嚴(yán)定鈺, 沈 祥*, 王庶民, 石張勇, 張焱超, 張 凡

AlAsSb的外延再生長對(duì)InAs/GaSb紅外探測器暗電流抑制效果研究

嚴(yán)定鈺1,2, 沈 祥1,2*, 王庶民4, 石張勇1,2, 張焱超3, 張 凡3

（1.寧波大學(xué) 高等技術(shù)研究院, 浙江 寧波 315211; 2.浙江省光電探測材料及器件重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 浙江 寧波 315211;3.浙江超晶晟銳光電有限公司, 浙江 寧波 315400; 4.查爾姆斯理工大學(xué) 微米技術(shù)與納米科學(xué)學(xué)院, 瑞典 哥德堡 41296）

采用分子束外延(MBE)技術(shù)外延再生長AlAsSb, 對(duì)InAs/GaSb II類超晶格(T2SLs)長波紅外探測器的表面缺陷進(jìn)行鈍化, 實(shí)現(xiàn)了暗電流的顯著降低. 首先, 研究了濕法腐蝕淺臺(tái)面的最佳腐蝕液配比, 獲得了低橫向腐蝕、光滑的側(cè)壁以及均勻的腐蝕界面. 隨后, 使用AlAsSb/AlAs/ GaAs、AlAsSb/GaSb兩種不同的外延再生長組合和單一的SiO2薄層分別對(duì)刻蝕后的臺(tái)面進(jìn)行鈍化, 同時(shí)保留一個(gè)沒有鈍化的樣品作為對(duì)照, 最后對(duì)4種不同鈍化條件下探測器的暗電流特性進(jìn)行了測量. 結(jié)果發(fā)現(xiàn), 使用AlAsSb/GaSb外延再生長鈍化層的器件暗電流得到了進(jìn)一步降低, 使用SiO2鈍化層的效果次之, 而使用AlAsSb/AlAs/GaAs外延再生長鈍化層的性能相對(duì)較差. 上述結(jié)果表明, 外延再生長鈍化技術(shù)是降低長波紅外探測器暗電流的一種有效方法.

外延再生長; 表面鈍化; InAs/GaSb II類超晶格; 長波紅外探測器; 濕法刻蝕

隨著紅外探測器在國防和民用需求領(lǐng)域的不斷發(fā)展, 長波紅外(Long Wave Infrared, LWIR)探測器呈現(xiàn)出良好的市場前景[1]. 傳統(tǒng)碲鎘汞紅外探測器具有量子效率高、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn), 是目前應(yīng)用最為廣泛的紅外探測器, 但是它在長波范圍存在均勻性差、產(chǎn)量低、成本高等問題, 限制了其進(jìn)一步的發(fā)展和應(yīng)用[2-3]. InAs/GaSb II類超晶格材料因其靈活可調(diào)的能帶、高均勻性、低俄歇復(fù)合和隧穿電流[4-7], 以及較高的量子效率而備受關(guān)注[8-10]. 研究人員認(rèn)為, II類超晶格在制備長波和超長波紅外探測器方面有獨(dú)特的優(yōu)勢[11-15], 它們被認(rèn)為是下一代紅外探測器的首選材料. 對(duì)于長波紅外探測器, 一方面隨著探測響應(yīng)波長的擴(kuò)展, 探測材料的帶隙開始變窄, 從而導(dǎo)致器件的暗電流成倍增加. 另一方面, 陷阱輔助隧穿暗電流和側(cè)壁漏電流也明顯增加. 因此, 抑制暗電流成為制備高性能長波紅外探測器的關(guān)鍵技術(shù)之一[16].

