[发明专利]宽探测波段的InGaAs/GaAs红外探测器

说明书

技术领域

本发明涉及一种宽探测波段的InGaAs/GaAs红外探测器，属于光电子材料与器件领域。

背景技术

由于InGaAs材料制成的探测器具有灵敏度高、响应速度快、抗辐照特性良好、室温工作等优点，使其成为近红外波段空间遥感的理想材料。对于空间遥感用探测器来说，研究的重点在于抑制噪声，降低器件的暗电流，提高探测率。

目前在InGaAs红外探测器结构设计中，特别是半导体光伏型红外探测器中，都采用pin结构，包括n型衬底、吸收层i层是不同组分的InGaAs、p型盖层、正负金属电极。InGaAs材料为全组分直接带隙材料，通过提高In组分，可有效扩展探测器的应用范围。但是，提高In组分必然导致InGaAs材料与衬底产生晶格失配，而当失配较大时就会引起位错缺陷，降低InGaAs外延材料的质量，导致探测器性能下降。因此，如果希望得到高质量的InGaAs材料，则一方面需要寻找到适合生长高质量InGaAs材料的衬底，另一方面则需要在衬底与吸收层间生长适当的缓冲层，以降低吸收层中的缺陷密度。

相对于InP衬底，GaAs衬底价格要低，可以有效降低器件的制备成本；并且GaAs衬底质量要好于InP衬底，其机械强度更高，容易保证器件在后续工艺过程中较低的损伤率；更为重要是，GaAs衬底相对于InP衬底而言，其成熟的制备工艺保证了衬底在较大尺寸范围内具有很好的均匀性，缺陷密度显著降低，这就减少了在生长过程中衬底对外延层质量的影响；同时，室温下GaAs(1.42eV)禁带宽度比InP(1.35eV)要大，采用背光辐照时能够探测的波长更短，并且避免了腐蚀衬底的工艺。

为了减少衬底与吸收层之间的晶格失配带来的的位错缺陷，目前主要采用在两层间插入组分渐变（或跃变）的InGaAs缓冲层。这样就可有效抑制位错，改善吸收层的质量。但是，虽然采用该技术的探测器的性能得到改善，但需要生长非常厚的缓冲层后才能生长所需要组分的吸收层，缓冲层厚度至少需要3μm以上。此外，对于要探测的光波长来说，InGaAs缓冲层是不透明的，因此不能满足采用背面进光及倒扣封装方案的阵列及焦平面探测器的要求。

发明内容

本发明的目的是解决现有InGaAs红外探测器的晶格失配产生缺陷，导致探测器性能明显下降的问题，提供一种宽探测波段的InGaAs/GaAs红外探测器。

本发明的宽探测波段的InGaAs/GaAs红外探测器，包括依次生长在GaAs衬底上的缓冲层、吸收层和盖层，所述缓冲层为掺Si的InAsP，厚度为0.5-1.5μm，所述吸收层为低掺杂Si的In_0.82Ga_0.18As，厚度为2.5-3.5μm，所述盖层为掺Be的InAlAs，厚度为0.5-1.5μm。

优选的，所述GaAs衬底为高掺杂n型GaAs单晶衬底。

优选的，所述InAsP为InAs_0.60P_0.40。

优选的，所述InAlAs的In组分与In_0.82Ga_0.18As的In组分相同。

优选的，所述缓冲层Si的掺杂浓度为2×10¹⁸cm^-3。

优选的，所述吸收层Si的掺杂浓度为8×10¹⁶cm^-3。

优选的，所述盖层Be的掺杂浓度为8×10¹⁷cm^-3。

优选的，所述缓冲层、吸收层和盖层均采用金属有机物化学气相沉积技术生长。

优选的，所述缓冲层采用两步法生长制备，两步生长温度分别为450℃和580℃。

优选的，所述吸收层的生长温度为550℃。

本发明的有益效果：

(1)本发明的红外探测器采用n型GaAs衬底，掺Si的InAs_0.60P_0.40作为缓冲层，In_0.82Ga_0.18As作为吸收层(i层)，p型In_0.82Al_0.18As作为盖层，构成pin结构，可有效抑制失配位错并减小表面复合及提高量子效率；

(2)本发明的红外探测器既能满足正面进光要求，同时也能适用于背面进光及倒扣封装结构，具有很好的通用性，拓展了探测器的应用范围；