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      PNIN型InGaAs紅外探測器的制造方法

      文檔序號:7059415閱讀:230來源:國知局
      PNIN型InGaAs紅外探測器的制造方法
      【專利摘要】本發(fā)明提供一種PNIN型InGaAs紅外探測器,涉及光電子材料與器件的應用領域。PNIN型InGaAs紅外探測器,該探測器是依次包括襯底、緩沖層、擴展波長的InGaAs吸收層、n型插入層和蓋層的PNIN型探測器結構;其中,所述的n型插入層的厚度為50nm~150nm,其組分與所述擴展波長的InGaAs吸收層的組分相同。本發(fā)明的紅外探測器增加的n型插入層能夠通過產生帶階,抑制載流子的輸運,導致暗電流降低,進而提高紅外探測器的光電性能。同時降低了對InGaAs材料外延生長的要求,并可在更廣泛的波長范圍工作。本發(fā)明的紅外探測器適用于背面進光及倒扣封裝結構,具有很好的通用性。
      【專利說明】PNIN型InGaAs紅外探測器

      【技術領域】
      [0001]本發(fā)明涉及光電子材料與器件的應用領域,具體涉及一種PNIN型InGaAs紅外探測器。

      【背景技術】
      [0002]目前在InGaAs紅外探測器結構設計中,特別是半導體光伏型紅外探測器中,都采用PIN結構。但隨著材料制備工藝和器件結構設計的迅速發(fā)展,人們渴望發(fā)展新型紅外探測器,以改善目前光電子器件的性能。特別是對于空間遙感用探測器來說,急需設計出可以有效抑制器件的暗電流噪聲并提高探測范圍的紅外探測器件結構。
      [0003]研究發(fā)現(xiàn)由于InGaAs材料為全組分直接帶隙材料,通過提高In組分,可有效擴展探測器的應用范圍。但提高In組分同時必然導致InGaAs材料與襯底產生晶格失配,而當失配較大時則就會引起位錯缺陷,降低InGaAs外延材料的質量,導致探測器性能下降。因此,如果希望得到高質量的InGaAs材料,需要在襯底與吸收層間生長適當?shù)木彌_層,以降低吸收層中的缺陷密度。
      [0004]為了減少襯底與吸收層之間的晶格失配帶來的位錯缺陷,目前主要采用在兩層間插入組分漸變(或躍變)的緩沖層的方法。采用該技術可有效抑制位錯,改善吸收層的質量,從而使探測器性能得到改善,但該技術需要生長非常厚的緩沖層后才能生長所需要組分的吸收層。此外,由于InGaAs緩沖層是不透明的,對于常采用背面進光及倒扣封裝方案的陣列及焦平面探測器而言,這種緩沖層結構就不適合。而當在襯底上生長InAsP緩沖層材料時,由于臨界厚度較小,即在外延生長過程中,外延層內的應變釋放很快,在較小厚度范圍內即可以獲得很高的弛豫度,這有望提高在其上生長的InGaAs吸收層材料質量,獲得低缺陷密度的光吸收層材料。而InAlAs材料與InGaAs材料十分相似,具有增加In的組分值則其晶格常數(shù)相應增加并保持直接帶隙的特點。InAlAs材料對于所探測的光波長透明,有助于提高量子效率,同時也有利于減小表面復合,改善暗電流特性。因此在正面進光時可采用寬禁帶InAlAs材料作蓋層。