此外, 在制備焦平面紅外探測陣列過程中, 臺(tái)面刻蝕工藝會(huì)破壞晶體材料周期性結(jié)構(gòu), 產(chǎn)生的懸掛鍵導(dǎo)致表面漏電流增加, 而超晶格材料表面在刻蝕后也極易被氧化, 形成導(dǎo)電氧化層[17-18]. 上述兩種情況都將嚴(yán)重降低InAs/GaSb II類超晶格探測器的性能, 因此表面缺陷鈍化對(duì)抑制探測器暗電流至關(guān)重要. 目前, 研究人員開展了多種鈍化技術(shù)對(duì)長波T2SL紅外探測器性能影響的研究, 如采用介質(zhì)材料鈍化(使用二氧化硅、聚酰亞胺或光刻膠)或硫系鈍化(使用硫化銨和硫化鋅), 也取得了一定效果[19]. 半導(dǎo)體外延再生長鈍化是另一種很有潛力的方法, 但其在技術(shù)上具有挑戰(zhàn)性, 特別是在GaSb和InAs等具有高化學(xué)反應(yīng)性的脆弱材料中. 同時(shí),外延再生長鈍化方法對(duì)臺(tái)面刻蝕形貌、刻蝕后的表面處理、臺(tái)面清潔和MBE生長條件等方面也提出了更高要求. 到目前為止, 在外延再生長鈍化工藝開發(fā)方面, 已有研究工作都集中在優(yōu)化刻蝕工藝和清潔方法, 以期在臺(tái)面?zhèn)缺诤屯庋釉偕L材料間獲得高質(zhì)量且清晰的界面. 然而, 對(duì)于外延再生長材料的選擇和MBE生長工藝優(yōu)化方面的相關(guān)內(nèi)容卻鮮有研究. 對(duì)于InAs/GaSb II類超晶材料體系來說, 用于外延再生長鈍化的化合物半導(dǎo)體材料也只有GaSb和AlGa1-AsSb1-兩種, 而GaSb對(duì)器件性能的改善效果有限,寬帶隙AlGa1-AsSb1-材料在生長條件合適情況下可表現(xiàn)出比GaSb更好的鈍化效果, 但AlGa1-AsSb1-材料對(duì)MBE生長技術(shù)提出了非常高的要求[20-21]. 盡管近幾年已有研究使用InP外延再生長鈍化InGaAs/InP p-i-n光電二極管[22], 然而受超晶格材料特性、工藝復(fù)雜度和MBE生長技術(shù)等影響, 對(duì)于InAs/GaSb II類超晶材料體系的寬帶隙外延再生長鈍化材料仍然沒有新的研究進(jìn)展. 雖然外延再生長鈍化方法在技術(shù)方面存在諸多挑戰(zhàn), 但仍然被認(rèn)為是解決表面鈍化問題最理想的方法. 理論上, 具有寬帶隙的外延再生長鈍化材料和超晶格的能帶對(duì)齊方式可以限定表面載流子的濃度, 并且大的能帶偏移也會(huì)阻止載流子從超晶格層向外延再生長層的轉(zhuǎn)移. 因此寬帶隙材料外延再生長的表面鈍化存在其特定的研究價(jià)值. 由此, 我們提出使用AlAsSb作為寬帶隙外延再生長鈍化材料, 通過優(yōu)化外延再生長鈍化前的臺(tái)面刻蝕工藝、表面處理和清潔方法以及MBE生長條件, 最終實(shí)現(xiàn)對(duì)LWIR探測器暗電流的抑制.

本文首先優(yōu)化定義臺(tái)面的濕法腐蝕過程, 通過研究檸檬酸、雙氧水、去離子水混合腐蝕溶液對(duì)InAsSb表現(xiàn)出的不同腐蝕結(jié)果, 以獲得最佳腐蝕溶液比例. 隨后對(duì)腐蝕后的臺(tái)面分別使用AlAsSb/ AlAs/GaAs、AlAsSb/GaSb兩種不同外延再生長組合和單一的SiO2薄層進(jìn)行鈍化, 同時(shí)還保留一個(gè)沒有鈍化的對(duì)照樣品進(jìn)行比較. 結(jié)果顯示, 與AlAsSb/AlAs/GaAs鈍化層、單獨(dú)SiO2鈍化層或沒有鈍化層相比, 采用AlAsSb/GaSb外延再生長鈍化的器件表現(xiàn)出最佳的暗電流特性. 總而言之, 外延再生長鈍化方法為降低LWIR探測器的暗電流提供了一種可行的方法.

