一种Ⅱ类超晶格红外探测器单元结构及其制备方法、Ⅱ类超晶格红外焦平面探测器与流程

一种ⅱ类超晶格红外探测器单元结构及其制备方法、ⅱ类超晶格红外焦平面探测器
技术领域
1.本技术涉及红外探测技术领域，具体而言，涉及一种ⅱ类超晶格红外探测器单元结构及其制备方法、ⅱ类超晶格红外焦平面探测器。

背景技术：

2.由于具有可穿透烟雾、抗干扰能力强以及全天候工作等特点，红外探测器在国防和国民经济等多个领域得到了广泛应用。随着新需求的不断发展，长波红外探测器呈现良好的市场前景。碲镉汞红外探测器具有量子效率高、响应速度快等优点，已成为目前应用最为广泛的红外探测器。但碲镉汞红外探测器在长波波段存在均匀性差、成品率低和成本高的问题，导致高性能长波红外探测器难以得到广泛应用。
[0003]ⅱ类超晶格红外探测器是近年来兴起的一种新型红外探测器，它具有以下几个特点：(1)材料带隙可调，光谱响应可覆盖2μm～30μm波长范围；(2)独特的能带结构决定其具有较大的电子有效质量，并且随着探测波长的增大，电子有效质量却几乎保持不变；在长波红外波段，其电子有效质量约为碲镉汞材料的3倍，导致此类探测器隧穿电流小；(3)通过应变调节能带结构，可以降低俄歇复合率，提高载流子有效寿命，从而实现较高的器件性能；(4)ⅱ类超晶格通常采用分子束外延(molecular beam epitaxy，mbe)生长方式，材料均匀性较高。通过采用晶格匹配且可商业化供给的gasb衬底，能够生长出大面积、均匀性良好的ⅱ类超晶格材料，从而易于制备大面阵红外探测器。基于以上特点，ⅱ类超晶格在制备长波和甚长波红外探测器时具有独特优势，因此是制备新一代红外探测器的优选材料。
[0004]
但是，ⅱ类超晶格红外探测器的量子效率不高，对焦平面高质量的成像会造成较大的困难。

技术实现要素：

[0005]
本技术提供了一种ⅱ类超晶格红外探测器单元结构及其制备方法、ⅱ类超晶格红外焦平面探测器，其具有较高的量子效率。
[0006]
本技术的实施例是这样实现的：
[0007]
在第一方面，本技术示例提供了一种ⅱ类超晶格红外探测器单元结构，其包括红外探测器外延片、金属接触层和金属连接柱。
[0008]
金属接触层包括依次层叠布置的粘附层、反射层、连接层、第一保护层和第二保护层，粘附层连接于红外探测器外延片。
[0009]
金属连接柱连接于第二保护层。
[0010]
在上述技术方案中，粘附层用于提高整个金属接触层与红外探测器外延片的结合力，反射层能够实现对光的反射，连接层用于将反射层和第一保护层连接，第一保护层和第二保护层用于连接和保护其他层。本技术的ⅱ类超晶格红外探测器单元结构在金属接触层中增加反射层，即将接触电极和反射电极融合，在形成良好欧姆接触的同时，能够通过光反
射实现部分损失光的二次吸收，从而提升制作的红外探测器的量子效率，进而优化红外探测器的成像效果。
[0011]
结合第一方面，在本技术的第一方面的第一种可能的示例中，反射层由ag或al制成。
[0012]
在上述示例中，ag和al均具有较好的反射光的作用。
[0013]
结合第一方面，在本技术的第一方面的第二种可能的示例中，上述粘附层为ni层，反射层为ag层，连接层为ni层，第一保护层为pt层，第二保护层为au层。
[0014]
可选地，粘附层的厚度为5nm～20nm。
[0015]
结合第一方面，在本技术的第一方面的第三种可能的示例中，上述粘附层为ti层，反射层为al层，连接层为ti层，第一保护层为pt层，第二保护层为au层。
[0016]
可选地，粘附层的厚度为5nm～20nm。
[0017]
结合第一方面，在本技术的第一方面的第四种可能的示例中，上述粘附层为ito层，反射层为al层，连接层为ti层，第一保护层为pt层，第二保护层为au层。
[0018]
可选地，粘附层的厚度为50nm～100nm。
[0019]
结合第一方面，在本技术的第一方面的第五种可能的示例中，上述红外探测器外延片包括依次层叠布置的衬底层、缓冲层、n型接触层、m型势垒层、吸收层和p型接触层，p型接触层连接于粘附层。
[0020]
在上述示例中，p型接触层作为金属接触层的信号输出端，将吸收层在接收到红外光后产生的电流信号输出给读出电路，吸收层用于在光照条件下产生的光生载流子，然后产生电流信号，从而适当提高红外探测器的量子效率，m型势垒层有利于提升载流子的有效质量，进而可较为有效的提高红外探测器的探测率，n型接触层在探测器使用时同p型配合进行偏压输入，同时p型接触层和n型接触层都为高掺，可与外接金属形成欧姆接触，增强载流子的输运。
