[发明专利]波长扩展InGaAs探测器及阵列宽带缓冲层和窗口层及制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种波长扩展InGaAs探测器及阵列宽带缓冲层和窗口层及制作方法，更确切地说涉及一种用于波长扩展In_xGa_1-xAs(0.53<x<1)光电探测器及其阵列的宽禁带透明缓冲层及窗口层结构及实现方法，本发明属于半导体光电子材料及器件领域。

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。对于In_xGa_1-xAs三元系材料，改变其中III族元素In的组分值x(即改变两种III族元素In和Ga的比例)可以使其禁带宽度在0.36～1.42eV之间连续变化(其禁带宽度E_g与In组分x的关系为：E_g(eV)＝1.42-1.49x-0.43x²)，特别是x>0.53的材料，其对应的波长可扩展到>1.65μm的波段，例如：当x值增加到0.8时，材料的响应波长可扩展到约2.5μm，当x值增加到1(即过渡到二元系InAs)时，材料的响应波长可扩展到约3.5μm(响应波长λ(μm)＝1.24/[1.42-1.49x-0.43x²])。波长扩展的In_xGa_1-xAs探测器在遥感等领域有着更广泛的用途。但是，随着In组分值x的增加，In_xGa_1-xAs三元系材料的晶格常数会相应增加，当x>0.53后，In_xGa_1-xAs三元系材料与其最常用的InP衬底之间会产生相应的晶格正失配，而当失配较大时就会引起失配位错的产生、增殖和延伸，从而影响外延材料的质量。为解决此问题，人们常在In_xGa_1-xAs三元系材料和衬底之间插入相应的缓冲层。例如，要生长x＝0.8的In_0.8Ga_0.2As三元系材料，可以在InP衬底和In_0.8Ga_0.2As三元系材料之间生长一层组分渐变的In_xGa_1-xAs三元系材料，其组分值x由0.53连续或阶跃变化到0.8，这样就可明显抑制位错，改善外延层的质量。采用这种缓冲层技术的探测器已达到了较好的性能，但存在一个严重的缺陷，即对于要探测的光波长来说，这一层In_xGa_1-xAs缓冲层是不透明的(或吸收很大)，这样对于常采用背面(衬底面)进光及倒扣封装方案的阵列及焦平面探测器而言，这种缓冲层结构就不适合。为解决此问题，人们也采用InAs_xP_1-x等宽禁带(相对光吸收层而言)材料来作为缓冲层，这种含有两种V族元素的三元系材料较适合采用HVPE、MOCVD等气相生工艺生长，但对气态源分子束外延就不太适合，这是因为：对气态源分子束外延而言一方面连续和频繁变化V族元素的束流强度较困难，不易稳定，两种V族元素之间的比例也很难精确控制，操作上实现起来会有问题；另一方面连续和频繁变化V族元素的束流强度会使V族生长源的消耗大大增加(束流变化和控制中增加了大量无谓的排放)；对固态源分子束外延而言连续精确控制两种V族元素之间的比例也有很高难度。