本發(fā)明涉及紅外探測器領(lǐng)域，具體涉及一種提高光吸收率的量子阱紅外探測器及其制作方法。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)帶間光吸收指電子吸收光子后，從價帶躍遷到導(dǎo)帶，從而產(chǎn)生一個光生電子空穴對，這些光生載流子在外加偏壓的作用下，被收集形成光電流，這是傳統(tǒng)基于帶間吸收半導(dǎo)體光電探測器的基本原理。這種吸收要求光子的能量大于材料的禁帶寬度，而對于紅外光來講，紅外光波長長，相對應(yīng)的能量小，需要材料具有很小的禁帶寬度才能發(fā)生這種光吸收，因此，在基于傳統(tǒng)帶間吸收的紅外探測器的制作過程中，材料的選擇收到很大的限制，一般只能選用hgcdte材料，但是中hg-te鍵比較脆弱，導(dǎo)致紅外探測器的制作不容易。

量子阱紅外探測器通過量子阱結(jié)構(gòu)與摻雜的設(shè)計，在量子阱內(nèi)形成特定的子能級，利用量子阱導(dǎo)帶(或價帶)內(nèi)子能帶間或子能帶到擴展態(tài)間的電子(或空穴)躍遷。這樣在紅外光的作用下，可以發(fā)生量子阱內(nèi)子能級之間或者子能級到連續(xù)態(tài)之間的躍遷，這些受激發(fā)的載流子在偏壓作用下被收集形成光電流。因此，量子阱紅外探測器具有穩(wěn)定性好、響應(yīng)速度快、抗輻射和易制作大面積焦平面陣列等優(yōu)點。

但是在量子阱紅外探測器使用過程中，入射的紅外光一部分進入量子阱內(nèi)部，一部分在進入量子阱之前發(fā)生反射，這就導(dǎo)致入射的紅外光利用率低，造成量子阱紅外探測器的探測結(jié)果發(fā)生偏差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種提高光吸收率的量子阱紅外探測器及其制作方法，本發(fā)明的量子阱紅外探測器的紅外光入射區(qū)域為三角形凹槽，使得入射到三角形凹槽其中一個面上的紅外光被反射至另外一個面吸收，提高了紅外光的吸收效率。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種提高光吸收率的量子阱紅外探測器，其中，包括硅襯底、量子阱單元、上電極、上電極歐姆接觸層、下電極，下電極歐姆接觸層和絕緣層，所述硅襯底表面為三角形凹槽，作為紅外光的入射區(qū)域，所述量子阱單元沉積在所述硅襯底表面上，所述上電極歐姆接觸層位于所述量子阱單元的最上層中，且所述上電極歐姆接觸層上方為上電極，所述下電極歐姆接觸層位于量子阱單元的最下層，所述下電極通過所述下電極歐姆接觸層與量子阱單元的最下層連接，且所述下電極與所述硅襯底以及量子阱單元的其他層之間通過所述絕緣層進行隔離。

進一步地，所述硅襯底的表面為(100)晶面。

進一步地，所述硅襯底在堿性溶液中進行腐蝕，形成三角形凹槽。

進一步地，所述堿性溶液為epw或koh或nh4oh或tmah。

進一步地，所述上電極和下電極為pt。

進一步地，所述量子阱單元為gaas層和alxga1-xas層交替形成，其中，alxga1-xas層的厚度小于gaas層的厚度，且所述量子阱單元的最上層和最下層均為gaas層。

進一步地，所述量子阱單元為ingaas層和alxga1-xas層交替形成，其中，alxga1-xas層的厚度小于ingaas層的厚度，且所述量子阱單元的最上層和最下層均為ingaas層。

進一步地，所述量子阱單元為si層和sixge1-x層交替形成，其中，sixge1-x層的厚度小于si層的厚度，且所述量子阱單元的最上層和最下層均為si層。

一種提高光吸收率的量子阱紅外探測器的制作方法，步驟如下：

s01：在硅襯底表面上生長一層絕緣層；

s02：以絕緣層為掩膜，將硅襯底放入堿性溶液中刻蝕，形成表面具有三角形凹槽的硅襯底，去除下電極所在位置以外的絕緣層；

s03：采用外延生長法在含有三角形凹槽的硅襯底表面生長量子阱單元；

s04：在量子阱單元的最上層邊緣生長上電極，對位于上電極正下方的量子阱單元的最上層區(qū)域進行離子注入形成上電極歐姆接觸層；

s05：刻蝕絕緣層上方的量子阱單元，停止于絕緣層，形成凹槽，并且凹槽的橫截面積小于絕緣層的橫截面積，先在位于量子阱單元最下層以上的凹槽四周沉積絕緣層，再在凹槽中填充下電極，對下電極與量子阱單元最下層的接觸區(qū)域進行離子注入，形成下電極歐姆接觸層，其中，下電極通過下電極歐姆接觸層與量子阱單元的最下層連接，下電極與所述硅襯底以及量子阱單元的其他層之間通過絕緣層進行隔離。

