專(zhuān)利名稱(chēng)：光電探測(cè)器的數(shù)字合金吸收體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電探測(cè)器。具體地，本發(fā)明涉及紅外光電探測(cè)器的數(shù)字合金吸收層。相關(guān)技術(shù)的描述光電探測(cè)器是響應(yīng)于入射光的光電設(shè)備。它們具有寬范圍的應(yīng)用，包括成像。一類(lèi)光電探測(cè)器在紅外光范圍內(nèi)操作。這種設(shè)備具有在紅外成像中的應(yīng)用，包括行星探索、工業(yè)質(zhì)量控制、監(jiān)控污染、消防、法律實(shí)施和醫(yī)學(xué)診斷。在傳統(tǒng)的半導(dǎo)體p-n結(jié)光電探測(cè)器中，在該結(jié)處的耗盡層阻止多數(shù)載流子越過(guò)該結(jié)流動(dòng)，同時(shí)允許多數(shù)載流子自由流動(dòng)。盡管耗盡層以這種方式提高了探測(cè)器的性能，它也引入了 Sh0Ckley-Read-Hal(SRH)暗電流，該暗電流引入了噪聲。如此產(chǎn)生的暗電流限制了操作溫度。然而近年來(lái)，最新開(kāi)發(fā)的一類(lèi)紅外探測(cè)器已經(jīng)采用嵌入式勢(shì)壘層來(lái)抑制SRH電流及表面漏電流。勢(shì)壘紅外光電探測(cè)器概念在于2007年9月20日公布的、發(fā)明人為Maimon的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)2007/0215900中被描述，該申請(qǐng)通過(guò)引用被并入本文，并公開(kāi)了一種光電探測(cè)器，其包括吸光層，所述吸光層包括展現(xiàn)價(jià)帶能級(jí)的η-摻雜的半導(dǎo)體；勢(shì)壘層，勢(shì)壘層的第一側(cè)與吸光層的第一側(cè)相鄰，勢(shì)壘層展現(xiàn)出實(shí)質(zhì)上等于吸光層的摻雜的半導(dǎo)體的價(jià)帶能級(jí)的價(jià)帶能級(jí)；及包括摻雜的半導(dǎo)體的接觸區(qū)，所述接觸區(qū)與勢(shì)壘層的與第一層相對(duì)的第二層相鄰，勢(shì)壘層展現(xiàn)出足以阻止多數(shù)載流子從吸光層隧穿到接觸區(qū)并阻止熱化的多數(shù)載流子從吸光層流向接觸區(qū)的厚度和導(dǎo)帶隙?？蛇x地，可利用P-摻雜的半導(dǎo)體，且勢(shì)壘層和吸光層的導(dǎo)帶能級(jí)相等。勢(shì)壘紅外光電探測(cè)器的操作的進(jìn)一步討論可在Klipstein，“ ‘XBn’ Barrier Photodetectors for High Sensitivity and High Operating TemperatureInfrared Sensors，，，Infrared Technology and Applications XXXIV, Proc. of SPIEVol. 6940, 69402U, 2008中找到，其通過(guò)弓|用被并入本文。該文章描述了勢(shì)壘光電探測(cè)器是一種光在窄帶隙半導(dǎo)體層中被吸收的設(shè)備，該半導(dǎo)體層的帶保持基本平坦或在操作偏壓下累積，因此排除了所有的載流子耗盡。在低于閾值溫度(對(duì)于中波紅外(MWIR)設(shè)備通常為130-150K) 的傳統(tǒng)的光電二極管中，暗電流由于耗盡層中的產(chǎn)生-再結(jié)合(G-R)中心而產(chǎn)生。在勢(shì)壘探測(cè)器中，在窄帶隙半導(dǎo)體中缺乏耗盡確保了 G-R對(duì)暗電流的貢獻(xiàn)可忽略。因此，勢(shì)壘探測(cè)器中的暗電流由高于和低于閾值溫度的擴(kuò)散成分占主導(dǎo)地位。因此，在低于閾值溫度的給定溫度，與具有相同的截止波長(zhǎng)的傳統(tǒng)的光電二極管相比，勢(shì)壘探測(cè)器將展現(xiàn)出較低的暗電流?？蛇x地，對(duì)于給定的暗電流，勢(shì)壘探測(cè)器將在比傳統(tǒng)的光電二極管更高的溫度處操作， 假定該溫度低于閾值溫度。提出了用于勢(shì)壘探測(cè)器的具有基于InASl_xSbx合金和類(lèi)型-II InAs/GaSb超晶格(T2SL)的光子吸收層的一些設(shè)備架構(gòu)。分析和示出了對(duì)于典型的設(shè)備參數(shù)可忽略的暗電流的熱離子和隧穿成分。對(duì)于具有f/3的光學(xué)器件和4. 2微米的截止波長(zhǎng)的MWIR勢(shì)壘探測(cè)器，可以評(píng)估約150K的操作溫度。此外，發(fā)明人為Klipstein的于2005年1月13日公布的國(guó)際專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)朩O 2005/004243描述了一種具有減小的G-R噪聲的光電探測(cè)器，其包括ρ-型接觸層、中間勢(shì)壘層和η-型光子吸收層的序列，其中中間勢(shì)壘層具有顯著大于光子吸收層的能帶隙，且沒(méi)有具有比光子吸收層更窄的帶隙的層。此外，發(fā)明人為Klipstein的于2007年10月11日公布的國(guó)際專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)朩O 2007/113821描述了一種具有減小的G-R噪聲的光電探測(cè)器，其包括包圍中間勢(shì)壘層的兩個(gè)η-型窄帶隙層，所述中間勢(shì)壘層具有至少等于所述兩個(gè)窄帶隙層的帶隙之和的能帶隙， 其中在平帶條件下，每個(gè)窄帶隙層的導(dǎo)帶邊緣比勢(shì)壘層的導(dǎo)帶邊緣低至少另一窄帶隙層的帶隙能量，且其中當(dāng)使用外部施加的電壓被偏壓時(shí)，更負(fù)向偏壓的窄帶隙層是接觸層，而更正向偏壓的窄帶隙層是光子吸收層，且其中在外部偏壓條件下，與勢(shì)壘層靠近的光子吸收層中的帶為平坦的或累積的，且光子吸收層的價(jià)帶邊緣的平坦部分位于接觸層的價(jià)帶邊緣的平坦部分以下，以及它也位于在勢(shì)壘層的任何部分中的價(jià)帶邊緣之上不超過(guò)IOkT的能量處，其中k是波爾茲曼常數(shù)，T是操作溫度。