InAs-GaSb超晶格光伏型紅外探測器研究.pdf

1、InAs/Ga(In)Sb超晶格具有第二類型能帶排列方式,它的能帶結(jié)構(gòu)可以通過改變InAs層和GaSb層的厚度或者設(shè)計合適的勢壘層得到調(diào)整,從而使得這個材料體系的禁帶寬度有著很大的調(diào)整余地,理論上可以通過調(diào)整它的禁帶寬度使得探測器的探測截止波長在2-30μm之間。
　　本文對InAs/GaSb二類超晶格紅外探測材料與器件進(jìn)行了理論和實驗研究。利用包絡(luò)函數(shù)近似的8帶k·p理論建模,應(yīng)用有限元法對InAs/GaSb超晶格紅外探測的的能

2、帶結(jié)構(gòu)進(jìn)行了計算,得出了超晶格能帶在不同組分厚度,周期數(shù)以及InAs與GaSb厚度比時的值,并分析能帶隨著上述因素的變化趨勢。超晶格周期在20-30個周期之間時,探測器的探測截止波長隨周期數(shù)的增加而增加,30-70周期之間,看不到探測截止波長的增加。隨著超晶格周期厚度的增加,探測截止波長總趨勢是增加的,但是這種增加呈現(xiàn)周期性震蕩,在一個小周期內(nèi),隨著超晶格周期厚度的增加,探測截止波長反而有少量的減少。隨著超晶格中的InAs層的增加,探測

3、器的探測截止波長變長。
　　用掩模、光刻、腐蝕、蒸鍍、壓焊以及分裝等標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體加工工藝制作了PIN紅外探測器件,探索了器件制作工藝參數(shù),著重研究了不同腐蝕液體系對材料體系的腐蝕效果和腐蝕速率。酒石酸體系的腐蝕液中,HF濃度增加,腐蝕液對超晶格的腐蝕速率也急劇的增加,但是當(dāng)400mL的腐蝕液中HF的含量超過0.4mL時, HF的濃度增加不能再增加腐蝕液的腐蝕速度,可見HF只是起到催化劑的作用,并不作為反應(yīng)物質(zhì)影響反應(yīng)過程。H2O2濃

4、度對腐蝕速率的影響是正向的,隨著H2O2濃度的增加腐蝕速率呈線性增加。但是,H2O2濃度太高會氧化光刻膠,這樣就會影響腐蝕出的臺面圖形,不利于后續(xù)器件制作的過程。通過對比發(fā)現(xiàn)選用4mL的H2O2濃度圖形最佳。酒石酸+鹽酸體系在室溫下對InAs的腐蝕速率為56nm/Min,對GaSb的腐蝕速率為340nm/Min,對7ML/7ML超晶格腐蝕速率為96nm/Min,對14ML/7ML的超晶格材料的腐蝕速率為74nm/Min。
　　通過

5、對器件I-V特性測試分析得出,在外置電壓V<-0.5V時,器件處于負(fù)向飽和狀態(tài),在這個階段,主要是由于擴(kuò)散到過渡區(qū)的少子在pn結(jié)的結(jié)區(qū)電場作用下穿過過渡區(qū),形成擴(kuò)散電流。此時的反向抽取電流就是反向飽和電流,大小為-J0=-2.3nA。當(dāng)反偏電壓-0.5V

6、濃度,所以此時耗盡層中,電子和空穴復(fù)合的機(jī)會增加。通過復(fù)合使載流子濃度重新達(dá)到熱平衡,這些額外由于正向電流帶來的載流子無法越過勢壘,而通過產(chǎn)生—復(fù)合中心相互復(fù)合而消失。
　　通過對器件的暗電流譜和黑體輻射下光電響應(yīng)實驗結(jié)果分析得出,在λ=3.6μm時,35K的測試溫度下所輻射到器件光敏面能量全部吸收時,所制作的兩個器件的探測率D*分別為3.0×1014cmHz W和1.5×10141/2cmHz W。通過對器件的C-V特1/2性曲