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    • 专利摘要:
    本实用新型公开了一种扩展波长的InGaAs红外探测器，包括依次生长在InP衬底上的第一缓冲层、第二缓冲层、吸收层和盖层；所述第一缓冲层为InAsyP(1‑y)，其中0<y<0.68；所述第二缓冲层为InAs0.68P0.32；所述吸收层为In0.82Ga0.18As；所述盖层为InAs0.68P0.32。本实用新型的扩展波长InGaAs红外探测器可以降低InGaAs吸收层中的缺陷密度，有效抑制失配位错，提高量子效率，从而保证了器件性能。
    公开号:CN214336725U
    申请号:CN202023288750.3U
    申请日:2020-12-30
    公开日:2021-10-01
    发明作者:孙炳蔚；顾溢；刘大福
    申请人:Wuxi Zhongke Core Photoelectric Sensing Technology Research Institute Co ltd；
    IPC主号:H01L31-0352
    专利说明:
    [n0001] 本实用新型属于半导体光电子材料与器件领域，特别涉及一种扩展波长的InGaAs红外探测器。
    [n0002] 短波红外波段在通信、遥感、传感、成像等领域具有许多重要的应用。InGaAs材料做成的探测器具有室温工作、低噪声、灵敏度高、响应速度快等优点，量子效率可超过70％，是短波红外波段空间遥感的理想材料。目前的InGaAs红外探测器结构设计大多采用PIN结构，该结构包括n型衬底、不同组分的InGaAs构成的吸收层、p型盖层和正负金属电极。
    [n0003] 三元系InxGa1-xAs材料为全组分直接带隙材料，通过调节In组分x可覆盖0.8-3.5μm波段。然而，提高In组分必然导致InGaAs材料与衬底产生晶格失配继而引起位错缺陷。对于与衬底晶格失配的InGaAs扩展波长探测器而言，缺陷密度是影响器件暗电流和量子效率的主要因素之一，其容易降低InGaAs外延材料的质量，最终导致探测器性能下降。
    [n0004] 本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术中提高In组分导致InGaAs材料与衬底产生晶格失配产生的缺陷，提供一种可降低InGaAs吸收层中的缺陷密度的扩展波长的InGaAs红外探测器。
    [n0005] 本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
    [n0006] 本实用新型提供了一种扩展波长的InGaAs红外探测器，所述InGaAs红外探测器结构包括依次生长在InP衬底上的第一缓冲层、第二缓冲层、吸收层和盖层；所述第一缓冲层为InAsyP(1-y)，其中0<y<0.68；所述第二缓冲层为InAs0.68P0.32；所述吸收层为In0.82Ga0.18As；所述盖层为InAs0.68P0.32。
    [n0007] 较佳地，对于所述第一缓冲层，其中y按照线性渐变或按照阶梯跃变。
    [n0008] 较佳地，所述InP衬底为2°InP衬底。
    [n0009] 较佳地，所述第一缓冲层和所述第二缓冲层的厚度总和的范围为6～9μm；并且其中所述第一缓冲层的厚度范围为4-5μm。
    [n0010] 较佳地，所述盖层的厚度范围为0.5-2μm；和/或，所述吸收层的厚度范围为2-4μm。
    [n0011] 较佳地，所述第一缓冲层的掺杂源为Si或S。
    [n0012] 较佳地，所述盖层的掺杂源为Be或者Zn。
    [n0013] 较佳地，所述第一缓冲层中的掺杂浓度为1×1018cm-3～3×1018cm-3，和/或，所述第二缓冲层中的掺杂浓度为1×1018cm-3～3×1018cm-3。
    [n0014] 较佳地，所述盖层中的掺杂浓度为5×1017cm-3～10×1017cm-3，和/或，所述吸收层中的掺杂浓度为5×1016cm-3～10×1016cm-3。