1 實(shí)驗(yàn)過程

InAs/GaSb II類超晶格長波材料使用配備有As和Sb裂解爐的固體源MBE系統(tǒng)來進(jìn)行生長,其具體結(jié)構(gòu)如圖1所示. 首先使用固體源MBE系統(tǒng)在N型GaSb(1 0 0)襯底上生長500nm厚的GaSb緩沖層, 然后沉積700nm厚的Si摻雜InAs/GaSb/ AlSb N型接觸層. 緊接著覆蓋一層500nm厚的InAs/GaSb/AlSb電子勢壘層, 中間是2000nm厚的弱Be摻雜的InAs/GaSb長波吸收層. 之后是300 nm厚的InAs/GaSb P型空穴阻擋層, 然后接著生長20nm厚的GaSb刻蝕阻擋層, 最后是400nm厚的InAsSb層和20nm厚的GaSb頂部覆蓋層.

圖1 InAs/GaSb II類超晶格結(jié)構(gòu)示意圖

在材料生長完成后, 對(duì)其進(jìn)行刻蝕和鈍化. 首先, 用標(biāo)準(zhǔn)紫外線光刻技術(shù)對(duì)InAs/GaSb T2SL長波材料進(jìn)行光刻, 然后用電感耦合等離子體(ICP)進(jìn)行刻蝕. 刻蝕實(shí)驗(yàn)中, 用一層薄薄的SiO2作為刻蝕硬掩膜, 通過紫外線光刻技術(shù)將圖案轉(zhuǎn)移到超晶格材料表面. 此后, 使用CHF3/O2混合氣體的ICP系統(tǒng)對(duì)T2SL材料表面的SiO2硬掩膜進(jìn)行刻蝕. 在打開SiO2硬掩膜后, 使用CH4/Cl2/Ar2混合氣體的ICP系統(tǒng)來刻蝕T2SL結(jié)構(gòu). 刻蝕工藝將穿過頂部覆蓋層和超晶格層, 停止在底部接觸層, 最終作為生長金屬后的下電極(圖2). 隨后, 利用濕法淺腐蝕方法, 通過使用檸檬酸、雙氧水和去離子水的混合腐蝕溶液來定義臺(tái)面區(qū)域, 本次刻蝕停止在超晶格結(jié)構(gòu)上方的GaSb刻蝕阻擋層, 隨后采用MBE再生長方法沉積鈍化層. 完成刻蝕和鈍化后,使用電子束蒸發(fā)沉積Ti/Pt/Au金屬接觸層, 最終的器件橫截面如圖2所示. 在過程中, 使用Phenom ProX掃描電子顯微鏡(SEM)和Dimension Edge原子力顯微鏡(AFM)分別測量臺(tái)面?zhèn)缺诘男蚊惨约氨砻娴拇植诙? 并利用KLA-Tencor P7臺(tái)階儀測量腐蝕深度, 以確定腐蝕速率.

圖2 AlAsSb外延再生長鈍化后的器件橫截面

2 結(jié)果和討論

通過AFM和高分辨率X射線衍射儀(HRXRD)檢測了InAs/GaSb II類超晶格長波材料的質(zhì)量. 圖3和圖4分別顯示了MBE生長的InAs/GaSbII類超晶格長波材料的AFM圖像和2掃描曲線. 從圖3中可以看出, 在30μm×30μm的面積上, 表面均方根粗糙度(RMS)為0.317nm, 表明生長過程得到了很好的控制. 在圖4中, 主峰和衛(wèi)星峰表現(xiàn)出窄的半峰全寬(FWHM)且對(duì)稱性好, 而超晶格材料的零級(jí)衍射峰的FWHM為20.75 arcsec, 與襯底峰的失配為+100 arcsec, 進(jìn)一步證實(shí)了該材料具有良好的晶體質(zhì)量.

