專利名稱：一種GaAs襯底上擴(kuò)展波長(zhǎng)InGaAs探測(cè)器結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體光電子材料及器件領(lǐng)域，特別涉及一種GaAs襯底上擴(kuò)展波長(zhǎng)InGaAs探測(cè)器。
背景技術(shù)：
三元系InxGahAs材料為全組分直接帶隙材料，通過調(diào)節(jié)In組分x,可覆蓋
0.8^3.5 μ m波段。由于InGaAs材料制成的探測(cè)器具有靈敏度高、響應(yīng)速度快、抗輻照特性良好、室溫工作等優(yōu)點(diǎn)，使其成為短波紅外波段空間遙感的理想材料。對(duì)于空間遙感用探測(cè)器來說，研究的重點(diǎn)在于抑制噪聲，降低器件的暗電流，提高探測(cè)率。目前，InP基InGaAs紅外探測(cè)器探測(cè)截止波長(zhǎng)己擴(kuò)展至2.9 μ m，器件也由單元器件發(fā)展到紅外焦平面陣列，但暗電流較大依然是制約其應(yīng)用的重要問題。對(duì)于與襯底晶格失配的InGaAs擴(kuò)展波長(zhǎng)探測(cè)器而言，缺陷密度是影響器件暗電流和量子效率的主要因素之一。因此，如果希望得到質(zhì)量較高的材料，則一方面需要尋找到適合生長(zhǎng)高質(zhì)量高In組分InxGahAs材料的襯底，另一方面則需要在襯底與外延層間生長(zhǎng)某種結(jié)構(gòu)的緩沖層，以降低InGaAs層吸收中的缺陷密度。與InP襯底相比，GaAs襯底更為便宜，可以大大降低器件的制備成本；并且GaAs襯底質(zhì)量通常優(yōu)于InP襯底，其機(jī)械強(qiáng)度更高，容易保證器件在后續(xù)工藝過程中較低的損壞率；更為重要的一點(diǎn)是，GaAs襯底相對(duì)于InP襯底而言，其成熟的制備工藝保證了襯底在更大尺寸范圍內(nèi)具有更高的均勻性，缺陷密度大為降低`，這就減少了在生長(zhǎng)過程中襯底對(duì)外延層(InxGa^As)質(zhì)量的影響；同時(shí)，室溫下GaAs (1.42eV)禁帶寬度比InP (1.35eV)寬，采用背光輻照時(shí)可望探測(cè)的波長(zhǎng)更短，并且免去了腐蝕襯底的麻煩。相對(duì)于InP襯底，GaAs襯底與InxGai_xAs之間的晶格失配度更大，因此在GaAs襯底上生長(zhǎng)緩沖層時(shí)，InxAlhAs臨界厚度更小，也就是說當(dāng)外延生長(zhǎng)過程中，InxAlhAs外延層內(nèi)的應(yīng)變釋放很快，在較小厚度范圍內(nèi)可以獲得很高的弛豫度，有望提高在其上生長(zhǎng)的InxGa1^xAs吸收層材料質(zhì)量，獲得低缺陷密度的光吸收層材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種GaAs襯底上擴(kuò)展波長(zhǎng)InGaAs探測(cè)器結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的探測(cè)器結(jié)構(gòu)可拓展InGaAs探測(cè)器及其陣列的應(yīng)用范圍，采用工藝更為成熟、質(zhì)量更高的GaAs襯底，可降低器件成本、減小襯底缺陷對(duì)外延層暗電流的影響，提高量子效率，具有廣泛的應(yīng)用前景。所述的一種GaAs襯底上擴(kuò)展波長(zhǎng)InGaAs探測(cè)器結(jié)構(gòu)用于制備截止波長(zhǎng)大于1.7微米小于3.5微米的InGaAs探測(cè)器。所述的一種GaAs襯底上擴(kuò)展波長(zhǎng)InGaAs探測(cè)器結(jié)構(gòu)為:在GaAs襯底上外延含鋁砷化物材料作為緩沖層和下接觸層，InGaAs作為吸收層，并采用含鋁砷化物材料作為窗口層和上接觸層。所述GaAs襯底為半絕緣或?qū)щ奊aAs襯底。
所述InGaAs 中 In 組分大于 0.53，即 InxGa1^xAsj0.53〈x〈l。所述作為緩沖層和下接觸層的含鋁砷化物材料為In組分漸變的InAlAs三元或InAlGaAs四元化合物材料,或In組分與吸收層相同的InAlAs三元或InAlGaAs四元化合物材料。所述作為窗口層和上接觸層的含鋁砷化物材料為In組分與吸收層相同的InAlAs三元或InAlGaAs四元化合物材料。
_2] 有益.效果本發(fā)明提供的GaAs襯底上擴(kuò)展波長(zhǎng)InGaAs探測(cè)器結(jié)構(gòu)，采用GaAs襯底，可以大大降低器件的制備成本；并且GaAs襯底質(zhì)量通常優(yōu)于InP襯底，其機(jī)械強(qiáng)度更高，容易保證器件在后續(xù)工藝過程中較低的損壞率；更為重要的是，GaAs襯底成熟的制備工藝保證了襯底在更大尺寸范圍內(nèi)具有更高的均勻性，缺陷密度大為降低，這就減少了襯底缺陷對(duì)外延層(InxGahAs)質(zhì)量的影響；同時(shí)，室溫下GaAs (1.42eV)禁帶寬度相對(duì)較寬(室溫下InP禁帶寬度1.35eV)，采用背光輻照時(shí)可望探測(cè)的波長(zhǎng)更短，可免去了腐蝕襯底等繁瑣的工藝步驟；另外，利用GaAs與InxGahAs失配更大的特點(diǎn),外延層弛豫更快,可望在較低厚度范圍內(nèi)獲得較高質(zhì)量的外延層。