[0021]
在第二方面，本技术示例提供了一种上述ⅱ类超晶格红外探测器单元结构的制备方法，其包括：在红外探测器外延片的信号输出端镀金属形成金属接触层。
[0022]
在上述技术方案中，本技术的ⅱ类超晶格红外探测器单元结构的制备方法简便，且在不增加光刻次数以及成本提升较低的前提下，提升了制作的红外探测器的量子效率，优化了红外探测器的成像效果。
[0023]
结合第二方面，在本技术的第二方面的第一种可能的示例中，上述镀金属的方法包括电子束蒸发或溅射。
[0024]
结合第二方面，在本技术的第二方面的第二种可能的示例中，在红外探测器外延片的信号输出端镀金属形成金属接触层前，采用负性光刻胶做掩膜，在红外探测器外延片的信号输出端镀金属形成金属接触层后，去除掩膜。
[0025]
第三方面，本技术示例提供了一种ⅱ类超晶格红外焦平面探测器，其包括多个上述的ⅱ类超晶格红外探测器单元结构，多个ⅱ类超晶格红外探测器单元结构呈阵列分布。
[0026]
在上述技术方案中，ⅱ类超晶格红外焦平面探测器具有较高的量子效率和优异的成像效果。
附图说明
[0027]
为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0028]
图1为本技术实施例的ⅱ类超晶格红外探测器单元结构的结构示意图；
[0029]
图2为本技术实施例的红外探测器外延片的结构示意图；
[0030]
图3为本技术实施例的金属接触层的结构示意图。
[0031]
图标：10
‑ⅱ
类超晶格红外探测器单元结构；100-红外探测器外延片；110-衬底层；120-缓冲层；130-n型接触层；140-m型势垒层；150-吸收层；160-p型接触层；200-金属接触层；210-粘附层；220-反射层；230-连接层；240-第一保护层；250-第二保护层；300-金属连接柱。
具体实施方式
[0032]
下面将结合实施例对本技术的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本技术，而不应视为限制本技术的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0033]
目前，红外探测器技术在军事、环境、工业、农业、医疗、科学研究以及日常生活领域得到了广泛的应用。ⅱ类超晶格红外探测器是近年来兴起的一种新型红外探测器，它具有以下几个特点：(1)材料带隙可调，光谱响应可覆盖2μm～30μm波长范围；(2)独特的能带结构决定其具有较大的电子有效质量，并且随着探测波长的增大，电子有效质量却几乎保持不变；在长波红外波段，其电子有效质量约为碲镉汞材料的3倍，导致此类探测器隧穿电流小；(3)通过应变调节能带结构，可以降低俄歇复合率，提高载流子有效寿命，从而实现较高的器件性能；(4)ⅱ类超晶格通常采用分子束外延(molecular beam epitaxy，mbe)生长方式，材料均匀性较高。通过采用晶格匹配且可商业化供给的gasb衬底，能够生长出大面积、均匀性良好的ⅱ类超晶格材料，从而易于制备大面阵红外探测器。基于以上特点，ⅱ类超晶格在制备长波和甚长波红外探测器时具有独特优势，因此是制备新一代红外探测器的优选材料。
[0034]
本发明人注意到，ⅱ类超晶格材料有限的吸收效率还是会损失很多光信号，低能量信号的输出对焦平面高质量的成像会造成较大的困难。
[0035]
为了提高ⅱ类超晶格红外探测器的量子效率，申请人研究发现，可以能够通过光反射实现部分损失光的二次吸收，从而提升制作的红外探测器的量子效率，进而优化红外探测器的成像效果。
[0036]
基于以上考虑，为了优化红外探测器的成像效果，发明人经过深入研究，设计了一种ⅱ类超晶格红外探测器单元结构，其中，粘附层用于提高整个金属接触层与红外探测器外延片的结合力，反射层能够实现对光的反射，连接层用于将反射层和第一保护层连接，第一保护层和第二保护层用于连接和保护其他层。本技术的ⅱ类超晶格红外探测器单元结构在金属接触层中增加反射层，即将接触电极和反射电极融合，在形成良好欧姆接触的同时，
能够通过光反射实现部分损失光的二次吸收，从而提升制作的红外探测器的量子效率，进而优化红外探测器的成像效果。
