雜InAsSb短波紅外吸收層13生長在AlAsSb電子勢(shì)壘層12上，其厚度為2 μm，其截止波長為~3 μm。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述第二n型InAsSb接觸層14生長在非摻雜InAsSb短波紅外吸收層13上，其厚度為0.57 μm，Si摻雜濃度為2×10¹⁸ cm^-3。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述臺(tái)階經(jīng)ICP干法刻蝕形成。金屬下電極15、金屬中電極16和金屬上電極17用濺射Ti/Pt/Au，其厚度分別為50 nm /50 nm /300nm。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述鈍化層18用SU-8光刻膠，厚度為600 nm。

實(shí)施例2

本發(fā)明實(shí)施例中，將除氣后的N型GaSb (001)襯底轉(zhuǎn)入生長室內(nèi)進(jìn)行升溫去除氧化層，襯底溫度超過370°C后，通入Sb保護(hù)束流，Sb保護(hù)束流大小在10^-6 Torr量級(jí)，通過REED進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在襯底表面出現(xiàn)脫氧點(diǎn)時(shí)的溫度600°C基礎(chǔ)上加30°C即630°C，進(jìn)行20分鐘的脫氧。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述n型摻雜GaSb緩沖層2生長于GaSb襯底1之上，厚度為0.92μm。其中，GaSb緩沖層中Te摻雜濃度接近2×10¹⁸ cm^-3。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述n型InAs/GaSb超晶格接觸層3生長于n型摻雜GaSb緩沖層2上，其厚度為0.53μm。該層由交替生長的GaSb勢(shì)壘層/InAs勢(shì)阱層組成，其中每層GaSb厚度為7ML，InAs厚度為14ML，InAs勢(shì)阱層中Si摻雜濃度為2×10¹⁸ cm^-3。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述M型InAs/GaSb/AlSb/GaSb/InAs超晶格空穴阻擋層4生長在n型InAs/GaSb超晶格接觸層3上，其厚度為0.52μm。該M型超晶格結(jié)構(gòu)由18ML InAs/3ML GaSb/5ML AlSb/3ML GaSb結(jié)構(gòu)構(gòu)成，其中InAs層的材料采用Si摻雜的InAs材料，摻雜濃度為2×10¹⁸ cm^-3。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述p型InAs/GaSb超晶格長波紅外吸收層5生長在M型InAs/GaSb/AlSb/GaSb/InAs超晶格空穴阻擋層4上，其厚度為3μm，該層由交替生長的GaSb勢(shì)壘層/InAs勢(shì)阱層組成，其中每層GaSb厚度為7ML，InAs厚度為14ML。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述p型InAs/GaSb超晶格接觸層6生長在p型InAs/GaSb超晶格長波紅外吸收層5上，總厚度為0.53μm，Be摻雜濃度為1×10¹⁸ cm^-3。該層由交替生長的GaSb勢(shì)壘層/InAs勢(shì)阱層組成，其中每層GaSb厚度為7ML，InAs厚度為14ML，GaSb勢(shì)壘層中Be摻雜濃度為1×10¹⁸ cm^-3。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述p型GaSb接觸層（緩沖層）7生長在p型InAs/GaSb超晶格接觸層6上，其厚度為0.7μm。其中，GaSb緩沖層中Be摻雜濃度接近2×10¹⁸ cm^-3。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述p型InAs/InAsSb超晶格接觸層8生長在p型GaSb接觸層（緩沖層）7上，其厚度為0.677 μm。該層由交替生長的19.2 ML InAs層和9.6 ML InAs_0.73Sb_0.27層組成，其中每層InAs厚度為19.2ML，InAs_0.73Sb_0.27厚度為9.6 ML，InAs層中Be摻雜濃度為2×10¹⁸ cm^-3。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述未摻雜的InAs/InAsSb超晶格中波吸收層9生長在p型InAs/InAsSb超晶格接觸層8上，其厚度為4.2μm。該層由交替生長的19.2 ML InAs層和9.6 ML InAs_0.73Sb_0.27層組成，其中每層InAs厚度為19.2ML，InAs_0.73Sb_0.27厚度為9.6 ML。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述n型InAs/InAsSb超晶格接觸層10生長在未摻雜的InAs/InAsSb超晶格中波吸收層9上，總厚度為0.677 μm。該層由交替生長的19.2 ML InAs層和9.6 ML InAs_0.73Sb_0.27層組成，其中每層InAs厚度為19.2ML，InAs_0.73Sb_0.27厚度為9.6 ML，InAs層中Si摻雜濃度為2×10¹⁸ cm^-3。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述第一n型InAsSb接觸層11生長在n型InAs/InAsSb超晶格接觸層10上，其厚度為0.66 μm，Si摻雜濃度為2×10¹⁸ cm^-3。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述AlAsSb電子勢(shì)壘層12生長在第一n型InAsSb接觸層11上，其厚度為0.3 μm，摻雜元素為Be，弱摻，摻雜濃度為~1×10¹⁷ cm^-3。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述非摻雜InAsSb短波紅外吸收層13生長在AlAsSb電子勢(shì)壘層12上，其厚度為2 μm。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述第二n型InAsSb接觸層14生長在非摻雜InAsSb短波紅外吸收層13上，其厚度為0.57 μm，Si摻雜濃度為2×10¹⁸ cm^-3。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述臺(tái)階經(jīng)ICP干法刻蝕形成。金屬下電極15、金屬中電極16和金屬上電極17用濺射Ti/Pt/Au，其厚度分別為50 nm /50 nm /300nm。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述鈍化層18用SU-8光刻膠，厚度為550 nm。