于2008年5月公布的且通過(guò)引用被并入本文的發(fā)明人為Caine等人的國(guó)際專(zhuān)利申請(qǐng)公布號(hào)W02008/061141描述了一種制造二維探測(cè)器陣列(及這種陣列的)的方法，所述方法包括，對(duì)于多行和多列單獨(dú)的探測(cè)器的每個(gè)，形成η-摻雜半導(dǎo)體吸光層，形成包括 AlSb,AlAsSb,AlGaAsSb,AlPSb,AlGaPSb和HgZnTe中的一個(gè)或多個(gè)的勢(shì)壘層，及形成η-摻雜半導(dǎo)體接觸區(qū)。然而，具有高性能的勢(shì)壘光電探測(cè)器的具體設(shè)計(jì)可能難以開(kāi)發(fā)。必須仔細(xì)選取勢(shì)壘層和吸收體的組合以產(chǎn)生最佳結(jié)果。構(gòu)建ηΒη或XBn紅外探測(cè)器要求具有以下特性的吸收材料和勢(shì)壘材料的匹配對(duì)(1)其價(jià)帶邊緣(Ev)必須近似相同以允許無(wú)阻礙的空穴流， 而它們的導(dǎo)帶邊緣(Ε。)應(yīng)具有較大的差異以形成電子勢(shì)壘，(2)它們必須具有實(shí)質(zhì)上相似的晶格常數(shù)，及(3)它們的晶格常數(shù)也應(yīng)與容易得到的它們生長(zhǎng)在其上的半導(dǎo)體襯底材料緊密匹配，以便確保高材料質(zhì)量和低缺陷密度。由于需要使通常為幾微米的較厚的吸收層生長(zhǎng)，對(duì)于高的吸收量子效率，晶格與襯底匹配的要求對(duì)于吸收材料尤其重要。勢(shì)壘在厚度上通常僅幾百納米，因此在不遭受勢(shì)壘材料質(zhì)量的降低時(shí)，僅能容忍較小量的晶格與襯底材料的失配。由于這組嚴(yán)格的要求，最初只在單個(gè)材料系統(tǒng)中使用與GaSb襯底晶格匹配的InAsSb紅外吸收體和具有匹配價(jià)帶邊緣的AlSbAs勢(shì)壘成功地實(shí)現(xiàn)了 η&ι探測(cè)器。晶格匹配的InAsSb三元合金的近似組成是 InAs0.91Sb0.09O這種實(shí)現(xiàn)的局限性是吸收材料，因此由其制成的紅外探測(cè)器具有在150K測(cè)量時(shí)為大約4. 1 μ m的固定的截止波長(zhǎng)。特定的應(yīng)用可能要求紅外探測(cè)器具有特定的截止波長(zhǎng)。此外，對(duì)于在已知的3到 5 μ m波長(zhǎng)的大氣傳輸窗內(nèi)操作的應(yīng)用，具有至少5 μ m的截止波長(zhǎng)的光電探測(cè)器是特別合乎需要的。一些較新的η&ι光電探測(cè)器設(shè)計(jì)采用包括兩種不同的半導(dǎo)體材料(例如，GaSb 和InAs)的雙層超晶格吸收體，所述兩種材料都與襯底晶格匹配，且以實(shí)質(zhì)上相等的厚度被采用，具有實(shí)質(zhì)上相似的晶格常數(shù)(因此也相互晶格匹配)。InAS/feSb類(lèi)型-II超晶格是一種已被廣泛接受的紅外材料，其具有可定制的吸收截止波長(zhǎng)。已展示了范圍從低于 2 μ m 至Ij超過(guò) 30 μ m 的截止波長(zhǎng)。例如，Rodriguez 等人的“nBn structure based on InAs/ GaSbtype-II strained layer superlattices，，，Appl. Phys. Letters, 91,043514, 2007,公開(kāi)了一種使用n&i設(shè)計(jì)的類(lèi)型-II InAS/GaSb應(yīng)變層超晶格光電探測(cè)器，該η&ι設(shè)計(jì)可用于消除a^ckley-Read-Hall產(chǎn)生電流和表面再結(jié)合電流，導(dǎo)致較高的操作溫度?；趹?yīng)變層超晶格的結(jié)構(gòu)在室溫呈現(xiàn)出5. 2μπι的截止波長(zhǎng)。所加工的設(shè)備展現(xiàn)出18%左右的量子效率，且在4. 5 μ m和300Κ的散粒噪聲限制的比檢測(cè)率為約IO9瓊斯，其與對(duì)基于應(yīng)變層超晶格的p-i-n光電二極管報(bào)告的最新科技水平的值具有可比性。鑒于前述內(nèi)容，在本領(lǐng)域內(nèi)需要用于改進(jìn)的勢(shì)壘紅外探測(cè)器的裝置和方法，所述探測(cè)器使用例如近似1到5 μ m的短到中波長(zhǎng)的紅外光操作。尤其需要這種在高達(dá)5 μ m波長(zhǎng)操作以便匹配3-5 μ m的大氣傳輸窗的裝置和方法。需要以改進(jìn)的載流子輸送特性進(jìn)行操作的這種裝置和方法。進(jìn)一步需要以具有可定制的截止波長(zhǎng)操作的這種裝置和方法。這些和其他需要通過(guò)如此后詳細(xì)描述的本發(fā)明的實(shí)施方式來(lái)滿(mǎn)足。

發(fā)明內(nèi)容
為了增大光譜響應(yīng)范圍和提高光生載流子(例如，在η&ι光電探測(cè)器中)的遷移率，可通過(guò)將半導(dǎo)體材料的一個(gè)(或其一部分)到幾個(gè)單層(插入層)周期性地嵌入吸收層的不同的宿主半導(dǎo)體材料(host semiconductor material)中來(lái)采用數(shù)字合金吸收體。 插入層的半導(dǎo)體材料和宿主半導(dǎo)體材料可具有實(shí)質(zhì)上失配的晶格常數(shù)。(與InAs/feSb類(lèi)型-II超晶格相反，其中InAs和(iaSb具有實(shí)質(zhì)上類(lèi)似的晶格常數(shù)。)例如，這可通過(guò)周期性地將hSb的單層(monolayer)嵌入到InAsSb宿主中作為吸收區(qū)以擴(kuò)展諸如基于InAsSb 的η&ι設(shè)備的InAsSb光電探測(cè)器的截止波長(zhǎng)來(lái)執(zhí)行。所述技術(shù)允許同時(shí)控制合金組成和凈應(yīng)力，其都是光電探測(cè)器操作的關(guān)鍵參數(shù)。