[0037]
以下针对本技术实施例的一种ⅱ类超晶格红外探测器单元结构及其制备方法、ⅱ类超晶格红外焦平面探测器进行具体说明：
[0038]
请参阅图1，本技术提供一种ⅱ类超晶格红外探测器单元结构10，其包括：红外探测器外延片100、金属接触层200和金属连接柱300。
[0039]
请参阅图2，红外探测器外延片100包括依次层叠布置的衬底层110、缓冲层120、n型接触层130、m型势垒层140、吸收层150和p型接触层160，p型接触层160连接于粘附层210。
[0040]
衬底层110的厚度为800μm～1500μm。
[0041]
可选地，衬底层110为gasb衬底。
[0042]
在gasb衬底上生长上层材料时与上层的外延材料有小的失配，更便于外延的生长。
[0043]
缓冲层120形成于衬底层110之上，厚度为800nm～1000nm。
[0044]
可选地，缓冲层120为gasb缓冲层120。
[0045]
n型接触层130形成于缓冲层120之上，厚度为400nm～600nm。
[0046]
作为示例，n型接触层130的厚度可以为400nm、410nm、420nm、430nm、440nm、450nm、460nm、470nm、480nm、490nm、500nm、510nm、520nm、530nm、540nm、550nm、560nm、570nm、580nm、590nm或600nm。
[0047]
可选地，n型接触层130由若干个周期的inas、gasb、alsb和gasb m型超晶格结构构成，每个周期中的m型超晶格结构由下至上包括10mlinas、1ml gasb、5ml alsb和1ml gasb，其中ml表示原子层。
[0048]
可选地，n型接触层130的掺杂方式为inas层中掺杂si元素，si的掺杂浓度为2.0
×
10
18
cm-3
。
[0049]
m型势垒层140形成于n型接触层130之上，厚度为400nm～600nm。
[0050]
作为示例，m型势垒层140的厚度可以为400nm、410nm、420nm、430nm、440nm、450nm、460nm、470nm、480nm、490nm、500nm、510nm、520nm、530nm、540nm、550nm、560nm、570nm、580nm、590nm或600nm。
[0051]
可选地，m型势垒层140由若干个周期的inas、gasb、alsb和gasb m型超晶格结构构成，每个周期中的m型超晶格结构由下至上包括10mlinas、1ml gasb、5ml alsb和1ml gasb，其中ml表示原子层。
[0052]
可选地，m型势垒层140为非故意掺杂，未掺杂下载流子浓度为10
14
～10
18
cm-3
。
[0053]
吸收层150形成于m型势垒层140之上，厚度为1μm～3μm。
[0054]
作为示例，吸收层150的厚度可以为1μm、1.1μm、1.2μm、1.3μm、1.4μm、1.5μm、1.6μm、1.7μm、1.8μm、1.9μm、2μm、2.1μm、2.2μm、2.3μm、2.4μm、2.5μm、2.6μm、2.7μm、2.8μm、2.9μm或3μm。
[0055]
可选地，吸收层150由若干个周期的inas和gasb超晶格结构构成，每个周期中的超晶格结构由下至上包括10ml inas和7ml gasb，其中ml表示原子层。根据要吸收的红外光波长的不同可以改变inas的原子层数，短波到甚长波可以改变的inas原子层的数量范围为6ml～25ml。
[0056]
可选地，吸收层150掺杂方式为gasb层中掺杂be，be的掺杂浓度为1.0
×
10
16
cm-3
。
[0057]
p型接触层160形成于吸收层150之上，厚度为500nm～1000nm。
[0058]
作为示例，p型接触层160的厚度可以为500nm、550nm、600nm、650nm、700nm、750nm、800nm、850nm、900nm、950nm或1000nm。
[0059]
可选地，p型接触层160由若干个周期的inas和gasb超晶格结构构成，每个周期中的超晶格结构由下至上包括10ml inas和7ml gasb，其中ml表示原子层。根据要吸收的红外光波长的不同可以改变inas的原子层数，短波到甚长波可以改变的inas原子层的数量范围为6ml～25ml。