      【發(fā)明內容】

      [0005]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有InGaAs紅外探測器存在的缺陷,提供一種能夠顯著降低暗電流并擴展探測范圍的PNIN型InGaAs紅外探測器。
      [0006]為了實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明的技術方案具體如下:
      [0007]—種PNIN型InGaAs紅外探測器,該探測器是依次包括襯底、緩沖層、擴展波長的InGaAs吸收層、η型插入層和蓋層的PNIN型探測器結構;
      [0008]其中,所述的η型插入層的厚度為50nm?150nm,其組分與所述擴展波長的InGaAs吸收層的組分相同。
      [0009]在上述技術方案中,所述襯底為高摻雜的η型InP或η型GaAs單晶襯底。
      [0010]在上述技術方案中,所述緩沖層是線性漸變組分的摻Si的InAsP材料或與吸收層晶格匹配的固定組分的摻Si的InAsP材料。
      [0011]在上述技術方案中,所述擴展波長的InGaAs吸收層的組分具體為InxGai_xAs,其中X的范圍為0.53〈x〈l。
      [0012]在上述技術方案中,所述蓋層是與擴展波長的InGaAs吸收層晶格匹配的摻Be的P型InAlAs或P型InAsP材料。
      [0013]本發(fā)明的有益效果是:
      [0014]本發(fā)明提供的PNIN型InGaAs紅外探測器是在現(xiàn)有InGaAs紅外探測器結構的吸收層和蓋層之間增加了一層厚度為50nm?150nm的η型插入層,其組分與所述擴展波長的InGaAs吸收層的組分相同。增加的η型插入層能夠通過產生帶階,抑制載流子的輸運,導致暗電流降低,進而提高紅外探測器的光電性能。同時降低了對InGaAs材料外延生長的要求,并可在更廣泛的波長范圍工作。
      [0015]本發(fā)明提供的PNIN型InGaAs紅外探測器既能滿足正面進光要求,也能適用于背面進光及倒扣封裝結構,具有很好的通用性。本發(fā)明實現(xiàn)了對InGaAs紅外探測器的暗電流顯著抑制及探測范圍的擴展,從而實現(xiàn)對探測器性能的提高。

      【專利附圖】

      【附圖說明】
      [0016]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細說明。
      [0017]圖1為本發(fā)明的PNIN型InGaAs紅外探測器結構示意圖。