    [n0015] 较佳地，对于所述第一缓冲层，当y按照阶梯跃变时，跃变阶梯总数的范围为10～100个，阶梯的厚度范围为40-500nm。
    [n0016] 本实用新型的积极进步效果在于：本实用新型针对InGaAs材料与衬底晶格失配造成红外探测器性能降低的问题，提供了一种扩展波长InGaAs红外探测器结构，通过设置缓冲层减小表面复合及提高量子效率，从而降低InGaAs吸收层中的缺陷密度并有效抑制了失配位错，提高了器件性能。
    [n0017] 图1是本实用新型的实施例1的扩展波长的InGaAs红外探测器示意图。
    [n0018] 图2是本实用新型的实施例2的扩展波长的InGaAs红外探测器示意图。
    [n0019] 下面通过实施例的方式进一步说明本实用新型，但并不因此将本实用新型限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
    [n0020] 实施例1
    [n0021] 参见图1所示，本实施例的扩展波长的InGaAs红外探测器包括：
    [n0022] 依次生长在InP衬底1上的第一缓冲层2、第二缓冲层3、吸收层4和盖层5。
    [n0023] 第一缓冲层2为InAsyP(1-y)，其中0<y<0.68；并且y按照图1所示为线性渐变。第二缓冲层3为InAs0.68P0.32。
    [n0024] 吸收层4为In0.82Ga0.18As；盖层5为InAs0.68P0.32。
    [n0025] 作为一种较佳的实施方式，衬底1采用高掺杂n型InP单晶衬底，如2°InP衬底。
    [n0026] 作为一种较佳的实施方式，第一缓冲层2和第二缓冲层3的厚度总和的范围为6～9μm；其中第一缓冲层2的厚度范围为4-5μm，相应地，第二缓冲层的厚度范围为2-4μm。
    [n0027] 作为一种较佳的实施方式，所述盖层的厚度范围为0.5-2μm；和/或，所述吸收层的厚度范围为2-4μm。
    [n0028] 作为一种较佳的实施方式，第一缓冲层2的掺杂源为Si或S。
    [n0029] 作为一种较佳的实施方式，盖层5的掺杂源为Be或Zn。
    [n0030] 作为一种较佳的实施方式，第一缓冲层2中的掺杂浓度为1×1018cm-3～3×1018cm-3，第二缓冲层3中的掺杂浓度为1×1018cm-3～3×1018cm-3，盖层5中的掺杂浓度为5×1017cm-3～10×1017cm-3，吸收层4中的掺杂浓度为5×1016cm-3～10×1016cm-3。
    [n0031] 本实施例中，第一缓冲层2、第二缓冲层3、吸收层4和盖层5均采用金属有机物化学气相沉积技术生长。需要指出的是金属有机物化学气相沉淀技术为化学气相沉淀技术中的一种惯用手段，因此其并不在本申请要求予以保护的范围之内，在此也不作过多赘述。
    [n0032] 本实施例的扩展波长的InGaAs红外探测器针对InGaAs材料与衬底晶格失配造成红外探测器性能降低的问题，设置依次生长的两层缓冲层InAsyP(1-y)，其中第一缓冲层中参数y按照线性渐变，从而降低了InGaAs吸收层中的缺陷密度，有效抑制了失配位错，提高了量子效率，从而保证了器件性能。
    [n0033] 实施例2
    [n0034] 参见图2所示，本实施例的扩展波长的InGaAs红外探测器包括：
    [n0035] 依次生长在InP衬底11上的第一缓冲层12、第二缓冲层13、吸收层14和盖层15。
    [n0036] 第一缓冲层12为InAsyP(1-y)，其中0<y<0.68。
    [n0037] 第三缓冲层13为InAs0.68P0.32。
    [n0038] 吸收层14为In0.82Ga0.18As；盖层15为InAs0.68P0.32。
    [n0039] 作为一种较佳的实施方式，衬底11采用高掺杂n型InP单晶衬底，如2°InP衬底。