[0060]
可选地，p型接触层160的掺杂方式为gasb层中掺杂be，be的掺杂浓度为2.0
×
10
18
cm-3
。
[0061]
p型接触层160作为金属接触层200的信号输出端，将吸收层150在接收到红外光后产生的电流信号输出给读出电路，吸收层150用于在光照条件下产生的光生载流子，然后产生电流信号，从而适当提高红外探测器的量子效率，m型势垒层140有利于提升载流子的有效质量，进而可较为有效的提高红外探测器的探测率，且m型势垒层140中插入了alsb材料，alsb可以同时作为电子和空穴的势垒来抑制暗电流，n型接触层130在探测器使用时同p型配合进行偏压输入，同时p型接触层160和n型接触层130都为高掺，可与外接金属形成欧姆接触，增强载流子的输运。
[0062]
请参阅图3，金属接触层200包括依次层叠布置的粘附层210、反射层220、连接层230、第一保护层240和第二保护层250，粘附层210连接于p型接触层160。
[0063]
粘附层210的厚度为5nm～100nm。
[0064]
作为示例，粘附层210的厚度可以为5nm、8nm、10nm、12nm、15nm、18nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm或100nm。
[0065]
可选地，粘附层210为ni层、ti层或ito层。
[0066]
当粘附层210为ni层或ti层时，粘附层210的厚度为5nm～20nm；
[0067]
当粘附层210为ito层时，粘附层210的厚度为50nm～100nm。
[0068]
反射层220的厚度为100nm～300nm。
[0069]
作为示例，反射层220的厚度可以为100nm、120nm、150nm、180nm、200nm、220nm、250nm、280nm或300nm。
[0070]
可选地，反射层220为ag层或al层。
[0071]
连接层230的厚度为10nm～50nm。
[0072]
作为示例，连接层230的厚度可以为10nm、15nm、20nm、25nm、30nm、35nm、40nm、45nm或50nm。
[0073]
可选地，连接层230可以为ni层或ti层。
[0074]
第一保护层240的厚度为100nm～200nm。
[0075]
作为示例，第一保护层240的厚度可以为100nm、110nm、120nm、130nm、140nm、150nm、160nm、170nm、180nm、190nm或200nm。
[0076]
可选地，第一保护层240为pt层。
[0077]
第二保护层250的厚度为200nm～300nm。
[0078]
作为示例，第二保护层250的厚度可以为200nm、210nm、220nm、230nm、240nm、
deposition，icpcvd)形成。
[0099]
可选地，钝化层为氧化硅。
[0100]
可选地，钝化层的厚度为200nm～500nm。
[0101]
s3、形成金属连接柱300
[0102]
使用负性光刻胶或者反转胶的方式制作铟柱图形，并蒸镀铟柱，去除光刻胶，制得ⅱ类超晶格红外探测器单元结构10。
[0103]
本技术的ⅱ类超晶格红外探测器单元结构的制备方法简便，且在不增加光刻次数以及成本提升较低的前提下，提升了制作的红外探测器的量子效率，优化了红外探测器的成像效果。
[0104]
本技术还提供了一种ⅱ类超晶格红外焦平面探测器，其包括多个上述的ⅱ类超晶格红外探测器单元结构，多个ⅱ类超晶格红外探测器单元结构呈阵列分布。
[0105]
可选地，ⅱ类超晶格红外焦平面探测器由320
×
256个ⅱ类超晶格红外探测器单元结构组成。
[0106]
可选地，ⅱ类超晶格红外焦平面探测器由640
×
512个ⅱ类超晶格红外探测器单元结构组成。
[0107]
可选地，ⅱ类超晶格红外焦平面探测器由1000
×
1000个ⅱ类超晶格红外探测器单元结构组成。
[0108]ⅱ类超晶格红外焦平面探测器具有较高的量子效率和优异的成像效果。
[0109]
以下结合实施例对本技术的一种ⅱ类超晶格红外探测器单元结构及其制备方法、ⅱ类超晶格红外焦平面探测器作进一步的详细描述。
[0110]
实施例1
[0111]
本技术实施例提供一种ⅱ类超晶格红外探测器单元结构及其制备方法，其包括以下步骤：
[0112]
s1、刻蚀
[0113]