實(shí)施例3

本發(fā)明實(shí)施例中，將除氣后的N型GaSb (001)襯底轉(zhuǎn)入生長室內(nèi)進(jìn)行升溫去除氧化層，襯底溫度超過370°C后，通入Sb保護(hù)束流，Sb保護(hù)束流大小在10^-6 Torr量級(jí)，通過REED進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在襯底表面出現(xiàn)脫氧點(diǎn)時(shí)的溫度600°C基礎(chǔ)上加30°C即630°C，進(jìn)行22分鐘的脫氧。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述n型摻雜GaSb緩沖層2生長于GaSb襯底1之上，厚度為0.88 μm。其中，GaSb緩沖層中Te摻雜濃度接近2×10¹⁸ cm^-3。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述n型InAs/GaSb超晶格接觸層3生長于n型摻雜GaSb緩沖層2上，其厚度為0.5μm。該層由交替生長的GaSb勢(shì)壘層/InAs勢(shì)阱層組成，其中每層GaSb厚度為7ML，InAs厚度為14ML，InAs勢(shì)阱層中Si摻雜濃度為1.8×10¹⁸ cm^-3。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述M型InAs/GaSb/AlSb/GaSb/InAs超晶格空穴阻擋層4生長在n型InAs/GaSb超晶格接觸層3上，其厚度為0.5μm。該M型超晶格結(jié)構(gòu)由18ML InAs/3ML GaSb/5ML AlSb/3ML GaSb結(jié)構(gòu)構(gòu)成，其中InAs層的材料采用Si摻雜的InAs材料，摻雜濃度為2×10¹⁸ cm^-3。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述p型InAs/GaSb超晶格長波紅外吸收層5生長在M型InAs/GaSb/AlSb/GaSb/InAs超晶格空穴阻擋層4上，其厚度為2μm，該層由交替生長的GaSb勢(shì)壘層/InAs勢(shì)阱層組成，其中每層GaSb厚度為7ML，InAs厚度為14ML。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述p型InAs/GaSb超晶格接觸層6生長在p型InAs/GaSb超晶格長波紅外吸收層5上，總厚度為0.5μm，Be摻雜濃度為1×10¹⁸ cm^-3。該層由交替生長的GaSb勢(shì)壘層/InAs勢(shì)阱層組成，其中每層GaSb厚度為7ML，InAs厚度為14ML，GaSb勢(shì)壘層中Be摻雜濃度為1×10¹⁸ cm^-3。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述p型GaSb接觸層（緩沖層）7生長在p型InAs/GaSb超晶格接觸層6上，其厚度為0.82μm。其中，GaSb緩沖層中Be摻雜濃度接近2×10¹⁸ cm^-3。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述p型InAs/InAsSb超晶格接觸層8生長在p型GaSb接觸層（緩沖層）7上，其厚度為0.677 μm。該層由交替生長的19.2 ML InAs層和9.6 ML InAs_0.73Sb_0.27層組成，其中每層InAs厚度為19.2ML，InAs_0.73Sb_0.27厚度為9.6 ML，InAs層中Be摻雜濃度為2×10¹⁸ cm^-3。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述未摻雜的InAs/InAsSb超晶格中波吸收層9生長在p型InAs/InAsSb超晶格接觸層8上，其厚度為4.2 μm。該層由交替生長的19.2 ML InAs層和9.6 ML InAs_0.73Sb_0.27層組成，其中每層InAs厚度為19.2ML，InAs_0.73Sb_0.27厚度為9.6 ML。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述n型InAs/InAsSb超晶格接觸層10生長在未摻雜的InAs/InAsSb超晶格中波吸收層9上，總厚度為0.677 μm。該層由交替生長的19.2 ML InAs層和9.6 ML InAs_0.73Sb_0.27層組成，其中每層InAs厚度為19.2ML，InAs_0.73Sb_0.27厚度為9.6 ML，InAs層中Si摻雜濃度為2×10¹⁸ cm^-3。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述第一n型InAsSb接觸層11生長在n型InAs/InAsSb超晶格接觸層10上，其厚度為0.66 μm，Si摻雜濃度為2×10¹⁸ cm^-3。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述AlAsSb電子勢(shì)壘層12生長在第一n型InAsSb接觸層11上，其厚度為0.32 μm，摻雜元素為Be，弱摻，摻雜濃度為~1×10¹⁷ cm^-3。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述非摻雜InAsSb短波紅外吸收層13生長在AlAsSb電子勢(shì)壘層12上，其厚度為1.8 μm。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述第二n型InAsSb接觸層14生長在非摻雜InAsSb短波紅外吸收層13上，其厚度為0.57 μm，Si摻雜濃度為2×10¹⁸ cm^-3。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述臺(tái)階經(jīng)ICP干法刻蝕形成。金屬下電極15、金屬中電極16和金屬上電極17用濺射Ti/Pt/Au，其厚度分別為50 nm /50 nm /300nm。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述鈍化層18用SU-8光刻膠，厚度為580 nm。