一種提高光吸收率的量子阱紅外探測器的制作方法，步驟如下：

s01：在硅襯底表面上生長一層絕緣層，并在絕緣層的邊緣制作下電極；

s02：以絕緣層為掩膜，將硅襯底放入堿性溶液中刻蝕，形成表面具有三角形凹槽的硅襯底，去除下電極所在位置以外的絕緣層，且絕緣層的面積大于下電極的面積；

s03：采用外延生長法在含有三角形凹槽的硅襯底表面生長量子阱單元；

s04：在量子阱單元的最上層邊緣生長上電極，對位于上電極正下方的量子阱單元的最上層區(qū)域進行離子注入形成上電極歐姆接觸層；

s05：刻蝕下電極上方的量子阱單元，停止于下電極，形成凹槽，先在位于量子阱單元最下層以上的凹槽四周沉積絕緣層，再在凹槽中填充pad，對下電極與量子阱單元最下層的接觸區(qū)域進行離子注入，形成下電極歐姆接觸層，其中，下電極通過下電極歐姆接觸層與量子阱單元的最下層連接，下電極與所述硅襯底以及量子阱單元的其他層之間通過絕緣層進行隔離。

本發(fā)明的有益效果為：利用硅襯底不同晶面在堿性溶液中腐蝕速度不同的特點，將腐蝕速度最大的(100)晶面作為硅襯底的表面，通過在堿性溶液中腐蝕形成三角形凹槽；將量子阱單元沉積在三角形凹槽上方，紅外光入射在三角形凹槽上，當(dāng)入射在三角形凹槽其中一個面上的紅外光發(fā)生發(fā)射時，反射光剛好被反射到三角形凹槽另外一個面上進行入射，通過三角形凹槽的形狀設(shè)計，使得量子阱紅外探測器的光吸收率大大提高。

附圖說明

圖1為實施例1中一種提高光吸收率的量子阱紅外探測器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為實施例1中一種提高光吸收率的量子阱紅外探測器的結(jié)構(gòu)示意圖。

1硅襯底，2量子阱單元，3上電極，31上電極歐姆接觸層，4下電極，41下電極歐姆接觸層，42pad，5絕緣層。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式做進一步的詳細說明。

本發(fā)明提供的一種提高光吸收率的量子阱紅外探測器，包括硅襯底、量子阱單元、上電極、上電極歐姆接觸層、下電極，下電極歐姆接觸層和絕緣層。其中，硅襯底的表面為(100)晶面，在epw、koh、nh4oh或tmah等堿性溶液中，硅襯底不同晶面的腐蝕速度不同，其中(100)晶面的腐蝕速度最快，因此，在堿性溶液中，硅襯底不同晶面的各項異性腐蝕速度使得硅襯底表面形成三角形凹槽。在硅襯底表面沉積量子阱單元，量子阱單元可以為gaas層和alxga1-xas層交替形成，其中，alxga1-xas層的厚度小于gaas層的厚度，且量子阱單元的最上層和最下層均為gaas層，也可以為ingaas層和alxga1-xas層交替形成，其中，alxga1-xas層的厚度小于ingaas層的厚度，且量子阱單元的最上層和最下層均為ingaas層，還可以為si層和sixge1-x層交替形成，其中，sixge1-x層的厚度小于si層的厚度，且量子阱單元的最上層和最下層均為si層。位于硅襯底表面三角形凹槽中的量子阱單元作為本發(fā)明量子阱紅外探測器的入射區(qū)域，當(dāng)紅外光垂直于三角形凹槽其中一個面入射時，一部分入射光進入量子阱單元中，一部分入射光被反射，而被反射的這部分光剛好被反射到三角形凹槽的另一個面上，該反射光作為二次入射光再次被量子阱單元吸收。在量子阱紅外探測器的使用過程中只有入射到量子阱單元的這部分光是有效的，在傳統(tǒng)的量子阱紅外探測器中，量子阱單元的表面為水平的，因此，入射光被反射的部分就會被浪費掉，導(dǎo)致入射光利用率低，而在本發(fā)明中，量子阱單元的表面為三角形凹槽，大大增大了其表面積，同時，其中一個表面的反射光可以作為另一個表面的入射光進行二次入射，大大提高了入射光的吸收率。

其中，上電極用于引出量子阱單元的最上層，因此，上電極與量子阱單元的最上層連接，并且兩者連接的區(qū)域通過離子注入工藝注入硼離子或者磷離子，形成高濃度摻雜區(qū)，以形成上電級歐姆接觸層。