提供红外探测器外延片100，先在红外探测器外延片100的p型接触层160表面形成一层氧化硅层，再在氧化硅层表面形成正性光刻胶，经过感光和显影后，已感光的光刻胶去除，露出部分氧化硅层，去除露出的部分氧化硅层，再去除剩下的光刻胶，形成目标图形，刻蚀使得部分区域露出内部的n型接触层130，完成刻蚀后，去除掩膜。
[0114]
红外探测器外延片100包括依次层叠布置的衬底层110、缓冲层120、n型接触层130、m型势垒层140、吸收层150和p型接触层160，p型接触层160连接于粘附层210。
[0115]
衬底层110为gasb衬底，衬底层110厚度为450μm；
[0116]
缓冲层120为gasb缓冲层120，缓冲层120厚度为800nm；
[0117]
n型接触层130由若干个周期的inas、gasb、alsb和gasb m型超晶格结构构成，每个周期中的m型超晶格结构由下至上包括10ml inas、1mlgasb、5ml alsb和1ml gasb，其中ml表示原子层，n型接触层130的掺杂方式为inas层中掺杂si元素，si的掺杂浓度为2.0
×
10
18
cm-3
，n型接触层130厚度为500nm。
[0118]
m型势垒层140由若干个周期的inas、gasb、alsb和gasb m型超晶格结构构成，每个周期中的m型超晶格结构由下至上包括10ml inas、1mlgasb、5ml alsb和1ml gasb，其中ml表示原子层，m型势垒层140为非故意掺杂，未掺杂下载流子浓度为10
16
cm-3
，m型势垒层140
厚度为500nm。
[0119]
吸收层150由若干个周期的inas和gasb超晶格结构构成，每个周期中的超晶格结构由下至上包括10ml inas和7ml gasb，其中ml表示原子层，吸收层150掺杂方式为gasb层中掺杂be，be的掺杂浓度为1.0
×
10
16
cm-3
，吸收层150的厚度为2μm。
[0120]
p型接触层160由若干个周期的inas和gasb超晶格结构构成，每个周期中的超晶格结构由下至上包括10ml inas和7ml gasb，其中ml表示原子层，p型接触层160的掺杂方式为gasb层中掺杂be，be的掺杂浓度为2.0
×
10
18
cm-3
，p型接触层160的厚度为800nm。
[0121]
s2、形成金属接触层200
[0122]
采用负性光刻胶作为掩膜，在红外探测器外延片100的p型接触层160表面形成掩膜，然后在红外探测器外延片100的p型接触层160表面采用电子束蒸发形成金属接触层200，完成金属剥离后，去除掩膜，再形成钝化层，并通过光刻图形化和刻蚀，在金属接触层200上端进行开孔。
[0123]
金属接触层200包括依次层叠布置的ni层、ag层、ni层、pt层和au层，ni层结合于p型接触层160。
[0124]
其中，ni层的厚度为10nm，ag层的厚度为200nm，ni层的厚度为30nm，pt层的厚度为150nm，au层的厚度为250nm。
[0125]
s3、形成金属连接柱300
[0126]
使用负性光刻胶或者反转胶的方式制作铟柱图形，并蒸镀铟柱，去除光刻胶，制得ⅱ类超晶格红外探测器单元结构10。
[0127]
实施例2
[0128]
本技术实施例提供一种ⅱ类超晶格红外探测器单元结构及其制备方法，其包括以下步骤：
[0129]
s1、刻蚀
[0130]
提供红外探测器外延片100，先在红外探测器外延片100的p型接触层160表面形成一层氧化硅层，再在氧化硅层表面形成正性光刻胶，经过感光和显影后，已感光的光刻胶去除，露出部分氧化硅层，去除露出的部分氧化硅层，再去除剩下的光刻胶，形成目标图形，刻蚀使得部分区域露出内部的n型接触层130，完成刻蚀后，去除掩膜。
[0131]
红外探测器外延片100包括依次层叠布置的衬底层110、缓冲层120、n型接触层130、m型势垒层140、吸收层150和p型接触层160，p型接触层160连接于粘附层210。
[0132]
衬底层110为gasb衬底，衬底层110厚度为450μm；
[0133]
缓冲层120为gasb缓冲层120，缓冲层120厚度为800nm；
[0134]
n型接触层130由若干个周期的inas、gasb、alsb和gasb m型超晶格结构构成，每个周期中的m型超晶格结构由下至上包括10ml inas、1ml gasb、5ml alsb和1ml gasb，其中ml表示原子层，n型接触层130的掺杂方式为inas层中掺杂si元素，si的掺杂浓度为2.0