本發(fā)明的一個(gè)典型實(shí)施方式包括光電探測(cè)器的吸收層，包括生長(zhǎng)為多個(gè)宿主層的宿主半導(dǎo)體材料，及在所述宿主半導(dǎo)體材料生長(zhǎng)時(shí)作為多個(gè)插入層被插入的插入半導(dǎo)體材料，所述多個(gè)插入層與所述多個(gè)宿主層中的至少一些交錯(cuò)，所述多個(gè)宿主層每個(gè)均具有插入層之間的宿主間隔厚度，所述多個(gè)插入層中的每個(gè)具有插入厚度。插入厚度是兩個(gè)單層或更小(例如，通常為4?；蚋?且顯著小于宿主間隔厚度。宿主半導(dǎo)體材料和插入半導(dǎo)體材料可具有實(shí)質(zhì)上失配的晶格常數(shù)。通常，所述多個(gè)插入層周期性地插入所述宿主半導(dǎo)體材料中以減小吸收層的帶隙。該光電探測(cè)器可包括勢(shì)壘光電探測(cè)器。此外，光電探測(cè)器可以作為元件陣列中的一個(gè)產(chǎn)生。在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，插入厚度比宿主間隔厚度至少薄一個(gè)數(shù)量級(jí)。宿主間隔厚度可為至少10個(gè)單層，例如，大于55埃。此外，在本發(fā)明的另一些實(shí)施方式中，宿主間隔厚度可沿著宿主半導(dǎo)體材料的生長(zhǎng)方向逐步增大。宿主半導(dǎo)體材料可包括InAsSb，且所述多個(gè)插入層的插入半導(dǎo)體材料可包括hSb。以類(lèi)似的方式，使光電探測(cè)器的吸收層生長(zhǎng)的本發(fā)明的一般方法實(shí)施方式包括使包括宿主半導(dǎo)體材料的多個(gè)宿主層生長(zhǎng)，在所述宿主半導(dǎo)體材料生長(zhǎng)時(shí)，將插入半導(dǎo)體材料周期性地插入宿主半導(dǎo)體材料中，使得多個(gè)插入層與多個(gè)宿主層中的至少一些交錯(cuò)，所述多個(gè)宿主層中的每個(gè)具有插入層之間的宿主間隔厚度，所述插入層中的每個(gè)具有插入厚度。插入厚度是兩個(gè)單層或更小，且顯著小于宿主間隔厚度。宿主半導(dǎo)體材料和插入半導(dǎo)體材料可具有實(shí)質(zhì)上失配的晶格常數(shù)。本發(fā)明的方法實(shí)施方式可與本文描述的裝置相符合地被進(jìn)一步修改。本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式包括光電探測(cè)器，其具有襯底層、吸收層、生長(zhǎng)在吸收層上的勢(shì)壘層、及接觸層。吸收層包括生長(zhǎng)在襯底層上作為多個(gè)宿主層的宿主半導(dǎo)體材料，且在宿主半導(dǎo)體材料生長(zhǎng)時(shí)插入半導(dǎo)體材料被周期性地插入作為多個(gè)插入層，所述多個(gè)插入層與所述多個(gè)宿主層中的至少一些交錯(cuò)，所述多個(gè)宿主層中的每個(gè)在其間均具有宿主間隔厚度，所述多個(gè)插入層中的每個(gè)具有插入厚度。插入厚度是兩個(gè)單層或更小(例如，通常4 ?；蚋?且顯著小于宿主間隔厚度。宿主半導(dǎo)體材料和插入半導(dǎo)體材料可具有實(shí)質(zhì)上失配的晶格常數(shù)。本發(fā)明的該實(shí)施方式可與本文描述的方法和裝置相符合地被進(jìn)一步修改。附圖
的簡(jiǎn)要描述現(xiàn)在參考附圖，其中相似的參考數(shù)字始終表示相應(yīng)的部件，圖IA和IB分別是示出了 p-n光電二極管和η&ι光電探測(cè)器的示例性的導(dǎo)帶邊緣和價(jià)帶邊緣的示意性能帶圖；圖IC是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的光電探測(cè)器的數(shù)字合金吸收層的示意圖；圖ID是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的數(shù)字合金吸收層的示意圖，該數(shù)字合金吸收層具有逐漸增大的宿主間隔厚度以產(chǎn)生光電探測(cè)器的分級(jí)的帶隙；圖2A示出了示例性勢(shì)壘紅外探測(cè)器實(shí)施方式，底部接觸層布置在襯底層和吸收層之間，以及金屬接觸部沉積在暴露的底部接觸區(qū)上；圖2B示出了金屬接觸部沉積在吸收層的暴露的吸收區(qū)上的示例性勢(shì)壘紅外探測(cè)器實(shí)施方式；圖2C示出了本發(fā)明的包括元件陣列的示例性勢(shì)壘紅外探測(cè)器實(shí)施方式；圖3A是示出了示例性勢(shì)壘紅外探測(cè)器的示例性導(dǎo)帶邊緣和價(jià)帶邊緣的示意性能帶圖；圖;3B是示出了具有分級(jí)的間隙的吸收層的示例性勢(shì)壘紅外探測(cè)器的導(dǎo)帶邊緣和價(jià)帶邊緣的示意性能帶圖；圖3C是示出了具有吸收層和頂部接觸層的示例性勢(shì)壘紅外探測(cè)器的導(dǎo)帶邊緣和價(jià)帶邊緣的示意性能帶圖，其中所述吸收層和頂部接觸層具有不同的帶隙和不同的摻雜類(lèi)型，由分級(jí)的間隙勢(shì)壘層連接；及圖5是生產(chǎn)勢(shì)壘紅外探測(cè)器的示例性方法的流程圖。