對(duì)于臺(tái)面區(qū)域的制備, 早期的研究表明濕法腐蝕溶液選擇不當(dāng)會(huì)造成腐蝕表面粗糙, 并會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致表面漏電流增加. 因此, 為獲得光滑的腐蝕表面, 應(yīng)該選擇合適的腐蝕溶液. 具體從實(shí)驗(yàn)的角度來分析, 選擇使用的腐蝕液對(duì)InAsSb的腐蝕選擇應(yīng)該比GaSb大得多, 同時(shí)在酸和堿中不產(chǎn)生不溶性的化學(xué)產(chǎn)物. 基于這一標(biāo)準(zhǔn), 選擇檸檬酸/雙氧水(C6H8O7/H2O2)的混合溶液, 因?yàn)樵撊芤簩?duì)InAsSb材料的腐蝕表現(xiàn)出活躍的特性, 而對(duì)GaSb則很難腐蝕, 可以保證更好的腐蝕效果, 同時(shí)獲得光滑的腐蝕表面[23].

對(duì)于MBE生長的InAs/GaSb II類超晶格長波材料, 首先使用酒石酸鉀鈉(C4H4O6KNa):去離子水(H2O):鹽酸(HCl):雙氧水(H2O2)(15g:200mL:160 mL:14mL)的混合溶液腐蝕頂部的GaSb層[23], 隨后通過固定檸檬酸和雙氧水的體積比為2:1對(duì)InAsSb進(jìn)行腐蝕. 在檸檬酸和雙氧水的初始用量為30mL/15mL的情況下, 分析腐蝕速率的變化趨勢. 由表1可見, 隨著檸檬酸和雙氧水含量的增加, 腐蝕速率首先呈上升趨勢, 同時(shí)臺(tái)面?zhèn)缺诤拖卤砻嬷饾u變得光滑. 但是, 當(dāng)檸檬酸和雙氧水的含量逐漸超過40mL/20mL時(shí), 腐蝕速率呈現(xiàn)下降趨勢, 而臺(tái)面?zhèn)缺诤拖卤砻嬉查_始逐漸變得粗糙.

圖3 InAs/GaSbII類超晶格材料在30 μm×30 μm區(qū)域的原子力顯微鏡圖像

圖4 InAs/GaSb II類超晶格材料的X射線衍射曲線

表1 不同體積的檸檬酸和雙氧水的腐蝕速率

通過分析上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果, 可以作如下解釋. 當(dāng)溶液中雙氧水較少時(shí), 雙氧水與材料的氧化反應(yīng)中產(chǎn)生的氧化物也會(huì)較少. 此時(shí), 如果檸檬酸用量較多, 那么檸檬酸與氧化物反應(yīng)后多余的檸檬酸會(huì)直接腐蝕材料, 造成材料腐蝕界面粗糙. 而當(dāng)雙氧水的含量處于適量狀態(tài)時(shí), 檸檬酸只與雙氧水氧化過程中產(chǎn)生的氧化物反應(yīng), 而其不再直接腐蝕材料, 因此, 材料的表面形貌是光滑的. 當(dāng)雙氧水的含量過高時(shí), 雙氧水與材料的氧化反應(yīng)過程中會(huì)產(chǎn)生過多氧化物, 這些氧化物不能被檸檬酸完全反應(yīng), 導(dǎo)致剩余的氧化物堆積在臺(tái)面?zhèn)缺谏? 造成界面粗糙, 也對(duì)腐蝕速率造成一定的影響.

基于上述結(jié)果, 在隨后的腐蝕溶液中引入去離子水, 而溶液總體積不變, 通過改變?nèi)ルx子水的體積來觀察腐蝕速率的變化情況. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明, 引入去離子水后, 總腐蝕速率略有增加, 在溶液比例為60:30:90時(shí), 腐蝕表面更加光滑(表2). 基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果, 可以推斷去離子水的引入稀釋了檸檬酸和雙氧水的效果, 使原來的溶液變得不飽和, 最終導(dǎo)致反應(yīng)速率的輕微增加.