    [n0040] 作为一种较佳的实施方式，第一缓冲层12和第二缓冲层13的厚度总和的范围为6-9μm；其中第一缓冲层12的厚度范围为4-5μm，相应的，第二缓冲层的厚度范围为2-4μm。
    [n0041] 作为一种较佳的实施方式，所述盖层的厚度范围为0.5-2μm；和/或，所述吸收层的厚度范围为2-4μm。
    [n0042] 作为一种较佳的实施方式，第一缓冲层12的掺杂源为Si或S。
    [n0043] 作为一种较佳的实施方式，盖层15的掺杂源为Be或Zn。
    [n0044] 作为一种较佳实施方式，第一缓冲层12掺杂浓度为1×1018cm-3～3×1018cm-3，第二缓冲层13中的掺杂浓度为1×1018cm-3～3×1018cm-3，盖层15中的掺杂浓度为5×1017cm-3～10×1017cm-3，吸收层14中的掺杂浓度为5×1016cm-3～10×1016cm-3。
    [n0045] 如图2所示，作为一种较佳的实施方式，缓冲层12的InAsyP(1-y)中y从0到0.68为阶梯跃变，跃变阶梯总数的范围为10～100个，阶梯的厚度范围为40-500nm，此外本领域技术人员可知，跃变阶梯总数和所选择的阶梯厚度的乘积在上述缓冲层12的厚度范围之内，即4-5μm。
    [n0046] 本实施例中，第一缓冲层12、第二缓冲层13、吸收层14和盖层15均采用金属有机物化学气相沉积技术生长。需要指出的是金属有机物化学气相沉淀技术为化学气相沉淀技术中的一种惯用手段，因此其并不在本申请要求予以保护的范围之内，在此也不作过多赘述。
    [n0047] 本实施例的扩展波长的InGaAs红外探测器针对InGaAs材料与衬底晶格失配造成红外探测器性能降低的问题，设置依次生长的两层缓冲层InAsyP(1-y)，其中第一缓冲层中参数y按照阶梯跃变，从而降低了InGaAs吸收层中的缺陷密度，有效抑制了失配位错，提高了量子效率，从而保证了器件性能。
    [n0048] 虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。
    权利要求:
    Claims (8)
    [0001] 1.一种扩展波长的InGaAs红外探测器，其特征在于，所述InGaAs红外探测器结构包括依次生长在InP衬底上的第一缓冲层、第二缓冲层、吸收层和盖层；所述第一缓冲层为InAsyP(1-y)，其中0<y<0.68；所述第二缓冲层为InAs0.68P0.32；所述吸收层为In0.82Ga0.18As；所述盖层为InAs0.68P0.32。
    [0002] 2.如权利要求1所述的扩展波长的InGaAs红外探测器，其特征在于，对于所述第一缓冲层，其中y按照线性渐变或按照阶梯跃变。
    [0003] 3.如权利要求1所述的扩展波长的InGaAs红外探测器，其特征在于，所述InP衬底为2°InP衬底。
    [0004] 4.如权利要求1所述的扩展波长的InGaAs红外探测器，其特征在于，所述第一缓冲层和所述第二缓冲层的厚度总和的范围为6～9μm；并且其中所述第一缓冲层的厚度范围为4-5μm。
    [0005] 5.如权利要求1所述的扩展波长的InGaAs红外探测器，其特征在于，所述盖层的厚度范围为0.5-2μm；和/或，所述吸收层的厚度范围为2-4μm。
    [0006] 6.如权利要求1所述的扩展波长的InGaAs红外探测器，其特征在于，所述第一缓冲层的掺杂源为Si或S。
    [0007] 7.如权利要求1所述的扩展波长的InGaAs红外探测器，其特征在于，所述盖层的掺杂源为Be或者Zn。
    [0008] 8.如权利要求2所述的扩展波长的InGaAs红外探测器，其特征在于，对于所述第一缓冲层，当y按照阶梯跃变时，跃变阶梯总数的范围为10～100个，阶梯的厚度范围为40-500nm。
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    优先权:
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