InAsSb中波室温红外探测器材料的LPE生长及其器件研究
发布时间：2021-06-29 16:24
提高光电型窄禁带半导体红外探测器的工作温度是当今红外技术发展的一个重要趋势,Ⅲ-Ⅴ族InAs基半导体材料是制备高工作温度红外探测器的潜力材料。液相外延是一种近平衡态的材料生长方法,很适合生长器件级质量的InAs基材料。我们采用液相外延技术生长了InAs0.94Sb0.06和InAs0.89Sb0.11两种吸收层材料,对应的室温截止波长分别为3.9μm和4.4μm。采用液相外延技术生长了InAs1-x-ySbxPy薄膜,分别将其作为阻挡层和窗口层材料,设计了p Bin器件结构(p代表p型掺杂的InAs衬底,B代表p型掺杂的InAs1-x-ySbxPy阻挡层,i代表非掺杂的InAs1-xSbx吸收层,n代表n型掺杂的InAs1-x-ySbxPy窗口层),对其结构、光...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所)上海市
【文章页数】：125 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
大气红外透射窗口[1]
InAsSb中波室温红外探测器材料的LPE生长及其器件研究4图1.3不同材料体系的中波红外探测器的探测性能比较[13]1.2.3InAs1-xSbx材料研究进展早期关于InAs1-xSbx材料的研究，基本是集中在其外延生长与材料特性等方面[14-17]，并在此基础上制备了一些简单器件[18-20]，室温性能并不突出。直到2006年美国罗切斯特大学的G.W.Wicks课题组[3]提出了nBn势垒阻挡型红外探测器结构，使得InAsSb器件在室温下获得低暗电流、高探测率成为可能。该结构使用本征的AlAsSb材料作为势垒层，可以做到只挡多子电子不挡少子空穴（价带几乎持平，势垒高度主要体现在导带上），该结构消除了Shockley-Read-Hall(SRH)复合电流（200K下红外探测器暗电流的主要来源），所以极大地降低器件的暗电流水平。与传统的p-n结器件相比，在室温条件下有更好的性能。该技术于2010年转让给美国洛克希德马丁公司[9]，得以在军方有实际应用。后来该课题组又研究了倒置的(Inverted)nBn结构器件[21]，将器件暗电流进一步抑制，不过该课题组没有对倒置型nBn器件光电响应性能进行测试分析。2006年，美国哥伦比亚大学的H.Shao等[22]人用分子束外延(MBE)方法生长了InAs0.91Sb0.09材料作为吸收层的pBin结构。其中，选用p型的四元合金InAlAsSb材料作为势垒阻挡层，最终制得的器件室温下的峰值波长为4.0μm，截止波长4.2μm，峰值探测率D*为2.6×109cmHz1/2/W。同年，英国兰卡大学的A.Krier等人[23]用液相外延(LPE)方法生长了InAs0.89Sb0.11材料作为吸收层的pBin结构，选用p型的四元合金InAsSbP材料作为势垒阻挡层，最终制得的器件室温下的峰值波长为4.2μm，截止波长4.6μm，峰值探测率D*为3.5×109cmHz1/2/W。2014年，美国
InAsSb中波室温红外探测器材料的LPE生长及其器件研究6图1.4以色列SCD公司研制的焦平面在150K和180K下的热像图[27]图1.5美国DRS公司研制的焦平面在150K下的热像图[28]图1.6美国NASA喷气动力实验室研制的焦平面在160K下的热像图[29]国际上，市场上商用InAsSb探测器目前仅有日本滨松会社一家提供售卖。其生产的P11120-201型号InAsSb探测器，室温下峰值波长4.0μm，截止波长5.6μm，峰值探测率为3.5~5×109cmHz1/2/W；而使用无铅、汞和镉焊接材料的P13243系列型号的InAsSb探测器，室温下峰值波长4.1μm，截止波长5.1~5.3μm，峰值探测率为0.8~2.8×109cmHz1/2/W。
【参考文献】：
期刊论文
[1]锑化铟红外焦平面器件钝化前脱水工艺研究[J]. 亢喆,曹海娜,邱国臣,肖钰. 电子器件. 2019(03)
[2]两种液相外延模式生长GaAs0.9Sb0.1薄膜的性能[J]. 谢浩,胡淑红,王洋,黄田田,潘晓航,孙艳,戴宁. 激光与光电子学进展. 2017(11)
[3]InAsSb thick epilayers applied to long wavelength photoconductors[J]. Yu-zhu Gao,Xiu-ying Gong,Guang-hui Wu,Yan-bin Feng,Takamitsu Makino,Hirofumi Kan,Tadanobu Koyama,Yasuhiro Hayakawa. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2013(04)
[4]InGaAs短波红外探测器研究进展[J]. 张卫锋,张若岚,赵鲁生,胡锐,史衍丽. 红外技术. 2012(06)
[5]美国洛克希德马丁公司与其他公司签订nBn新技术使用许可协议[J]. 高国龙. 红外. 2011(05)
[6]室温InAsSb长波红外探测器的研制[J]. 高玉竹,龚秀英,吴广会,冯彦斌,方维政. 光电子.激光. 2010(12)
[7]Growth and characteristics of InAsSb epilayers with a cutoff wavelength of 4.8 μm prepared by one-step liquid phase epitaxy[J]. Akihiro Ishida. Rare Metals. 2009(04)
[8]用熔体外延法生长的截止波长10μm以上的InAsSb单晶[J]. 高玉竹,龚秀英,方维政,徐非凡,吴俊,戴宁. 红外与毫米波学报. 2004(06)
[9]InAs衬底上液相外延生长InAsPSb的溶体组份、晶格失配及表面形貌[J]. 张永刚,周平,陈慧英,潘慧珍. 稀有金属. 1991(04)