表2 固定檸檬酸和雙氧水的比例, 總?cè)芤后w積不變的腐蝕速率及表面粗糙度

注： A:檸檬酸; B:雙氧水; C:去離子水; D:腐蝕速率; E:表面粗糙度.

為進(jìn)一步改進(jìn)腐蝕實(shí)驗(yàn), 將檸檬酸和雙氧水的體積分別固定為60mL和30mL, 并改變?nèi)ルx子水的體積, 尋找更合適的比例. 由表3可見, 隨著去離子水體積的增加, 腐蝕速率首先增加, 臺(tái)面?zhèn)缺诤拖卤砻娴拇植诙纫仓饾u改善. 然而, 當(dāng)去離子水體積超過90mL時(shí), 腐蝕速率出現(xiàn)下降, 臺(tái)面?zhèn)缺诤拖卤砻媛兊么植? 主要是因?yàn)楫?dāng)去離子水含量過高時(shí), 造成檸檬酸和雙氧水的腐蝕溶液過度稀釋, 使腐蝕溶液的效果降低, 最終導(dǎo)致腐蝕速率的減小. 從圖5的SEM圖像可以證實(shí), 用這種比例的檸檬酸溶液腐蝕的臺(tái)面?zhèn)缺诠饣鶆? 沒有附著顆粒污染. 因此, 最終確定腐蝕過程的最佳體積比例為(C6H8O7):(H2O2):(H2O)=2:1:3.

在濕法腐蝕臺(tái)面后, 對(duì)T2SL材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行鈍化處理, 每種鈍化處理的細(xì)節(jié)描述如下. 對(duì)于SiO2鈍化, 在200℃左右的沉積溫度下, 通過等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD), 在刻蝕臺(tái)面和側(cè)壁上沉積了一層SiO2薄膜. 對(duì)于外延再生長材料的設(shè)計(jì), 關(guān)鍵是要考慮各種參數(shù), 包括材料帶隙、能帶偏移和晶格常數(shù). 首先, 外延再生長材料的晶格常數(shù)必須接近頂部GaSb的晶格常數(shù)(6.1?), 以匹配材料晶格. 結(jié)合晶格常數(shù)接近6.1?的材料, 并考慮到有效的超晶格帶隙在中波紅外器件的～300 meV到長波紅外器件的～100meV之間, 外延再生長材料應(yīng)該有更寬的帶隙. 此外, 大的能帶偏移將阻止載流子從超晶格到再生長層的轉(zhuǎn)移. 最后, 綜合上述因素, AlAsSb被選為外延再生長材料. 由于AlAsSb材料本身在空氣中比較容易被氧化, 所以在外延再生長后, 通過PECVD在材料表面沉積一層SiO2薄層, 以防止AlAsSb材料的氧化, 同時(shí)達(dá)到絕緣的目的. 根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)情況, 本文設(shè)計(jì)了兩組AlAsSb外延再生長結(jié)構(gòu)a和b, 分別是AlAsSb/ AlAs/GaAs以及AlAsSb/GaSb的組合.

表3 固定檸檬酸和雙氧水體積為60mL和30mL, 改變?nèi)ルx子水體積的腐蝕速率

圖5 濕法淺腐蝕和刻蝕下電極橫截面的掃描電鏡圖

最后, 經(jīng)AlAsSb/GaSb組合外延再生長鈍化后的不同臺(tái)面尺寸的器件暗電流密度和阻抗面積乘積()曲線分別如圖6和圖7所示. 結(jié)果表明, 該器件具有良好的性能, 暗電流密度得到明顯抑制, 器件性能隨著臺(tái)面直徑的增加而提高.