×
10
18
cm-3
，n型接触层130厚度为500nm。
[0135]
m型势垒层140由若干个周期的inas、gasb、alsb和gasb m型超晶格结构构成，每个周期中的m型超晶格结构由下至上包括10ml inas、1ml gasb、5ml alsb和1ml gasb，其中ml表示原子层，m型势垒层140为非故意掺杂，未掺杂下载流子浓度为10
16
cm-3
，m型势垒层140厚度为500nm。
[0136]
吸收层150由若干个周期的inas和gasb超晶格结构构成，每个周期中的超晶格结构由下至上包括10ml inas和7ml gasb，其中ml表示原子层，吸收层150掺杂方式为gasb层中掺杂be，be的掺杂浓度为1.0
×
10
16
cm-3
，吸收层150的厚度为2μm。
[0137]
p型接触层160由若干个周期的inas和gasb超晶格结构构成，每个周期中的超晶格结构由下至上包括10ml inas和7ml gasb，其中ml表示原子层，p型接触层160的掺杂方式为gasb层中掺杂be，be的掺杂浓度为2.0
×
10
18
cm-3
，p型接触层160的厚度为800nm。
[0138]
s2、形成金属接触层200
[0139]
采用负性光刻胶作为掩膜，在红外探测器外延片100的p型接触层160表面形成掩膜，然后在红外探测器外延片100的p型接触层160表面采用电子束蒸发形成金属接触层200，完成金属剥离后，去除掩膜，再形成钝化层，并通过光刻图形化和刻蚀，在金属接触层200上端进行开孔。
[0140]
金属接触层200包括依次层叠布置的ti层、al层、ti层、pt层和au层，ni层结合于p型接触层160。
[0141]
其中，ti层的厚度为10nm，al层的厚度为200nm，ti层的厚度为30nm，pt层的厚度为150nm，au层的厚度为250nm。
[0142]
s3、形成金属连接柱300
[0143]
使用负性光刻胶或者反转胶的方式制作铟柱图形，并蒸镀铟柱，去除光刻胶，制得ⅱ类超晶格红外探测器单元结构10。
[0144]
实施例3
[0145]
本技术实施例提供一种ⅱ类超晶格红外探测器单元结构及其制备方法，其包括以下步骤：
[0146]
s1、刻蚀
[0147]
提供红外探测器外延片100，先在红外探测器外延片100的p型接触层160表面形成一层氧化硅层，再在氧化硅层表面形成正性光刻胶，经过感光和显影后，已感光的光刻胶去除，露出部分氧化硅层，去除露出的部分氧化硅层，再去除剩下的光刻胶，形成目标图形，刻蚀使得部分区域露出内部的n型接触层130，完成刻蚀后，去除掩膜。
[0148]
红外探测器外延片100包括依次层叠布置的衬底层110、缓冲层120、n型接触层130、m型势垒层140、吸收层150和p型接触层160，p型接触层160连接于粘附层210。
[0149]
衬底层110为gasb衬底，衬底层110厚度为450μm；
[0150]
缓冲层120为gasb缓冲层120，缓冲层120厚度为800nm；
[0151]
n型接触层130由若干个周期的inas、gasb、alsb和gasb m型超晶格结构构成，每个周期中的m型超晶格结构由下至上包括10ml inas、1ml gasb、5ml alsb和1ml gasb，其中ml表示原子层，n型接触层130的掺杂方式为inas层中掺杂si元素，si的掺杂浓度为2.0
×
10
18
cm-3
，n型接触层130厚度为500nm。
[0152]
m型势垒层140由若干个周期的inas、gasb、alsb和gasb m型超晶格结构构成，每个周期中的m型超晶格结构由下至上包括10ml inas、1ml gasb、5ml alsb和1ml gasb，其中ml表示原子层，m型势垒层140为非故意掺杂，未掺杂下载流子浓度为10
16
cm-3
，m型势垒层140厚度为500nm。
[0153]
吸收层150由若干个周期的inas和gasb超晶格结构构成，每个周期中的超晶格结
构由下至上包括10ml inas和7ml gasb，其中ml表示原子层，吸收层150掺杂方式为gasb层中掺杂be，be的掺杂浓度为1.0
×
10
16
cm-3
，吸收层150的厚度为2μm。