優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述1.概述如前所述，本發(fā)明的實(shí)施方式目的在于一種半導(dǎo)體紅外探測(cè)器的新型的數(shù)字合金吸收層，其可增大光譜響應(yīng)范圍和提高光生載流子的遷移率(例如，在η&ι光電探測(cè)器和 p-n光電探測(cè)器中)。本發(fā)明的數(shù)字合金吸收體實(shí)施方式可采用周期性嵌入到吸收層的不同的宿主半導(dǎo)體材料中的半導(dǎo)體的一個(gè)(或其一部分)到幾個(gè)單層(插入層)。插入層的半導(dǎo)體材料和宿主半導(dǎo)體材料可具有實(shí)質(zhì)上失配的晶格常數(shù)。所述技術(shù)同時(shí)允許控制合金組成和凈應(yīng)力，其是光電探測(cè)器操作的關(guān)鍵參數(shù)。在光電探測(cè)器中，吸收體是η-型摻雜的，因此其光載流子提取特性在很大程度上取決于空穴傳輸。在通常的InAs/feSb類(lèi)型-II超晶格中空穴遷移率較小，因此對(duì)空穴傳輸不利。保持插入層非常薄(通常小于2個(gè)單層)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是插入層不需要具有與宿主幾乎晶格匹配的晶格常數(shù)，從而允許在插入材料的選取上更加靈活。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是雖然空穴遷移率在具有相對(duì)厚(例如，5或更多單層)的插入層的結(jié)構(gòu)中通常實(shí)質(zhì)上減小，但它們?cè)诰哂蟹浅１〉牟迦雽拥慕Y(jié)構(gòu)中卻不是這樣。雖然本文主要關(guān)于η&ι光電探測(cè)器描述了本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，所述新型吸收層也可應(yīng)用于任何其他類(lèi)型。例如，可以實(shí)現(xiàn)pBn、雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)(DH)、 或使用類(lèi)似的吸收層的任何其他光電探測(cè)器。2.紅外探測(cè)器和數(shù)字合金吸收體圖IA和圖IB是分別示出p-n光電二極管和η&ι勢(shì)壘紅外探測(cè)器的示例性導(dǎo)帶邊緣和價(jià)帶邊緣的示意性能帶圖。圖IB中示出的典型的勢(shì)壘光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)的能帶圖具有輕微η-摻雜的頂吸收層區(qū)、勢(shì)壘層和η-摻雜的頂部接觸層。除了 η-型吸收層區(qū)現(xiàn)在是輕微η-型摻雜的，結(jié)(空間電荷區(qū))由特別設(shè)計(jì)的寬間隙勢(shì)壘層⑶替代，及P-接觸層由 η-接觸層替代外，它與圖IA示出的典型的p-n光電二極管的能帶圖相似。勢(shì)壘紅外探測(cè)器的獨(dú)特性質(zhì)產(chǎn)生于包含特別設(shè)計(jì)的勢(shì)壘層的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，所述勢(shì)壘層可阻擋一種類(lèi)型的載流子(電子或空穴)但同時(shí)允許另一種載流子不受阻地流過(guò)。注意到勢(shì)壘層不阻擋吸收層中的光生電子或空穴的流動(dòng)比較重要。圖IB示出了吸收層的光生電子或空穴可以分別向左和向右流動(dòng)；兩者都不被勢(shì)壘層阻擋。然而，勢(shì)壘層在阻擋暗電流時(shí)非常有效。減小暗電流 (噪聲)而不會(huì)阻擋光電流(信號(hào))是勢(shì)壘紅外探測(cè)器設(shè)計(jì)成功的關(guān)鍵。為了實(shí)現(xiàn)紅外探測(cè)器的高性能，減小暗電流是一個(gè)重要目標(biāo)。減小暗電流(噪聲)增大了 D*(比檢測(cè)率；信噪比的度量)，且導(dǎo)致較高的探測(cè)器操作溫度和/或靈敏度。 當(dāng)今的高性能紅外探測(cè)器通常基于P-n結(jié)設(shè)計(jì)，如以上在圖IA中所示的。在p-n 二極管中，主要的限制性能的暗電流機(jī)制為(1)表面漏電流，(2)擴(kuò)散暗電流，及(3)生成-再結(jié)合(G-R)暗電流。表面漏電流通?？赏ㄟ^(guò)鈍化和/或平面工藝技術(shù)來(lái)抑制。擴(kuò)散暗電流主要來(lái)自于熱產(chǎn)生的來(lái)自結(jié)外的準(zhǔn)中性區(qū)的少數(shù)載流子，且與exp(-Eg/kT)成比例，其中I是探測(cè)器吸收材料的能帶間隙。G-R暗電流來(lái)自于帶間輻射、Auger (載流子散射)和 Shockley-Read-Hall (SRH)過(guò)程。雖然輻射和Auger過(guò)程是基本的，甚至在吸收區(qū)發(fā)生，發(fā)生在包圍結(jié)的耗盡區(qū)中的SRH過(guò)程則歸因于能帶間隙的晶體缺陷和雜質(zhì)能級(jí)。SRH暗電流與exp(-Eg/kT)成比例，且經(jīng)常是占優(yōu)勢(shì)的暗電流源，尤其在較低的溫度時(shí)。因此，通過(guò)減少表面和體缺陷或通過(guò)設(shè)備設(shè)計(jì)來(lái)消除SRH暗電流是高度合乎需要的。接著由更基本的機(jī)制來(lái)控制暗電流的性能。用于減小暗電流的一個(gè)重要的紅外探測(cè)器設(shè)計(jì)原理是使用半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)。在這點(diǎn)上，勢(shì)壘紅外探測(cè)器方法被證明是高度有效的。在p-n結(jié)中，如圖IA所示，由于SRH過(guò)程， 在結(jié)(空間電荷區(qū))上的下降偏壓不可避免地產(chǎn)生了不需要的G-R暗電流。在通常的操作條件下，為了在頂部接觸層處的空穴聚集，η&ι結(jié)構(gòu)被輕微偏壓，如圖IB所示。大部分所施加的偏壓在勢(shì)壘區(qū)上下降，由于寬得多的帶隙，SRH暗電流幾乎被全部抑制(回想SRH暗電流與exp(-Eg/kT)成比例，當(dāng)&較大時(shí)被抑制)。勢(shì)壘也用于阻擋來(lái)自頂部接觸層的電子 (多數(shù)載流子)暗電流的流動(dòng)；被勢(shì)壘阻擋的電子最終與熱產(chǎn)生的空穴再結(jié)合，因此沒(méi)有來(lái)自接觸層的凈擴(kuò)散暗電流。該機(jī)制對(duì)于在較高的溫度處抑制暗電流非常重要，其中擴(kuò)散暗電流變得重要。此外，當(dāng)與平面制造工藝結(jié)合使用時(shí)，該較寬的帶隙勢(shì)壘阻止表面再結(jié)合并用于抑制表面暗電流。暗電流抑制導(dǎo)致在勢(shì)壘紅外探測(cè)器中在給定的溫度處增大的信噪比，或可選地， 在相同的信噪比的較高的操作溫度。