外延型InSb(InAlSb)探测器工艺分析

尚林涛,师景霞,温 涛,赵建忠

(华北光电技术研究所,北京 100015)

1 引 言

InSb是目前制备中波红外(3～5 μm)探测器非常成熟和重要的一种III-V族半导体材料。研究起于20世纪50年代,主要基于InSb体晶扩散或离子注入成结工艺。InSb基分子束外延(Molecular beam epitaxy,MBE)红外探测器的研制,国外主要有英国的Malvern和以色列的SCD两家。英国Malvern研究起步较早,2000年报道了NETD=10.4 mK的320×256[1],2003年报道了当时世界上规格最大的1024×768@26um外延型InSb焦平面阵列(FPA),NETD=12～15mK,阵列可操作性高达99.9 %[2]；SCD较早建立了成熟的InSb探测器生产线,1998年开始批量生产InSb体晶320×256 FPA组件[3],2000年批产640×512,2002年提出锑基化合物半导体(ABCS)发展路线图(图1(a)),开始研发Sb基外延材料工艺,包括InSb、InAlSb(长中波)、InAsSb(短中波)、中波和长波超晶格以及扩展的多光谱集成探测。2003年开始研发外延InSb和InAlSb基红外探测器工艺,2006年左右完成InAlSb工艺开发并于2008年开始外延型InSb(InAlSb)探测器工艺线,主要有外延型“Blue Fairy”(BF)320×256和Pelican(Pelican-D)640×512等产品。

图1 英国Malvern 2003年研制的1024×768外延型InSb FPA成像图和SCD的MWIR二维FPA发展路线图

常规的体晶InSb探测器工作于77 K(或80 K),外延型InSb材料的探测器可显著降低二极管器件中的缺陷密度,探测器暗电流可降低一阶幅度从而实现高温工作。图2(a)显示了SCD开发的320×256面阵的外延InSb FPA成像图,从80 K～110 K,110 K下仍可以看到500 km以外的电源线并且在夜晚看到天空的云朵。图2(b)显示了外延型Pelican-640×512阵列的FPA在停车场拍到的画面,F/4.1,95～110 K,图像质量依然不受影响,仅在120K以上开始衰退。

图2 工作于不同温度的外延型320×256和640×512 InSb FPA

在InSb材料中掺入适当的Al可以外延制备成三元InAlSb材料的短中波(4.1～5 μm)红外探测器并进一步降低暗电流提高探测器的工作温度。……