圖1是本發(fā)明提供的一種GaAs襯底上擴(kuò)展波長(zhǎng)InGaAs探測(cè)器結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是一種GaAs襯底上擴(kuò)展波長(zhǎng)InGaAs探測(cè)器結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范 圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。實(shí)施例1一種GaAs襯底上截止波長(zhǎng)2.4微米的InGaAs探測(cè)器結(jié)構(gòu)(I)采用[100]晶向的半絕緣GaAs單晶材料作為探測(cè)器的襯底，采用常規(guī)分子束外延方法首先在襯底上生長(zhǎng)約200nm的高摻雜η型GaAs作為緩沖層；(2)接著生長(zhǎng)厚度約為2.5 μ m的In含量為80%的高摻雜η型Ina8Ala2As緩沖層，電子濃度為2X1018cnT3，該外延層用于釋放應(yīng)變，可同時(shí)作為下接觸層；(3)再生長(zhǎng)厚度為2 μ m、電子濃度為3X 1016cm_3的低摻η型Ina8Gaa2As吸收層，然后繼續(xù)生長(zhǎng)厚度為0.48 μ m、空穴濃度為7 X IO18CnT3的高摻p型Ina8Gaa2As上接觸層，同時(shí)作為窗口層，即為探測(cè)器結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種GaAs襯底上擴(kuò)展波長(zhǎng)InGaAs探測(cè)器結(jié)構(gòu),其特征在于:在GaAs襯底上外延含鋁砷化物材料作為緩沖層和下接觸層，InGaAs作為吸收層，并采用含鋁砷化物材料作為窗口層和上接觸層，用于制備截止波長(zhǎng)大于1.7微米小于3.5微米的探測(cè)器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種GaAs襯底上擴(kuò)展波長(zhǎng)InGaAs探測(cè)器結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述GaAs襯底為半絕緣或?qū)щ奊aAs襯底。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種GaAs襯底上擴(kuò)展波長(zhǎng)InGaAs探測(cè)器結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述 InGaAs 中 In 組分大于 0.53，即 InxGa1^xAsj0.53〈x〈l。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種GaAs襯底上擴(kuò)展波長(zhǎng)InGaAs探測(cè)器結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述作為緩沖層和下接觸層的含鋁砷化物材料為In組分漸變的InAlAs三元或InAlGaAs四元化合物材料，或In組分與吸收層相同的InAlAs三元或InAlGaAs四元化合物材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種GaAs襯底上擴(kuò)展波長(zhǎng)InGaAs探測(cè)器結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述作為窗口層和上接觸層的含鋁砷化物材料為In組分與吸收層相同的InAlAs三元或InAlGaAs四元化合物材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種GaAs襯底上擴(kuò)展波長(zhǎng)InGaAs探測(cè)器結(jié)構(gòu)，使用該結(jié)構(gòu)制備的探測(cè)器截止波長(zhǎng)大于1.7微米小于3.5微米，在GaAs襯底上外延含鋁砷化物材料作為緩沖層和下接觸層，InGaAs作為吸收層，并采用含鋁砷化物材料作為窗口層和上接觸層。本發(fā)明的探測(cè)器結(jié)構(gòu)可拓展InGaAs探測(cè)器及其陣列的應(yīng)用范圍，采用工藝更為成熟、質(zhì)量更高的GaAs襯底，可降低器件成本、減小襯底缺陷對(duì)外延層暗電流的影響，提高量子效率，具有廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)H01L31/0304GK103077979SQ201310005380
公開日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2013年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月7日
發(fā)明者陳星佑, 顧溢, 張永剛 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所