此外, 圖8和圖9分別顯示了刻蝕后未鈍化的器件和不同鈍化處理后的器件之間的暗電流密度和曲線的比較, 每種鈍化方法下的臺(tái)面直徑為500μm. 在77K, 偏置電壓為-0.1V時(shí), 未鈍化樣品的暗電流密度為1.79×10-1A?cm-2, SiO2鈍化樣品的暗電流密度為1.01×10-2A?cm-2, AlAsSb外延再生長a鈍化樣品暗電流密度為1.18×10-2A?cm-2, 而AlAsSb外延再生長b鈍化樣品的暗電流密度為6.59×10-3A?cm-2. 結(jié)果顯示, 經(jīng)AlAsSb/GaSb外延再生長鈍化樣品的暗電流密度表現(xiàn)出最低的暗電流密度, 表明這種鈍化方法對(duì)抑制表面漏電流有最明顯的效果.

圖6 經(jīng)AlAsSb/GaSb外延再生長鈍化后, 不同臺(tái)面尺寸的器件暗電流密度與偏壓的關(guān)系

圖7 經(jīng)AlAsSb/GaSb外延再生長鈍化后, 不同臺(tái)面尺寸的阻抗面積乘積與偏壓的關(guān)系

圖8 不同鈍化方式的暗電流密度與偏壓的關(guān)系曲線

圖9 不同鈍化方式的阻抗面積乘積與偏壓的關(guān)系曲線

結(jié)合工藝和相關(guān)原理, 對(duì)上述結(jié)果進(jìn)行解釋. 對(duì)于圖8中AlAsSb外延再生長a的暗電流曲線, 由于AlAsSb層向AlAs層過渡過程中的應(yīng)力積累和最終GaAs覆蓋層本身的缺陷, 整體鈍化結(jié)構(gòu)并不完善, 限制了暗電流的抑制效果. 對(duì)于圖8中AlAsSb外延再生長b的暗電流曲線, 整體結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力積累減少, GaSb覆蓋層比GaAs更穩(wěn)定. 同時(shí), 寬帶隙AlAsSb外延再生長鈍化材料可以與下面的超晶格結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)更好的晶格匹配, 由此產(chǎn)生的能帶偏移也會(huì)阻止載流子從超晶格流向再生長層, 提高器件的性能, 表現(xiàn)出相對(duì)更好的暗電流抑制效果. 對(duì)于圖8中SiO2鈍化的暗電流曲線, 所采用的PECVD工藝技術(shù)并不完善, 同時(shí), SiO2中的一些固有電荷很容易導(dǎo)致在干法刻蝕臺(tái)面的側(cè)壁上形成漏電通道, 從而降低器件的性能.

此外, 圖10顯示了在77K, 偏置電壓為-0.1V時(shí), 未鈍化的器件和用不同鈍化方法處理的器件的阻抗面積乘積的倒數(shù)(()-1)與像元周長面積比(/)的曲線.

()-1的表面相關(guān)性可用式(1)來近似計(jì)算:

式中: RA為阻抗面積乘積; rsurface為表面電阻率; rbulk為體電阻貢獻(xiàn); P為像元周長; A為像元面積. 從式(1)中可以看出, 表面電阻率倒數(shù)與表面的相關(guān)漏電流成正比. 在77K, 偏置電壓為-0.1V時(shí), 發(fā)現(xiàn)未鈍化表面電阻率為16.92Ω·cm, SiO2鈍化的表面電阻率為267.38Ω·cm, AlAsSb外延再生長a條件下, 表面電阻率為242.72Ω·cm, 而AlAsSb外延再生長b條件下, 表面電阻率為303.95Ω·cm. 結(jié)果表明, AlAsSb外延再生長b條件下, 鈍化后表現(xiàn)出最高的表面電阻率, 顯示出更好的表面漏電流抑制效果.

