共振隧穿二極管近紅外探測器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及近紅外探測器，特別是指一種基于共振隧穿效應，可在室溫工作的低暗電流高靈敏度的共振隧穿二極管近紅外探測器。
【背景技術】
[0002]具有高頻率、低電壓、負阻效應、用少量器件即可完成多種功能等優點的共振隧穿二極管，是當今最熱門、最為成熟的納電子器件之一。作為第一個集中研究的納電子器件，與其他納電子器件相比，共振隧穿二極管發展得更早、更快、更成熟，更具有應用前景，是唯一能用常規集成電路技術進行設計和制造的器件，現在主要用于探測器、振蕩器、存儲器和光電開關等中。隨著電子器件的發展以及人們生活水平的提高，對低價格、高速度、高密度和高可靠性的優異電子器件越來越迫切，而作為納電子器件中的佼佼者，共振隧穿二極管探測器必將會得到更多的關注以及長足的發展。
[0003]共振隧穿二極管近紅外探測器主要通過光生載流子(空穴)堆積在勢皇旁來改變雙勢皇結構的電勢來影響電子隧穿勢皇，從而獲得更高的光電流。這在共振隧穿二極管電壓-電流曲線上主要表現為光致電流向低電壓方向偏移(左偏)。如果能夠實現將光生空穴最大化地堆積在雙勢皇結構旁(或內)，那么就能很好地改變其電勢，從而實現更高靈敏度的探測。共振隧穿二極管主要是通過將光生空穴堆積在勢皇以及集電區之間，來實現隧穿電流的增加。現如今共振隧穿二極管探測器想要實現高靈敏度的光電探測主要有兩種方法，一種是將器件做成一個分布式布拉格反射腔，通過腔增強的作用來提高器件靈敏度，另一種是在勢皇旁或勢皇內生長量子點，通過量子點捕獲載流子(空穴)來改變雙勢皇單勢阱的電勢，從而提高器件的靈敏度。但是不管是生長腔結構還是在勢皇旁或者勢皇內生長量子點，都將會提高外延生長的難度，使得重復性難以得到保證。生長分布式布拉格反射腔，反射層的數量以及厚度等難以精確，在勢皇旁或者勢皇內生長量子點，由于其所生長的量子點在形貌、尺寸等方面無法保證均勻，使得共振隧穿二極管性能穩定性無法保證。其次在外延層上生長量子點，由于晶格失配，可能將造成量子點后續外延層界面粗糙，這將會惡化共振隧穿二極管光電性能。而對于腔增強的共振隧穿二極管光電探測器，其工作電壓與電流比之非腔增強共振隧穿二極管光電探測器有顯著增大，這無疑增大了器件電路的設計以及探測能耗。最后，由于量子點對光生載流子的捕獲，在量子點釋放這些載流子時，將會產生很嚴重的后脈沖，使得探測噪聲加大，給探測帶來了難度。
[0004]上述所提到的通過將器件做成一個分布式布拉格反射腔或是在雙勢皇結構旁(或內)生長量子點是提高共振隧穿二極管探測器靈敏度的主要方法，但由于其本身所存在的種種不足在短時間內也無法完美解決，這也制約了高靈敏度共振隧穿探測器的發展。如何改變空穴的堆積來影響電子隧穿這是共振隧穿二極管光電探測的重點也是難點，也是人們研究所聚焦的一個地方。
【發明內容】
[0005]為了克服上述現有技術的不足，本發明提出了一種共振隧穿二極管近紅外探測器，通過在雙勢皇結構與吸收層之間外延生長空穴堆積層來堆積空穴，以及通過工藝實現大面積吸收層臺面及小尺寸雙勢皇結構，從而降低探測器暗電流及提高探測器的靈敏度。
[0006]本發明提供一種共振隧穿二極管近紅外探測器，包括:
[0007]—襯底；
[0008]—集電區接觸層，其制作在襯底上，集電區接觸層一側的上面形成一臺面；
[0009]—集電區，其制作在集電區接觸層上臺面的一側，該集電區為圓形；
[0010]一吸收層，其制作在集電區上；
[0011]—空穴堆積層，其制作在吸收層上，其直徑小于吸收層的直徑；
[0012]—雙勢皇結構，其制作在空穴堆積層上；
[0013]一隔離層，其制作在雙勢皇結構上；
[0014]—發射區，其制作在隔離層上；