      【具體實施方式】
      [0018]本發(fā)明的發(fā)明思想為:本發(fā)明是為提高InGaAs紅外探測器的光電性能,提供一種既能夠拓展探測器的應用范圍,又能對器件的暗電流顯著抑制并保持良好光電轉換效率的新型探測器結構。采用高摻雜的η型InP或η型GaAs單晶襯底,擴展波長的InGaAs材料作為吸收層,η型InGaAs作為插入層,ρ型InAlAs或ρ型InAsP作為蓋層。在η型InP或η型GaAs單晶襯底上利用兩步法生長一層摻Si的InAsP材料作為緩沖層,然后生長一層低摻雜、擴展波長的InGaAs光吸收層材料,繼續(xù)再生長一層η型高摻雜的InGaAs插入層材料,最后在其上生長一層摻Be的ρ型InAlAs或ρ型InAsP蓋層材料,構成PNIN結構,這樣可以減少由于晶格失配引起的缺陷。此外,利用η型插入層產生帶階來抑制載流子的輸運,導致暗電流降低,進而提高紅外探測器的光電性能。綜上所述,采用該結構制備的InGaAs紅外探測器性能將明顯改善。
      [0019]下面結合附圖對本發(fā)明做以詳細說明。
      [0020]實施例1
      [0021]結合圖1說明本實施例,一種截止波長為2.6μπι的PNIN型InGaAs紅外探測器,其結構為:在η型InP襯底上依次生長厚度約為I μ m、摻雜濃度為2X 118CnT3的η型InAsa6tlPa4tl緩沖層,繼續(xù)生長厚度為3 μ m、摻雜濃度為8X 116CnT3的η型Ina82Gaai8As吸收層,再生長厚度為lOOnm、摻雜濃度為5 X 117CnT3的η型Ina82Gaai8As插入層,最后生長厚度為I μ m、摻雜濃度為2 X 11W3的ρ型Ina82Alai8As蓋層,形成PNIN探測器結構。
      [0022]本實施例首先在η型InP襯底上采用MOCVD系統(tǒng)使用兩步法生長摻Si的InAsa6tlPa4tl緩沖層,先在溫度為450°C時生長一層約為I μ m的InAsa6tlPa4O,然后升高溫度至580 V,在升溫過程中緩沖層InAsa 60P0.40退火重結晶,釋放由晶格失配所造成的應力,變成下一步生長的界面,在550°C恒溫3?5分鐘,然后繼續(xù)生長一層3 μ m低摻雜η型擴展波長的Ina82Gaai8As吸收層,再繼續(xù)生長一層10nm高摻雜η型Ina82Gaai8As插入層,最后通過生長I μ m摻Be的Ina82Alai8As蓋層,形成PNIN探測器結構。
      [0023]實施例2
      [0024]一種截止波長為2.6 μ m的PNIN型InGaAs紅外探測器,其結構為:在η型GaAs襯底上依次生長厚度約為I μ m、摻雜濃度為2X 118CnT3的η型InAsa6tlPa4tl緩沖層,繼續(xù)生長厚度為3 μ m、摻雜濃度為8 X 116CnT3的η型Ina82Gaai8As吸收層,再生長厚度為150nm、摻雜濃度為5X 117CnT3的η型Ina82Gaai8As插入層,最后生長厚度為I μ m、摻雜濃度為2 X 118CnT3的ρ型Ina82Alai8As蓋層,形成PNIN探測器結構。
      [0025]本實施例首先在η型GaAs襯底上采用MOCVD系統(tǒng)使用兩步法生長摻Si的InAsa6tlPa4tl緩沖層,先在溫度為450°C時生長一層約為Iym的InAsa6tlPa4O,然后升高溫度至580 V,在升溫過程中緩沖層InAsa 60P0.40退火重結晶,釋放由晶格失配所造成的應力,變成下一步生長的界面,在550°C恒溫3?5分鐘,然后繼續(xù)生長一層3 μ m低摻雜η型擴展波長的Ina82Gaai8As吸收層,再繼續(xù)生長一層150nm高摻雜η型Ina82Gaai8As插入層,最后通過生長I μ m摻Be的Ina82Alai8As蓋層,形成PNIN探測器結構。
      [0026]實施例3
      [0027]一種截止波長為2.6 μ m的PNIN型InGaAs紅外探測器,其結構為:在η型InP襯底上依次生長厚度約為I μ m、摻雜濃度為2X 118CnT3的η型InAsa6tlPa4tl緩沖層,繼續(xù)生長厚度為3 μ m、摻雜濃度為8 X 116CnT3的η型Ina82Gaai8As吸收層,再生長厚度為50nm、摻雜濃度為5X 117CnT3的η型Ina82Gaai8As插入層,最后生長厚度為I μ m、摻雜濃度為2X 118CnT3的P型Ina82Alai8As蓋層,形成PNIN探測器結構。
      [0028]本實施例首先在η型InP襯底上采用MOCVD系統(tǒng)使用兩步法生長摻Si的InAsa6tlPa4tl緩沖層,先在溫度為450°C時生長一層約為I μ m的InAsa6tlPa4O,然后升高溫度至580 V,在升溫過程中緩沖層InAsa 60P0.40退火重結晶,釋放由晶格失配所造成的應力,變成下一步生長的界面,在550°C恒溫3?5分鐘,然后繼續(xù)生長一層3 μ m低摻雜η型擴展波長的Ina82Gaai8As吸收層,再繼續(xù)生長一層50nm高摻雜η型Ina82Gaai8As插入層,最后通過生長I μ m摻Be的Ina82Alai8As蓋層,形成PNIN探測器結構。
      [0029]顯然,上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例,而并非對實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說,在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護范圍之中。
      【權利要求】
      1.一種PNIN型InGaAs紅外探測器,其特征在于,該探測器是依次包括襯底、緩沖層、擴展波長的InGaAs吸收層、η型插入層和蓋層的PNIN型探測器結構; 其中,所述的η型插入層的厚度為50nm?150nm,其組分與所述擴展波長的InGaAs吸收層的組分相同。
      2.根據(jù)權利要求1所述的PNIN型InGaAs紅外探測器,其特征在于,所述襯底為高摻雜的η型InP或η型GaAs單晶襯底。
      3.根據(jù)權利要求1所述的PNIN型InGaAs紅外探測器,其特征在于,所述緩沖層是線性漸變組分的摻Si的InAsP材料或與吸收層晶格匹配的固定組分的摻Si的InAsP材料。
      4.根據(jù)權利要求1所述的PNIN型InGaAs紅外探測器,其特征在于,所述擴展波長的InGaAs吸收層的組分具體為InxGai_xAS,其中x的范圍為0.53〈x〈l。
      5.根據(jù)權利要求1所述的PNIN型InGaAs紅外探測器,其特征在于,所述蓋層是與擴展波長的InGaAs吸收層晶格匹配的摻Be的p型InAlAs或p型InAsP材料。
      【文檔編號】H01L31/0304GK104319307SQ201410508495
      【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年9月26日 優(yōu)先權日:2014年9月26日
      【發(fā)明者】張志偉, 繆國慶, 宋航, 蔣紅, 黎大兵, 孫曉娟, 陳一仁, 李志明 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
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