其中，下電極用于引出量子阱單元的最下層，因此，下電極與量子阱單元的最下層連接，而量子阱單元的最下層位于整個量子阱單元的最下端，若要將最下層引出，可以在最下層中制作下電極，并通過pad將其引出到量子阱單元之外，也可以直接在量子阱單元中制作貫穿量子阱單元的下電極，直接將量子阱單元的最下層引出。同樣，下電極與量子阱單元的最下層連接區(qū)域通過離子注入工藝注入硼離子或者磷離子，形成高濃度摻雜區(qū)，以形成下電級歐姆接觸層。在制作下電極過程紅，必須保證下電極通過下電極歐姆接觸層與量子阱單元的最下層連接，下電極與硅襯底以及量子阱單元的其他層之間通過絕緣層進行隔離。

以下通過具體實施例對本發(fā)明的制作方法做進一步描述。

實施例1

如圖1所示，本發(fā)明提供的一種量子阱紅外探測器的制作方法，具體步驟如下：

s01：選擇表面為(100)晶面的硅襯底1，此時，襯底表面水平，在硅襯底表面上通過化學(xué)氣相沉積法生長一層氧化硅絕緣層5。

s02：去除硅襯底表面中間部分的氧化硅絕緣層，以剩余氧化硅絕緣層為掩膜，將硅襯底放入koh堿性溶液中刻蝕，因為，硅襯底中(100)面在堿性溶液中腐蝕速度最快，最終形成表面具有三角形凹槽的硅襯底，去除下電極所在位置以外的氧化絕緣層，且絕緣層的面積大于下電極的面積，保證絕緣層可以完全隔離硅襯底和下電極。

s03：采用外延生長法在含有三角形凹槽的硅襯底表面交替生長gaas層和alxga1-xas層形成量子阱單元2，并且alxga1-xas層的厚度小于gaas層的厚度，且量子阱單元的最上層和最下層均為gaas層。

s04：在量子阱單元的最上層邊緣生長上電極pt，對位于上電極3正下方的量子阱單元的最上層區(qū)域進行硼離子注入形成上電極歐姆接觸層31。

s05：刻蝕絕緣層上方的量子阱單元，形成凹槽，停止于絕緣層，并且凹槽的橫截面積小于絕緣層的橫截面積，在量子阱單元最下層以上的凹槽四周沉積一層絕緣層，再在凹槽中填充下電極pt，此時，下電極4的下端為步驟s02中剩余的絕緣層，并且與量子阱單元的最下層連接，針對下電極與量子阱單元的最下層接觸區(qū)域，采用硼離子注入工藝形成下電極歐姆接觸層41；此時，下電極通過下電極歐姆接觸層與量子阱單元的最下層連接，下電極與硅襯底以及量子阱單元的其他層之間通過絕緣層進行隔離。

采用本實施例制作的量子阱紅外探測器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

實施例2

本發(fā)明提供的一種量子阱紅外探測器的制作方法，具體步驟如下：

s01：選擇表面為(100)晶面的硅襯底1，此時，襯底表面水平，在硅襯底表面上通過化學(xué)氣相沉積法生長一層絕緣層5，并在絕緣層的邊緣制作下電極4。

s02：去除硅襯底表面中間部分的絕緣層，以剩余絕緣層為掩膜，將硅襯底放入epw堿性溶液中刻蝕，因為，硅襯底中(100)面在堿性溶液中腐蝕速度最快，最終形成表面具有三角形凹槽的硅襯底，去除下電極所在位置以外的氧化絕緣層。

s03：采用外延生長法在含有三角形凹槽的硅襯底表面交替生長ingaas層和alxga1-xas層形成量子阱單元2，并且alxga1-xas層的厚度小于ingaas層的厚度，且量子阱單元的最上層和最下層均為ingaas層；

s04：在量子阱單元的最上層邊緣生長上電極3，對位于上電極正下方的量子阱單元的最上層區(qū)域進行磷離子注入形成上電極歐姆接觸層31；

s05：刻蝕下電極上方的量子阱單元，形成凹槽，停止于絕緣層，并且凹槽的橫截面積小于下電極的橫截面積，在量子阱單元最下層以上的凹槽四周沉積一層絕緣層，再在凹槽中填充導(dǎo)電的鋁金屬，形成pad42，此時，下電極的下端為絕緣層，并且與量子阱單元的最下層連接，針對下電極與量子阱單元的最下層接觸區(qū)域，采用磷離子注入工藝形成下電極歐姆接觸層41；此時，下電極通過下電極歐姆接觸層與量子阱單元的最下層連接，下電極與硅襯底以及量子阱單元的其他層之間通過絕緣層進行隔離。

采用本實施例制作的量子阱紅外探測器的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述實施例并非用于限制本發(fā)明的專利保護范圍，因此凡是運用本發(fā)明的說明書及附圖內(nèi)容所作的等同結(jié)構(gòu)變化，同理均應(yīng)包含在本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。