作為這些暗電流減小機(jī)制的結(jié)果，勢(shì)壘紅外探測(cè)器可展現(xiàn)出突破性的性能。本發(fā)明的實(shí)施方式的關(guān)鍵創(chuàng)新是在吸收層中采用數(shù)字合金?？刹捎迷撔滦臀諏觼?lái)減小吸收層的帶隙從而擴(kuò)展截止波長(zhǎng)，例如，高達(dá)5 μ m或更大。此外，所描述的數(shù)字合金吸收體的周期結(jié)構(gòu)的效應(yīng)可減小帶隙(導(dǎo)致較長(zhǎng)的截止波長(zhǎng))。事實(shí)上，注意到包括相同的半導(dǎo)體材料和組成的均質(zhì)混合物的吸收層(其以別的方式可如本文描述在新型數(shù)字合金吸收體中使用)展現(xiàn)出比在新型數(shù)字合金吸收體結(jié)構(gòu)中采用這些材料實(shí)現(xiàn)的帶隙更高的帶隙很重要。因此，令人感到驚奇的是，僅僅新型數(shù)字合金吸收體結(jié)構(gòu)是造成一些帶隙減小超過(guò)由較寬范圍的半導(dǎo)體材料提供的帶隙減小的原因，所述半導(dǎo)體材料可被組合，即，包括在宿主和插入物之間的晶格失配的半導(dǎo)體材料。圖IC是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的一般化的光電探測(cè)器100(例如勢(shì)壘光電探測(cè)器)的數(shù)字合金吸收層102的示意圖。通常，吸收層102生長(zhǎng)在襯底層104例如(iaSb 上，然后勢(shì)壘層118可生長(zhǎng)在吸收層102的頂部上。隨后，頂部接觸層120可生長(zhǎng)在勢(shì)壘層 118上。應(yīng)該注意在本領(lǐng)域中公知的是，通過(guò)緩沖層106的生長(zhǎng)，襯底層104使其表面準(zhǔn)備用于后續(xù)的半導(dǎo)體層，緩沖層106可為與襯底層104相同的材料(例如，GaSb)或適于待生長(zhǎng)的下一個(gè)層的一些其他材料。因此，如在本公開(kāi)中所使用的，認(rèn)為襯底層104包括任何必要的緩沖層106。 此外，在一些光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)中，根據(jù)設(shè)備，中間層108可生長(zhǎng)在襯底層104 (包括緩沖層106)上。例如，可選的中間層108可以是底部接觸層或附加的勢(shì)壘層。在以下章節(jié)中將描述具體設(shè)備結(jié)構(gòu)的實(shí)例。因此，如在本公開(kāi)中所使用的，“生長(zhǎng)在襯底層104上的吸收層”表示吸收層102生長(zhǎng)在支撐襯底層104上，支撐襯底層104可直接在襯底層104(其包括緩沖層106)上，或在襯底層104上，其間有中間層108。 雖然圖IC不是按比例的圖，但在右側(cè)放大的圓形插圖中示出了新型吸收層的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。光電探測(cè)器100的新型吸收層102被示為包括宿主半導(dǎo)體材料(例如，InAsSb)的多個(gè)宿主層110A-110D，在宿主半導(dǎo)體材料生長(zhǎng)時(shí)，所述多個(gè)宿主層110A-110D被插入半導(dǎo)體材料的(例如，InAs)的插入層112A-112C隔開(kāi)。包括插入層112A-112C有效地減小了吸收層102的帶隙，吸收層1 02將僅有宿主材料。因此，插入半導(dǎo)體材料被周期性地插入以產(chǎn)生多個(gè)插入層112A-112C，其與所述多個(gè)宿主層110A-110D的至少一些交錯(cuò)，所述多個(gè)宿主層每個(gè)在其間均具有宿主間隔厚度116。所述多個(gè)插入層112A-112C中的每個(gè)均具有插入厚度114。宿主半導(dǎo)體材料與在下層的襯底層114的材料晶格匹配以便限制結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力。然而，插入厚度114和宿主間隔厚度116之間的相對(duì)差異(即，插入厚度顯著小于宿主間隔厚度)允許宿主半導(dǎo)體材料和插入半導(dǎo)體材料具有實(shí)質(zhì)上失配的晶格常數(shù)。例如， InAsSb的宿主半導(dǎo)體材料具有與(iaSb襯底的晶格常數(shù)緊密匹配的晶格常數(shù)(即，6. 1埃)， 而具有6. 48埃的晶格常數(shù)的^Sb的插入半導(dǎo)體材料與InAsSb宿主半導(dǎo)體材料的晶格常數(shù)實(shí)質(zhì)上失配。使用重復(fù)宿主層110A-110D和插入層112A-112C的大量周期來(lái)發(fā)展典型的吸收層 102。(一個(gè)周期是一個(gè)宿主層和一個(gè)插入層。)例如，襯底層104可為500 μ m厚，而生長(zhǎng)有周期性的宿主-插入層結(jié)構(gòu)的示例性的吸收層102可僅為5 μ m厚。5 μ m吸收層102的每一周期可包括一個(gè)60埃的宿主層和一個(gè)3埃的插入層。因此，示例性吸收層102將包括總共近似8000個(gè)周期。如上所討論的，宿主間隔厚度116和插入厚度114之間的相對(duì)差異允許宿主和插入材料的實(shí)質(zhì)上失配的晶格常數(shù)。通常，插入厚度可至少比宿主間隔厚度薄一個(gè)數(shù)量級(jí)。通常，插入厚度可小于4埃，而宿主間隔厚度可大于55埃。插入厚度114也可在插入半導(dǎo)體材料的單層方面來(lái)限定。例如，插入層可為一個(gè)單層到幾個(gè)單層的部分厚。 在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，數(shù)字合金吸收層102可被設(shè)計(jì)為提供分級(jí)的帶隙。圖ID是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的數(shù)字合金吸收層102的示意圖，該數(shù)字合金吸收層102具有逐步增大的宿主間隔厚度116A-116D以產(chǎn)生光電探測(cè)器100的分級(jí)的帶隙。