躍迀的吸收峰，以上結果符合設計要求，進入下一步。
[0043]5)制備探測器單元:包括對外延晶片進行臺面刻蝕、電極蒸鍍以及側邊鈍化等步驟。利用光刻以及等離子體刻蝕ICP等工藝，將圖2所示的外延晶片進行臺面刻蝕，從而露出一部分底電極接觸層，形成如圖1所示的臺面結構，臺面大小為200 μmX200 μm，刻蝕深度為1300nm;然后在臺面上和臺面下利用電子束蒸發(fā)EBM設備蒸鍍頂電極5和底電極6，依次蒸鍍Ti (20nm) /Al (175nm) /Ni (45nm)/Au (500nm)形成環(huán)形電極，中間鏤空可使被探測光透過，并進行800°C快速退火形成歐姆接觸；為防止側邊漏電，用EBM蒸鍍500nm的S12,并利用光刻和BOE溶液在頂電極5和底電極6上刻蝕出窗口方便引線，進行側邊鈍化形成鈍化層7。
[0044]6)對探測器單元進行封裝和測試以獲取探測器的性能信息:如圖8所示，將由上述方法制備得到的探測器單元用低溫膠固定在銅塊熱沉8上，用金線9從探測器單元的頂電極5和底電極6分別引線至跳線板的電極10上，并用金線11將相應的跳線板電極10接在測試分析電路12上即完成對探測器單元的封裝過程，其中，測試分析電路12包含直流電壓源、前置放大器和溫控系統(tǒng)等。對封裝好的探測器單元進行FTIR測試，被測試紅外光13通過頂電極入射到探測器單元上，一般在低溫(5?100K)條件下可以測試到3?5μπι范圍的光電流響應，表明本發(fā)明的探測器具有廣闊的應用前景。
[0045]面向產(chǎn)業(yè)化的紅外成像儀是多個探測器單元組成的面陣，如320*320面陣紅外成像儀，探測器單元是紅外成像儀的一個像素。
[0046]最后需要注意的是，公布實施方式的目的在于幫助進一步理解本發(fā)明，但是本領域的技術人員可以理解:在不脫離本發(fā)明及所附的權利要求的精神和范圍內(nèi)，各種替換和修改都是可能的。因此，本發(fā)明不應局限于實施例所公開的內(nèi)容，本發(fā)明要求保護的范圍以權利要求書界定的范圍為準。
【主權項】
1.一種氮化物量子阱紅外探測器，其特征在于，所述氮化物量子阱紅外探測器包括:襯底、緩沖層、底電極接觸層、復合層、底電極、頂電極和鈍化層；在襯底上生長緩沖層；在緩沖層上生長底電極接觸層；在底電極接觸層的一部分上依次為復合層和頂電極；在底電極接觸層的一部分上為底電極；在頂電極和底電極的側面覆蓋有鈍化層；其中，復合層包括掩膜層、納米柱陣列、多量子阱和頂電極接觸層，掩膜層具有周期性排布的孔洞結構，納米柱陣列從掩膜層中的孔洞中生長出來，在納米柱陣列的頂部和側面生長多量子阱，在多量子阱的頂部生長頂電極接觸層。
2.如權利要求1所述的氮化物量子阱紅外探測器，其特征在于，所述掩膜層選取絕緣材料；孔洞的周期在500?100nm之間，孔洞的直徑在50?500nm之間。
3.如權利要求1所述的氮化物量子阱紅外探測器，其特征在于，所述納米柱陣列的材料采用氮化物半導體材料；納米柱的高度在300?100nm之間。
4.如權利要求1所述的氮化物量子阱紅外探測器，其特征在于，所述頂電極接觸層從多量子阱的頂部生長并逐漸變寬直至相互合并形成薄膜。
5.—種氮化物量子阱紅外探測器的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟: 1)優(yōu)化參數(shù):根據(jù)實際需要，通過數(shù)值模擬計算，得到量子阱紅外探測器結構的優(yōu)化參數(shù)； 2)制備圖形化襯底:包括在襯底上依次生長緩沖層和底電極接觸層，并按照步驟I)中的優(yōu)化參數(shù)，利用圖形化制備技術制備具有周期性排布的孔洞結構的掩膜層，形成圖形化襯底； 3)生長外延晶片:利用精細外延生長設備，按照步驟I)中的優(yōu)化參數(shù)，在圖形化襯底上，從掩膜層中的孔洞中生長納米柱陣列，在納米柱陣列的頂部和側面生長多量子阱，在多量子阱的頂部生長頂電極接觸層； 4)測試反饋:利用材料表征設備對外延晶片的晶體質(zhì)量、表面形貌以及界面情況進行測試反饋，并測試外延晶片的光吸收譜，確定光響應波段范圍。如果外延晶片的性能不滿足需要，則優(yōu)化生長條件，返回步驟I)重新制備，直到獲得符合設計要求的外延晶片，進入步驟5)； 5)制備探測器單元:包括對外延晶片進行臺面刻蝕、電極蒸鍍以及側邊鈍化等步驟； 6)對探測器單元進行封裝，包括連接熱沉和引線，封裝后對探測器單元進行測試以獲取探測器單元的性能信息。