3 結(jié)論

研究了濕法腐蝕制備淺臺(tái)面工藝, 通過優(yōu)化后的檸檬酸/雙氧水/去離子水混合溶液((C6H8O7):(H2O2):(H2O)=2:1:3)對(duì)InAsSb進(jìn)行濕法腐蝕, 獲得了光滑的InAsSb臺(tái)面. 然后, 利用MBE外延再生長來抑制InAs/GaSb II類超晶格LWIR探測器表面的漏電流. 使用AlAsSb/AlAs/GaAs、AlAsSb/ GaSb兩種不同的外延再生長組合和單一的SiO2薄層分別對(duì)刻蝕后的臺(tái)面進(jìn)行鈍化, 同時(shí)還保留一個(gè)沒有鈍化的對(duì)照樣品進(jìn)行比較. 暗電流特性測量的結(jié)果顯示, 利用AlAsSb/GaSb外延再生長鈍化器件在77K, 偏壓-0.1V時(shí), 臺(tái)面直徑為500μm的LWIR探測器的暗電流密度為6.59×10-3A?cm-2,0為15.8 Ω·cm2, 表現(xiàn)出最佳的暗電流抑制效果. 而SiO2鈍化對(duì)器件暗電流的抑制效果相對(duì)較差, AlAsSb/AlAs/GaAs的外延再生長鈍化效果次之. 綜上, 該研究成果為抑制T2SL LWIR探測器表面漏電流提供了一個(gè)新的思路.

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Surface passivation of InAs/GaSb infrared detectors using epitaxial regrowth of AlAsSb

YAN Dingyu1,2, SHEN Xiang1,2*, WANG Shumin4, SHI Zhangyong1,2, ZHANG Yanchao3, ZHANG Fan3

( 1.Advanced Technology Research Institute, Ningbo University, Ningbo 315211, China;2.Key Laboratory of Photoelectric Materials and Devices of Zhejiang Province, Ningbo 315211, China;3.Zhejiang SuperMat Sen-Ray Optoelectronics Co., Ltd., Ningbo 315400, China;4.College of Micro-technology and Nano-science, Chalmers University of Technology, Gothenburg 41296, Sweden )

Passivation of InAs/GaSb type-II superlattice (T2SLs) infrared detectors by epitaxial regrowth of AlAsSb using molecular beam epitaxy (MBE) technology has achieved a significant reduction of dark current. Firstly, the optimal etching recipe for wet etching shallow mesa surfaces is investigated to obtain low lateral corrosion, smooth etching mesa sidewall, and a uniform corrosion interface. Thereafter, the post-etched mesa is passivated using two different epitaxial regrowth combinations of AlAsSb/AlAs/GaAs and AlAsSb/GaSb and a single SiO2thin layer, respectively. A control sample without any passivation layer is also kept for comparison, and the dark current characteristics of the four different passivations are investigated. It turns out that the passivation layer prepared with the epitaxial regrowth of AlAsSb/GaSb further reduces the dark current of the device, whereas the SiO2passivation shows relatively less satisfying performance, and the epitaxial regrowth passivation of AlAsSb/AlAs/GaAs is the least effective. Therefore, epitaxial regrowth passivation technology proves to be an effective method to reduce the dark current of long wavelength infrared detectors.

epitaxial regrowth passivation; surface passivation; InAs/GaSb type-II superlattice; long wavelength infrared detector; wet etching

TN215

A

1001-5132（2023）03-0087-07

2023?02?04.

寧波大學(xué)學(xué)報(bào)（理工版）網(wǎng)址: http://journallg.nbu.edu.cn/

國家自然科學(xué)基金聯(lián)合項(xiàng)目（U21A2056）; 浙江省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2021C01025）; 寧波市“科技創(chuàng)新2025”重大專項(xiàng)（2020Z009）.

嚴(yán)定鈺（1998－）, 男, 湖南常德人, 在讀碩士研究生, 主要研究方向: 紅外探測器二次外延鈍化. E-mail: a595925304@foxmail.com

通信作者:沈祥（1980－）, 男, 浙江寧波人, 研究員, 主要研究方向: 光電材料與器件. E-mail: shenxiang@nbu.edu.cn

（責(zé)任編輯 章踐立）