圖ID僅示出了可選的吸收層122的另一放大圖，所述吸收層122可取代圖IC的光電探測(cè)器100的吸收層102。在這種情況下，宿主間隔厚度116A-116D沿著宿主半導(dǎo)體材料的生長(zhǎng)方向以逐步的方式增大。宿主間隔厚度116A-116D穿過(guò)整個(gè)吸收層122的不同的宿主層110A-110F逐步變化的效果是有效產(chǎn)生分級(jí)的帶隙。這是因?yàn)橥ǔＪ褂幂^大數(shù)量(例如，8000)的宿主層。根據(jù)期望的帶隙等級(jí)，可以改變穿過(guò)整個(gè)吸收層122的不同的宿主層 110A-110F的宿主間隔厚度116A-116D的變化速率。(在光電探測(cè)器設(shè)計(jì)中帶隙等級(jí)的使用在下一章節(jié)中被討論。)然而，通常，穿過(guò)整個(gè)吸收層122的插入厚度112A-112E保持不變。最后，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，在保持符合這些原理的情況下，可以采用其他半導(dǎo)體材料組合。例如，可以使用InAsSb宿主半導(dǎo)體材料，GaAs插入半導(dǎo)體材料在(}aSb襯底上。在其他實(shí)例中，可在InAs襯底上發(fā)展光電探測(cè)器100?？刹捎盟枋龅奈諏?02 的一些示例性光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)在下一章節(jié)被詳細(xì)描述。3.具有數(shù)字合金吸收體的示例性紅外探測(cè)器圖2A示出了示例性勢(shì)壘紅外探測(cè)器實(shí)施方式，底部接觸層布置在襯底層和吸收層之間，金屬接觸部沉積在暴露的底部接觸區(qū)上。設(shè)備200示出包括紅外吸收層202和相鄰的勢(shì)壘層204的η&ι結(jié)構(gòu)，所述勢(shì)壘層204插入在設(shè)備中以抑制暗電流。吸收層202包括宿主半導(dǎo)體材料(例如，InAsSb)的多個(gè)宿主層，所述多個(gè)宿主層被插入半導(dǎo)體材料(例如，InAs)的插入層隔開(kāi)，如先前在圖IC的吸收層102和可選地在圖ID的吸收層122中所描述的。通常，吸收層202可為幾微米厚(例如，近似5到6μπι)，而勢(shì)壘層204薄得多。勢(shì)壘層204可以?xún)H幾百納米厚，例如，200nm。在一些實(shí)施方式中，吸收體可包括逐步增大的宿主間隔厚度以產(chǎn)生分級(jí)的帶隙和/或勢(shì)壘混合比率可沿著層的生長(zhǎng)方向(由圖中的箭頭示出)變化，如將在此后參考圖3A到3C所描述的。見(jiàn)由Ting等人于2009年9月25日提交的且題目為"HIGH OPERATING TEMPERATURE BARRIER INFRAREDDETEDTOR WITH TALORABLE ⑶TOFF WAVELENGTH”的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?2/567635，該申請(qǐng)通過(guò)引用被并入本文，描述了變化的組成以產(chǎn)生分級(jí)的勢(shì)壘層。通常，頂部接觸層可為η摻雜的。然而，頂部接觸層可包括不同于吸收層宿主材料的摻雜的摻雜。在示例性設(shè)備200中，吸收層202和勢(shì)壘層204被底部接觸層210和頂部接觸層 208限定。頂部接觸層208和底部接觸層210提供了用于沉積頂部金屬接觸部212和底部金屬接觸部214以用于設(shè)備200的電連接的適當(dāng)?shù)膮^(qū)域。頂部接觸層208可生長(zhǎng)在勢(shì)壘層 204上，頂部金屬接觸部212沉積在頂部接觸層208上。底部接觸層210可生長(zhǎng)在襯底層 206上(以在吸收層202生長(zhǎng)在襯底層206上后布置在襯底層206和吸收層202之間)。然后底部金屬接觸部214可沉積在暴露的底部接觸區(qū)216上。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的， 通過(guò)蝕刻可暴露底部接觸區(qū)216。應(yīng)該注意，本發(fā)明的實(shí)施方式可采用任何已知的可選的接觸層和金屬接觸設(shè)計(jì)。圖2Β示出了金屬接觸部沉積在吸收層的暴露的吸收區(qū)上的示例性勢(shì)壘紅外探測(cè)器設(shè)備220。一般，設(shè)備220以與圖2Α所述的設(shè)備200相同的方式運(yùn)行且具有與其相同的元件。然而，在這種情況下，消除了底部接觸層210且底部金屬接觸部214直接沉積在設(shè)備 220的吸收層202的暴露的吸收區(qū)222上。通過(guò)這種可選的技術(shù)提供與吸收層202的電連接。這里，同樣，吸收層202包括宿主半導(dǎo)體材料(例如，InAsSb)的多個(gè)宿主層，其被插入半導(dǎo)體材料(例如，InAs)的插入層隔開(kāi)，如先前在圖IC的吸收層102和可選地在圖ID的吸收層122中描述的。圖2C示出了包括元件的陣列的示例性勢(shì)壘紅外探測(cè)器設(shè)備Μ0。一般，設(shè)備220 與圖2Α所述的設(shè)備200相同的方式運(yùn)行且具有與其相同的元件。然而，在這種情況下，頂部接觸層208被隔離成元件M4A-244F的陣列Μ2。通過(guò)蝕刻頂部接觸層或通過(guò)任何其他已知的技術(shù)可實(shí)現(xiàn)陣列的隔離。然后單獨(dú)的金屬接觸部M6A-246F可沉積在頂部接觸層的陣列242的每個(gè)元件M4A-244F上。元件M4A-244F的陣列242形成在它們單獨(dú)的金屬接觸部M6A-246F和公共的底部金屬接觸部214之間的電絕緣的單獨(dú)起作用的探測(cè)器，該探測(cè)器可在探測(cè)器陣列、成像陣列或焦平面陣列中使用，如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的。