本發(fā)明所有實(shí)施例中，通過以上所述步驟獲得的探測(cè)器（包括具體的詳細(xì)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)），并對(duì)所述探測(cè)器進(jìn)行探測(cè)，通過偏壓調(diào)制來收集不同波段的信號(hào)，可分別得到短波、中波和長波三波段信號(hào)，長波紅外吸收區(qū)的偏壓加在中部和底部電極之間完成信號(hào)收集。

由于本征紅外吸收層材料質(zhì)量的提高，熱輻射背景等非探測(cè)紅外光源在本征吸收層所產(chǎn)生的暗電流減小。此外，通過AlAsSb勢(shì)壘層和M型勢(shì)壘層，暗電流得到進(jìn)一步抑制。同時(shí)，由于鈍化層的存在，使得表面態(tài)引起的表面漏電流得到抑制。三方面同時(shí)作用，使得紅外探測(cè)器的探測(cè)率得到提高，不同信號(hào)間的串?dāng)_也得到了明顯抑制。

綜上所述，本發(fā)明提供的短波/中波/長波三波段紅外光電探測(cè)器中，M型勢(shì)壘層和AlAsSb勢(shì)壘層的引入可有效地降低探測(cè)器的產(chǎn)生-復(fù)合暗電流以及隧穿暗電流，此外，勢(shì)壘層對(duì)于各信號(hào)間的串?dāng)_也起到明顯的抑制作用。本發(fā)明完成了一種高探測(cè)率、低暗電流和低串?dāng)_的新型短波（1~3 μm）、中波（3~5 μm）和長波（8~14 μm）的三波段紅外光電探測(cè)器原型器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。