6.如權利要求5所述的制備方法，其特征在于，在步驟I)中，根據(jù)探測范圍的需要，采用薛定諤方程和泊松方程自洽求解的方法進行模擬計算；得到優(yōu)化參數(shù):圖形化襯底的周期和孔洞的直徑，多量子阱的勢皇、勢阱的材料、厚度和周期數(shù)，底電極接觸層、頂電極接觸層的材料和厚度。
7.如權利要求5所述的制備方法，其特征在于，在步驟2)中，制備圖形化襯底包括:①清洗襯底使表面潔凈可用于外延生長；?在潔凈的襯底上生長緩沖層；③在緩沖層上生長底電極接觸層，生長時應進行η型摻雜以降低接觸電阻，厚度不小于200nm ;④按照步驟I)中優(yōu)化參數(shù)的圖形化襯底的周期和孔洞的直徑，利用納米壓印方法或聚焦離子束刻蝕方法制備掩膜層。
8.如權利要求5所述的制備方法，其特征在于，在步驟3)中，具體包括:①清洗圖形化襯底使表面潔凈可用于外延生長；②在圖形化襯底上從掩膜層中的孔洞中生長納米柱陣列在納米柱陣列的頂部和側面生長多量子講；@在多量子講的頂部生長頂電極接觸層，要求多量子阱的頂部生長并逐漸變寬直至相互合并形成薄膜。
9.如權利要求5所述的制備方法，其特征在于，在步驟4)中，采用X射線衍射的搖擺曲線半高寬FWHM的大小表征材料位錯密度的螺型分量和刃型分量的大小，采用高精度透射電子顯微鏡HR-TEM表征多量子阱的界面銳利度，采用原子力顯微鏡AFM表征材料的表面粗糙度RMS，采用傅里葉變換紅外光譜儀FTIR測試紅外光吸收譜；其中，搖擺曲線半高寬FffHM (002)面小于200arcsec，(102)面小于600arcsec，HR-TEM測試界面無互擴散，AFM測試表面原子臺階清晰，RMS不大于lnm，F(xiàn)TIR光響應波段滿足設計要求的晶片較為合適。
10.如權利要求5所述的制備方法，其特征在于，在步驟5)中，臺面刻蝕，以露出底電極接觸層的表面；電極蒸鍍，并快速退火以使電極與相應電極接觸層形成歐姆接觸，并要求電極讓紅外光透過；側邊鈍化，防止暗電流通過臺面?zhèn)冗呅纬捎行芬越档捅尘霸肼暋?br>【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型氮化物量子阱紅外探測器及其制備方法。本發(fā)明的量子阱紅外探測器，在襯底上的掩膜層具有周期性排布的孔洞結構，納米柱陣列從孔洞中生長出來，多量子阱生長在納米柱陣列的頂部和側面，分別對應為半極性面和非極性面多量子阱。其中，多量子阱生長于位錯密度極低的納米柱陣列上，可實現(xiàn)極高晶體質(zhì)量的多量子阱結構；半極性面和非極性面多量子阱的極化場強度遠低于傳統(tǒng)極性面多量子阱的極化場強度，可實現(xiàn)高效光電流信號的提??；正面入射探測器表面即可有光電響應，省去傳統(tǒng)量子阱紅外探測器制備表面光柵結構或端面45°拋光的工藝；多量子阱材料采用第三代半導體材料，可實現(xiàn)全紅外光譜窗口的光子探測，具有廣闊的應用前景。
【IPC分類】H01L31-18, H01L31-0352, H01L31-101
【公開號】CN104733561
【申請?zhí)枴緾N201510127695
【發(fā)明人】王新強, 榮新, 沈波, 陳廣, 鄭顯通, 王平, 許福軍, 秦志新
【申請人】北京大學
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年3月23日