[0154]
p型接触层160由若干个周期的inas和gasb超晶格结构构成，每个周期中的超晶格结构由下至上包括10ml inas和7ml gasb，其中ml表示原子层，p型接触层160的掺杂方式为gasb层中掺杂be，be的掺杂浓度为2.0
×
10
18
cm-3
，p型接触层160的厚度为800nm。
[0155]
s2、形成金属接触层200
[0156]
采用负性光刻胶作为掩膜，在红外探测器外延片100的p型接触层160表面形成掩膜，然后在红外探测器外延片100的p型接触层160表面采用电子束蒸发形成金属接触层200，完成金属剥离后，去除掩膜，再形成钝化层，并通过光刻图形化和刻蚀，在金属接触层200上端进行开孔。
[0157]
金属接触层200包括依次层叠布置的ito层、al层、ti层、pt层和au层，ni层结合于p型接触层160。
[0158]
其中，ito层的厚度为80nm，al层的厚度为200nm，ti层的厚度为30nm，pt层的厚度为150nm，au层的厚度为250nm。
[0159]
s3、形成金属连接柱300
[0160]
使用负性光刻胶或者反转胶的方式制作铟柱图形，并蒸镀铟柱，去除光刻胶，制得ⅱ类超晶格红外探测器单元结构10。
[0161]
对比例1
[0162]
本技术对比例提供一种ⅱ类超晶格红外探测器单元结构及其制备方法，其包括以下步骤：
[0163]
s1、刻蚀
[0164]
提供红外探测器外延片100，先在红外探测器外延片100的p型接触层160表面形成一层氧化硅层，再在氧化硅层表面形成正性光刻胶，经过感光和显影后，已感光的光刻胶去除，露出部分氧化硅层，去除露出的部分氧化硅层，再去除剩下的光刻胶，形成目标图形，刻蚀使得部分区域露出内部的n型接触层130，完成刻蚀后，去除掩膜。
[0165]
红外探测器外延片100包括依次层叠布置的衬底层110、缓冲层120、n型接触层130、m型势垒层140、吸收层150和p型接触层160，p型接触层160连接于粘附层210。
[0166]
衬底层110为gasb衬底，衬底层110厚度为450μm；
[0167]
缓冲层120为gasb缓冲层120，缓冲层120厚度为800nm；
[0168]
n型接触层130由若干个周期的inas、gasb、alsb和gasb m型超晶格结构构成，每个周期中的m型超晶格结构由下至上包括10ml inas、1mlgasb、5ml alsb和1ml gasb，其中ml表示原子层，n型接触层130的掺杂方式为inas层中掺杂si元素，si的掺杂浓度为2.0
×
10
18
cm-3
，n型接触层130厚度为500nm。
[0169]
m型势垒层140由若干个周期的inas、gasb、alsb和gasb m型超晶格结构构成，每个周期中的m型超晶格结构由下至上包括10ml inas、1mlgasb、5ml alsb和1ml gasb，其中ml表示原子层，m型势垒层140为非故意掺杂，未掺杂下载流子浓度为10
16
cm-3
，m型势垒层140厚度为500nm。
[0170]
吸收层150由若干个周期的inas和gasb超晶格结构构成，每个周期中的超晶格结构由下至上包括10ml inas和7ml gasb，其中ml表示原子层，吸收层150掺杂方式为gasb层
中掺杂be，be的掺杂浓度为1.0
×
10
16
cm-3
，吸收层150的厚度为2μm。
[0171]
p型接触层160由若干个周期的inas和gasb超晶格结构构成，每个周期中的超晶格结构由下至上包括10ml inas和7ml gasb，其中ml表示原子层，p型接触层160的掺杂方式为gasb层中掺杂be，be的掺杂浓度为2.0
×
10
18
cm-3
，p型接触层160的厚度为800nm。
[0172]
s2、形成金属接触层200
[0173]
采用负性光刻胶作为掩膜，在红外探测器外延片100的p型接触层160表面形成掩膜，然后在红外探测器外延片100的p型接触层160表面采用电子束蒸发形成金属接触层200，完成金属剥离后，去除掩膜，再形成钝化层，并通过光刻图形化和刻蚀，在金属接触层200上端进行开孔。
[0174]
金属接触层200包括依次层叠布置的ti层、pt层和au层，ti层结合于p型接触层160。
[0175]
其中，ti层的厚度为50nm，pt层的厚度为100nm，au层的厚度为300nm。