應(yīng)該注意，陣列設(shè)備240被示為具有圖2Α的設(shè)備200的底部金屬接觸部214的設(shè)計(jì)，然而，如本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的，陣列設(shè)備204也可采用圖2Β的設(shè)備220的底部接觸層210和底部金屬接觸部214設(shè)計(jì)。與前面的圖2Α和2Β的探測(cè)器一樣，陣列探測(cè)器240也使用包括宿主半導(dǎo)體材料(例如，InAsSb)的多個(gè)宿主層的吸收層202來(lái)操作，所述多個(gè)宿主層被插入半導(dǎo)體材料(例如，InAs)的插入層隔開(kāi)，如先前在圖IC的吸收層102和可選地圖ID的吸收層122中所描述的。示例性探測(cè)器200、220、240可通過(guò)與前述參數(shù)和任何已知的半導(dǎo)體設(shè)備制造技術(shù)一尤其是包括已知的勢(shì)壘紅外探測(cè)器的光電探測(cè)器半導(dǎo)體設(shè)備相符合的另外的和/或可選的部件和架構(gòu)來(lái)被進(jìn)一步增強(qiáng)，如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的。以類(lèi)似的方式，本發(fā)明的實(shí)施方式對(duì)于一般任何其他已知的勢(shì)壘紅外探測(cè)器的各種層(例如接觸層)可采用任何已知的材料和架構(gòu)，如將被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解的。
圖3A是示出了示例性勢(shì)壘紅外探測(cè)器的示例性導(dǎo)帶邊緣和價(jià)帶邊緣的示意性能帶圖。這與圖IB的更一般化的能帶圖相似。能帶被示為穿過(guò)底部接觸層，隨后是輕微η-摻雜的頂吸收層、勢(shì)壘層、和η-摻雜的頂部接觸層。勢(shì)壘層被周密地設(shè)計(jì)以抑制暗電流(噪聲)而不會(huì)阻擋電子或空穴光電流(信號(hào))的流動(dòng)。注意，設(shè)備200的襯底層206通常不被視為能帶圖的元素，如本領(lǐng)域所知的。(襯底層206實(shí)質(zhì)上與設(shè)備的紅外探測(cè)操作無(wú)關(guān)。)本發(fā)明的示例性高操作溫度勢(shì)壘紅外探測(cè)器實(shí)施方式(例如，在圖3Α中示出的) 采用了吸收層材料和勢(shì)壘層材料的匹配對(duì)，所述吸收層材料和勢(shì)壘層材料具有近似相同的價(jià)帶邊緣(Ev)以允許未受阻的空穴流，而其導(dǎo)帶邊緣(Ec)展現(xiàn)出較大的差異以形成電子勢(shì)壘。此外，吸收層的宿主材料和勢(shì)壘層材料應(yīng)該具有實(shí)質(zhì)上相似的晶格常數(shù)，所述晶格常數(shù)也應(yīng)該匹配它們生長(zhǎng)在其上的襯底層材料的晶格常數(shù)以確保高材料質(zhì)量和低缺陷密度。沿著生長(zhǎng)方向具有逐步增大的宿主間隔厚度的吸收層可在η&ι探測(cè)器中使用以提供分級(jí)的帶隙，如圖3B的從Z1到的過(guò)渡所示。圖:3B的能帶圖示出了具有這種分級(jí)的帶隙的吸收層的η&ι探測(cè)器，其通過(guò)沿著生長(zhǎng)方向(如圖ID所示)逐步增大宿主間隔厚度來(lái)產(chǎn)生。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是分級(jí)的帶隙充當(dāng)準(zhǔn)電場(chǎng)，所述準(zhǔn)電場(chǎng)用于使空穴移向頂部接觸層。在設(shè)備結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施方式中，頂部接觸層可由GaInAsSb合金制成。在設(shè)備結(jié)構(gòu)的另一個(gè)實(shí)施方式中，吸收宿主和頂部接觸層可具有不同的摻雜類(lèi)型。在又一個(gè)實(shí)施方式中，勢(shì)壘層的組成可沿著生長(zhǎng)方向變化。圖3C示出了具有所有上面提到的特性的設(shè)備結(jié)構(gòu)。例如，吸收層宿主可為η-型摻雜的，而頂部接觸層可為ρ-型摻雜的。此外，勢(shì)壘層組成可沿著生長(zhǎng)方向從yl到y(tǒng)2變化。注意，執(zhí)行勢(shì)壘層的組成的改變以產(chǎn)生吸收層和頂部接觸層的價(jià)帶邊緣之間的平滑過(guò)渡，如圖3C中從yl到y(tǒng)2的過(guò)渡所示。4.生產(chǎn)紅外探測(cè)器的數(shù)字合金吸收體本發(fā)明的實(shí)施方式也包括生產(chǎn)紅外探測(cè)器設(shè)備中的數(shù)字合金吸收層的方法。如上所述，該設(shè)備可被定制為具有期望的截止波長(zhǎng)，例如，高達(dá)至少5 μ m。圖4是生產(chǎn)光電探測(cè)器的吸收層的示例性方法400的流程圖。方法400以使包括宿主半導(dǎo)體材料的多個(gè)宿主層生長(zhǎng)的操作402開(kāi)始。在操作404中，在宿主半導(dǎo)體材料生長(zhǎng)時(shí)，插入半導(dǎo)體材料周期性地插入到宿主半導(dǎo)體材料中，使得多個(gè)插入層與所述多個(gè)宿主層的至少一些交錯(cuò)，所述多個(gè)宿主層中的每個(gè)具有插入層之間的宿主間隔厚度，所述多個(gè)插入層中的每個(gè)具有插入厚度。宿主半導(dǎo)體材料和插入半導(dǎo)體材料具有實(shí)質(zhì)上失配的晶格常數(shù)，且插入厚度顯著小于宿主間隔厚度。注意到使單個(gè)宿主層生長(zhǎng)然后使插入層生長(zhǎng)被順序和重復(fù)地執(zhí)行以發(fā)展整個(gè)吸收層很重要。然而，如本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的，操作 402和404(其總的來(lái)說(shuō)分別定義使多個(gè)宿主層生長(zhǎng)和插入多個(gè)插入層)實(shí)質(zhì)上同步執(zhí)行。 可通過(guò)與前述參數(shù)和任何已知的半導(dǎo)體設(shè)備制造技術(shù)相符合的可選的操作來(lái)進(jìn)一步改進(jìn)方法400，如本領(lǐng)域技術(shù)人員理解的。