[0015]—上電極，其制作在集電區上；
[0016]—下電極，其制作在集電區接觸層一側的臺面上。
[0017]從上述技術方案可以看出，本發明具有以下有益效果:
[0018](1)通過將空穴堆積層、雙勢皇結構、隔離層和發射區做成小直徑尺寸臺面，能夠有效降低探測器的暗電流；
[0019](2)通過外延生長一層空穴堆積層，能夠提高堆積空穴的能力，進而提高堆積空穴對雙勢皇結構電勢的影響，從而提高探測器靈敏度；
[0020](3)通過外延生長一層較厚的吸收層，且將吸收層做成大直徑尺寸臺面，能夠有效提尚探測器的響應度；
[0021](4)探測器在室溫下有很低的暗電流和很高的響應度和靈敏度；
[0022](5)探測器外延層異質界面平整，可重復性、可靠性高，性能優良，結構簡單，易于與其他電子器件集成。
【附圖說明】
[0023]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明，其中:
[0024]圖1是本發明的結構示意圖；
[0025]圖2是本發明結構的能帶示意圖。
【具體實施方式】
[0026]請參閱圖1所示，本發明提供一種共振隧穿二極管近紅外探測器，包括:
[0027]—襯底1，該襯底1的材料為S.1型或N+型InP，主要作用是作為外延層生長的基底；
[0028]—集電區接觸層2，其制作在襯底1上，集電區接觸層2 —側的上面形成一臺面21，該集電區接觸層2的材料為Ina53Gaa47As，摻雜濃度為η型2 X 101S_5 X 10lscm 3，厚度為400-600nm，主要作用是形成低電阻的發射區歐姆接觸；
[0029]—集電區3，其制作在集電區接觸層2上臺面21的一側，該集電區3為圓形，該集電區3的材料為Ina53GaQ.47As，摻雜濃度為η型1 X 101S_5X 10lscm 3，厚度為200_400nm，集電區3臺面21的直徑為25-200 μ m，主要作用是形成共振隧穿二極管的集電區；
[0030]一吸收層4，其制作在集電區3上，該吸收層4的材料為Ina53Gaa47As或InGaNAs，厚度為200-700nm，吸收層4的直徑為25-200 μ m，主要作用是吸收光源，產生電子-空穴對；
[0031 ] 一空穴堆積層5，其制作在吸收層4上，其直徑小于吸收層4的直徑，該空穴堆積層5的材料為InAs，厚度為3-15nm，空穴堆積層5的直徑為1-4 μ m，主要作用是堆積空穴，改變雙勢皇結構的電勢，進而增大光生電流；
[0032]—雙勢皇結構6，其制作在空穴堆積層5上，該雙勢皇結構6包括依次生長的一下勢皇層61、一勢阱層62和一上勢皇層63，該下勢皇層61和上勢皇層63的材料為AlAs或GaAs，厚度分別為l_3nm，該勢阱層62的材料為Ina53Gaa47As，厚度為4-lOnm，雙勢皇結構6臺面直徑為1-4 μ m，主要作用是形成共振隧穿的條件；
[0033]—隔離層7，其制作在雙勢皇結構6上，該隔離層7的材料為Ina53Gaa47As，厚度為
3-15nm，隔離層7臺面直徑為1-4 μ m，主要作用是為了阻擋發射區3的雜質向雙勢皇結構5擴散；
[0034]—發射區8，其制作在隔離層7上，該發射區8的材料為η型I%53Gaa47As，摻雜濃度為η型2 X 1018-5 X 1018cm 3，厚度為80_120nm，發射區8臺面直徑為1-4 μ m，主要作用是形成發射區8，使發射區8的費米能級位于導帶能級之上，以提供隧穿電子源；
[0035]—上電極9，其制作在集電區8上，該上電極9的材料為氧化銦錫，主要作用是形成透明電極，便于光更多地入射到吸收層4以及與外電路連接；
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