[0176]
s3、形成金属连接柱300
[0177]
使用负性光刻胶或者反转胶的方式制作铟柱图形，并蒸镀铟柱，去除光刻胶，制得ⅱ类超晶格红外探测器单元结构10。
[0178]
试验例1
[0179]
取实施例1～3和对比例1制得的ⅱ类超晶格红外探测器单元结构10，通过倒装焊接工艺完成与读出电路的键合，通过杜瓦瓶封装和制冷机降温，连接fpga、摄像头及显示器后制得ⅱ类超晶格红外探测器。
[0180]
检测ⅱ类超晶格红外探测器的量子效率，以黑体作为光源，测得探测器在特定波段的滤光片下的光电流或光电压，从所测得的光电流或者光电压中，可以得到器件的量子效率。量子效率是指光生载流子数与输入光子数的比值，结果如表1所示。
[0181]
表1ⅱ类超晶格红外探测器的量子效率
[0182]
项目实施例1实施例2实施例3对比例1量子效率35％37％38％29％
[0183]
由实施例1～3和对比例1对比可知，本技术在不增加光刻次数且成本提升极少的情况下，将红外探测器量子效率提升5％～10％，对于ⅱ类超晶格红外探测器的量子效率偏低的缺点有较好的优化作用。
[0184]
以上所述仅为本技术的具体实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。

技术特征：

1.一种ⅱ类超晶格红外探测器单元结构，其特征在于，所述ⅱ类超晶格红外探测器单元结构包括：红外探测器外延片；金属接触层，所述金属接触层包括依次层叠布置的粘附层、反射层、连接层、第一保护层和第二保护层，所述粘附层连接于所述红外探测器外延片；金属连接柱，所述金属连接柱连接于所述第二保护层。2.根据权利要求1所述的ⅱ类超晶格红外探测器单元结构，其特征在于，所述反射层由ag或al制成。3.根据权利要求1所述的ⅱ类超晶格红外探测器单元结构，其特征在于，所述粘附层为ni层，所述反射层为ag层，所述连接层为ni层，所述第一保护层为pt层，所述第二保护层为au层；可选地，所述粘附层的厚度为5nm～20nm。4.根据权利要求1所述的ⅱ类超晶格红外探测器单元结构，其特征在于，所述粘附层为ti层，所述反射层为al层，所述连接层为ti层，所述第一保护层为pt层，所述第二保护层为au层；可选地，所述粘附层的厚度为5nm～20nm。5.根据权利要求1所述的ⅱ类超晶格红外探测器单元结构，其特征在于，所述粘附层为ito层，所述反射层为al层，所述连接层为ti层，所述第一保护层为pt层，所述第二保护层为au层；可选地，所述粘附层的厚度为50nm～100nm。6.根据权利要求1～5任一项所述的ⅱ类超晶格红外探测器单元结构，其特征在于，所述红外探测器外延片包括依次层叠布置的衬底层、缓冲层、n型接触层、m型势垒层、吸收层和p型接触层，所述p型接触层连接于所述粘附层。7.一种权利要求1～6任一项所述的ⅱ类超晶格红外探测器单元结构的制备方法，其特征在于，所述ⅱ类超晶格红外探测器单元结构的制备方法包括：在红外探测器外延片的信号输出端镀金属形成所述金属接触层。8.根据权利要求7所述的ⅱ类超晶格红外探测器单元结构的制备方法，其特征在于，镀金属的方法包括电子束蒸发或溅射。9.根据权利要求7所述的ⅱ类超晶格红外探测器单元结构的制备方法，其特征在于，在红外探测器外延片的信号输出端镀金属形成所述金属接触层前，采用负性光刻胶做掩膜，在红外探测器外延片的信号输出端镀金属形成所述金属接触层后，去除所述掩膜。10.一种ⅱ类超晶格红外焦平面探测器，其特征在于，所述ⅱ类超晶格红外焦平面探测器包括多个权利要求1～6任一项所述的ⅱ类超晶格红外探测器单元结构，多个所述ⅱ类超晶格红外探测器单元结构呈阵列分布。

技术总结

本申请提供一种Ⅱ类超晶格红外探测器单元结构及其制备方法、Ⅱ类超晶格红外焦平面探测器，属于红外探测技术领域。Ⅱ类超晶格红外探测器单元结构，其包括红外探测器外延片、金属接触层和金属连接柱。金属接触层包括依次层叠布置的粘附层、反射层、连接层、第一保护层和第二保护层，粘附层连接于红外探测器外延片。金属连接柱连接于第二保护层。本申请的Ⅱ类超晶格红外探测器单元结构在金属接触层中增加反射层，即将接触电极和反射电极融合，在形成良好欧姆接触的同时，能够通过光反射实现部分损失光的二次吸收，从而提升制作的红外探测器的量子效率，进而优化红外探测器的成像效果。进而优化红外探测器的成像效果。进而优化红外探测器的成像效果。