[10]砷化镓、磷化铟化合物的液相外延生长[J]. 毛裕国. 固体电子学研究与进展. 1981(01)
博士论文
[1]InAs基红外薄膜的LPE生长特性研究与器件结构优化探索[D]. 吕英飞.中国科学院研究生院(上海技术物理研究所) 2015
本文编号：3256762
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所)上海市
【文章页数】：125 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
大气红外透射窗口[1]
InAsSb中波室温红外探测器材料的LPE生长及其器件研究4图1.3不同材料体系的中波红外探测器的探测性能比较[13]1.2.3InAs1-xSbx材料研究进展早期关于InAs1-xSbx材料的研究，基本是集中在其外延生长与材料特性等方面[14-17]，并在此基础上制备了一些简单器件[18-20]，室温性能并不突出。直到2006年美国罗切斯特大学的G.W.Wicks课题组[3]提出了nBn势垒阻挡型红外探测器结构，使得InAsSb器件在室温下获得低暗电流、高探测率成为可能。该结构使用本征的AlAsSb材料作为势垒层，可以做到只挡多子电子不挡少子空穴（价带几乎持平，势垒高度主要体现在导带上），该结构消除了Shockley-Read-Hall(SRH)复合电流（200K下红外探测器暗电流的主要来源），所以极大地降低器件的暗电流水平。与传统的p-n结器件相比，在室温条件下有更好的性能。该技术于2010年转让给美国洛克希德马丁公司[9]，得以在军方有实际应用。后来该课题组又研究了倒置的(Inverted)nBn结构器件[21]，将器件暗电流进一步抑制，不过该课题组没有对倒置型nBn器件光电响应性能进行测试分析。2006年，美国哥伦比亚大学的H.Shao等[22]人用分子束外延(MBE)方法生长了InAs0.91Sb0.09材料作为吸收层的pBin结构。其中，选用p型的四元合金InAlAsSb材料作为势垒阻挡层，最终制得的器件室温下的峰值波长为4.0μm，截止波长4.2μm，峰值探测率D*为2.6×109cmHz1/2/W。同年，英国兰卡大学的A.Krier等人[23]用液相外延(LPE)方法生长了InAs0.89Sb0.11材料作为吸收层的pBin结构，选用p型的四元合金InAsSbP材料作为势垒阻挡层，最终制得的器件室温下的峰值波长为4.2μm，截止波长4.6μm，峰值探测率D*为3.5×109cmHz1/2/W。2014年，美国
InAsSb中波室温红外探测器材料的LPE生长及其器件研究6图1.4以色列SCD公司研制的焦平面在150K和180K下的热像图[27]图1.5美国DRS公司研制的焦平面在150K下的热像图[28]图1.6美国NASA喷气动力实验室研制的焦平面在160K下的热像图[29]国际上，市场上商用InAsSb探测器目前仅有日本滨松会社一家提供售卖。其生产的P11120-201型号InAsSb探测器，室温下峰值波长4.0μm，截止波长5.6μm，峰值探测率为3.5~5×109cmHz1/2/W；而使用无铅、汞和镉焊接材料的P13243系列型号的InAsSb探测器，室温下峰值波长4.1μm，截止波长5.1~5.3μm，峰值探测率为0.8~2.8×109cmHz1/2/W。
【参考文献】：
期刊论文
[1]锑化铟红外焦平面器件钝化前脱水工艺研究[J]. 亢喆,曹海娜,邱国臣,肖钰. 电子器件. 2019(03)
[2]两种液相外延模式生长GaAs0.9Sb0.1薄膜的性能[J]. 谢浩,胡淑红,王洋,黄田田,潘晓航,孙艳,戴宁. 激光与光电子学进展. 2017(11)
[3]InAsSb thick epilayers applied to long wavelength photoconductors[J]. Yu-zhu Gao,Xiu-ying Gong,Guang-hui Wu,Yan-bin Feng,Takamitsu Makino,Hirofumi Kan,Tadanobu Koyama,Yasuhiro Hayakawa. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2013(04)
[4]InGaAs短波红外探测器研究进展[J]. 张卫锋,张若岚,赵鲁生,胡锐,史衍丽. 红外技术. 2012(06)
[5]美国洛克希德马丁公司与其他公司签订nBn新技术使用许可协议[J]. 高国龙. 红外. 2011(05)
[6]室温InAsSb长波红外探测器的研制[J]. 高玉竹,龚秀英,吴广会,冯彦斌,方维政. 光电子.激光. 2010(12)
[7]Growth and characteristics of InAsSb epilayers with a cutoff wavelength of 4.8 μm prepared by one-step liquid phase epitaxy[J]. Akihiro Ishida. Rare Metals. 2009(04)
[8]用熔体外延法生长的截止波长10μm以上的InAsSb单晶[J]. 高玉竹,龚秀英,方维政,徐非凡,吴俊,戴宁. 红外与毫米波学报. 2004(06)
[9]InAs衬底上液相外延生长InAsPSb的溶体组份、晶格失配及表面形貌[J]. 张永刚,周平,陈慧英,潘慧珍. 稀有金属. 1991(04)
[10]砷化镓、磷化铟化合物的液相外延生长[J]. 毛裕国. 固体电子学研究与进展. 1981(01)
博士论文
[1]InAs基红外薄膜的LPE生长特性研究与器件结构优化探索[D]. 吕英飞.中国科学院研究生院(上海技术物理研究所) 2015
本文编号：3256762
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