[发明专利]用于拓展In0.53Ga0.47As探测器及其阵列短波响应的材料体系及其制备

说明书

技术领域

本发明属于In_0.53Ga_0.47As探测器的制备领域，特别涉及一种用于拓展In_0.53Ga_0.47As探测器及其阵列短波响应的材料体系及其制备。

背景技术

与InP衬底晶格匹配的In_0.53Ga_0.47As三元系材料具有直接带隙和高电子迁移率的特点，其室温下的禁带宽度约0.75eV，对应的波长约1.65μm，恰好可以覆盖光纤通信波段，因此采用In_0.53Ga_0.47As三元系材料制作的光电探测器在光通信领域获得了普遍应用，并且在遥感、传感和成像等方面也有重要用途。

最常见的In_0.53Ga_0.47As探测器结构为PIN型，衬底或缓冲层材料作N型下接触层，In_0.53Ga_0.47As作为不掺杂或低掺杂I型吸收层，再加上一层P型上接触层。在常规正面进光时上接触层材料作为窗口层，而对常采用背面(衬底面)进光及倒扣封装方案的阵列探测器而言，下接触层材料同时作为窗口层。对于InGaAs探测器窗口层材料的选择而言，一般希望采用具有较宽禁带的材料作为透明窗口层。一方面窗口层材料禁带宽度要大于吸收层材料，这样可以提高量子效率，另一方面也希望窗口层材料禁带宽度在大于吸收层材料的基础上越大越好，可以拓展器件的短波响应范围，也有利于减小表面复合，改善暗电流特性。传统的In_0.53Ga_0.47As光电探测器采用InP材料作为上接触层和下接触层，对于正面进光或背面进光的器件而言，器件响应光谱的短波截止波长分别受到上接触层或下接触层InP材料禁带宽度的限制。室温下InP的禁带宽度约1.35eV，它将吸收波长小于0.91μm的光，从而限制了探测器对更短波长光的吸收。

在In_0.53Ga_0.47As光电探测器及其阵列的实际应用中，器件噪声是一个非常重要的参数，器件噪声中的重要一部分是1/f噪声，一般认为PN结异质界面处的位错和互扩散是其噪声的重要来源。若采用InP作为窗口层，在InGaAs吸收层与InP窗口层之间存在V族元素As/P的异质界面，无论是分子束外延还是金属有机物气相外延技术，在进行材料生长时生长完InGaAs吸收层关掉As源后，V族元素As的含量需要一段时间才能慢慢从系统中减少，存在所谓“记忆效应”，一方面非常容易残留在InP窗口层中发生混杂，形成多元化合物；另一方面如果要保证As没有残留，则需要在生长InGaAs关闭As源后与生长InP前中断一段时间，但是在这段时间内InGaAs材料表面将没有As源进行保护，材料维持在高温下容易发生分解，即使在P源保护下也较容易形成材料混杂。所以在探测器结构材料选取时也有必要考虑到异质结界面质量对器件噪声影响的问题。

同时，固态源分子束外延技术在生长含磷化合物材料时候存在特殊的困难，因为固态磷有红磷和白磷两种形态，两者的蒸气压之差达到了10⁵量级，因此用传统的固态源分子束外延技术很难精确控制它的束流强度。虽然目前已经出现了新型固态磷源裂解炉技术，但仍有很多分子束外延系统不能生长磷源。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于拓展In_0.53Ga_0.47As探测器及其阵列短波响应的材料体系及其制备，本发明采用宽禁带透明上接触层和下接触层材料体系，可以减小表面复合并提高量子效率，可利用分子束外延方法或金属有机物气相外延方法无需As/P切换而不间断生长，有利于在生长过程中保持平整的表面态，保证材料的高质量生长，可降低器件噪声，具有很好的通用性。

本发明的一种用于拓展In_0.53Ga_0.47As探测器及其阵列短波响应的材料体系，其特征在于：采用禁带宽度大于In_0.53Ga_0.47As吸收层材料且大于常规InP的含铝砷化物材料作为上下接触层材料体系实现拓展In_0.53Ga_0.47As探测器及其阵列短波响应；上接触层结构的含铝砷化物材料在正面进光时作为窗口层，下接触层结构的含铝砷化物材料在选择腐蚀掉衬底后适用于背面进光。

所述的含铝砷化物材料为InAlAs三元或InAlGaAs四元化合物。