此外，用于生產(chǎn)特定的光電探測(cè)器設(shè)備的方法可包括僅用于發(fā)展數(shù)字合金吸收層的方法400。例如，為了生產(chǎn)示例性勢(shì)壘光電探測(cè)器，可首先提供feiSb或InAs襯底。然后， 適合的緩沖層可生長(zhǎng)在襯底上以使表面準(zhǔn)備用于數(shù)字合金吸收層，例如，匹配宿主半導(dǎo)體材料。(根據(jù)設(shè)備，可選的下部接觸層或勢(shì)壘層可生長(zhǎng)在緩沖層上。)然后根據(jù)所描述的方法400產(chǎn)生吸收層。隨后，勢(shì)壘層生長(zhǎng)在吸收層(例如，AKkiAsSb層，其中( 和As濃度可改變以?xún)?yōu)化性能)上。最后，導(dǎo)電頂部接觸層可生長(zhǎng)在勢(shì)壘層上。然后可增加用于操作設(shè)備的金屬接觸部(例如，在頂部接觸層上和下部接觸層的暴露區(qū)或吸收層上)。
這總結(jié)了包括本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的描述。為了說(shuō)明和描述的目的提出了包括本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的前述描述。它沒(méi)有被規(guī)定為無(wú)遺漏的或?qū)⒈景l(fā)明限制到所公開(kāi)的準(zhǔn)確形式。在前述教導(dǎo)的范圍內(nèi)的許多修改和變化是可能的?？梢栽O(shè)計(jì)本發(fā)明的另外的變化而不偏離如下面的權(quán)利要求闡述的發(fā)明概念。
權(quán)利要求
1.一種光電探測(cè)器的吸收層，包括宿主半導(dǎo)體材料，其生長(zhǎng)為多個(gè)宿主層；以及插入半導(dǎo)體材料，其在所述宿主半導(dǎo)體材料生長(zhǎng)時(shí)被作為多個(gè)插入層周期性地插入， 所述多個(gè)插入層與所述多個(gè)宿主層中的至少一些交錯(cuò)，所述多個(gè)宿主層中的每個(gè)具有插入層之間的宿主間隔厚度，所述多個(gè)插入層中的每個(gè)具有插入厚度；其中所述插入厚度是兩個(gè)單層或更少，且顯著小于所述宿主間隔厚度。
2.一種生長(zhǎng)用于光電探測(cè)器的吸收層的方法，包括生長(zhǎng)包括宿主半導(dǎo)體材料的多個(gè)宿主層；以及在所述宿主半導(dǎo)體材料生長(zhǎng)時(shí)，將插入半導(dǎo)體材料周期性地插入到所述宿主半導(dǎo)體材料中，使得所述多個(gè)插入層與所述多個(gè)宿主層中的至少一些交錯(cuò)，所述多個(gè)宿主層中的每個(gè)具有插入層之間的宿主間隔厚度，所述多個(gè)插入層中的每個(gè)具有插入厚度；其中所述插入厚度為兩個(gè)單層或更小，且顯著小于所述宿主間隔厚度。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的裝置或方法，其中所述宿主半導(dǎo)體材料和所述插入半導(dǎo)體材料具有實(shí)質(zhì)上失配的晶格常數(shù)。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的裝置或方法，其中所述插入厚度比所述宿主間隔厚度薄至少一個(gè)數(shù)量級(jí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸收層，其中所述宿主間隔厚度為至少10個(gè)單層。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的裝置或方法，其中所述宿主間隔厚度沿著所述宿主半導(dǎo)體材料的生長(zhǎng)方向逐步增大。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的裝置或方法，其中所述宿主半導(dǎo)體材料包括 InAsSb0
8.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的裝置或方法，其中所述多個(gè)插入層的插入半導(dǎo)體材料包括hSb。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的裝置或方法，其中所述光電探測(cè)器是元件陣列中的一個(gè)。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的裝置或方法，其中所述光電探測(cè)器包括勢(shì)壘光電探測(cè)器，所述勢(shì)壘光電探測(cè)器還包括所述吸收層生長(zhǎng)在其上的襯底層、生長(zhǎng)在所述吸收層上的勢(shì)壘層、及生長(zhǎng)在所述勢(shì)壘層上的接觸層。
全文摘要
為了增大光譜響應(yīng)范圍和提高光生載流子的遷移率(例如，在nBn光電探測(cè)器中)，可通過(guò)將半導(dǎo)體材料的一個(gè)(或其一部分)或多個(gè)單層(插入層)周期性地嵌入到吸收層的不同的宿主半導(dǎo)體材料中來(lái)采用數(shù)字合金吸收體。插入層的半導(dǎo)體材料和宿主半導(dǎo)體材料可具有實(shí)質(zhì)上失配的晶格常數(shù)。例如，這可通過(guò)將InSb的單層周期性地嵌入到InAsSb宿主中作為吸收區(qū)以擴(kuò)展諸如基于InAsSb的nBn設(shè)備的InAsSb光電探測(cè)器的截止波長(zhǎng)來(lái)執(zhí)行。所述技術(shù)允許同時(shí)控制合金組成和凈應(yīng)力，其都是光電探測(cè)器操作的關(guān)鍵參數(shù)。
文檔編號(hào)H01L31/101GK102265412SQ200980150685
公開(kāi)日2011年11月30日 申請(qǐng)日期2009年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月16日
發(fā)明者丁肇酉, 科里·J·希爾, 薩拉·D·古納帕拉 申請(qǐng)人:加州理工學(xué)院