[发明专利]PNIN型InGaAs红外探测器

说明书

技术领域

本发明涉及光电子材料与器件的应用领域，具体涉及一种PNIN型InGaAs红外探测器。

背景技术

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。但随着材料制备工艺和器件结构设计的迅速发展，人们渴望发展新型红外探测器，以改善目前光电子器件的性能。特别是对于空间遥感用探测器来说，急需设计出可以有效抑制器件的暗电流噪声并提高探测范围的红外探测器件结构。

研究发现由于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。但提高In组分同时必然导致InGaAs材料与衬底产生晶格失配，而当失配较大时则就会引起位错缺陷，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，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。

为了减少衬底与吸收层之间的晶格失配带来的位错缺陷，目前主要采用在两层间插入组分渐变(或跃变)的缓冲层的方法。采用该技术可有效抑制位错，改善吸收层的质量，从而使探测器性能得到改善，但该技术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。此外，由于InGaAs缓冲层是不透明的，对于常采用背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。而当在衬底上生长InAsP缓冲层材料时，由于临界厚度较小，即在外延生长过程中，外延层内的应变释放很快，在较小厚度范围内即可以获得很高的弛豫度，这有望提高在其上生长的InGaAs吸收层材料质量，获得低缺陷密度的光吸收层材料。而InAlAs材料与InGaAs材料十分相似，具有增加In的组分值则其晶格常数相应增加并保持直接带隙的特点。InAlAs材料对于所探测的光波长透明，有助于提高量子效率，同时也有利于减小表面复合，改善暗电流特性。因此在正面进光时可采用宽禁带InAlAs材料作盖层。

发明内容

本发明的目的在于针对现有InGaAs红外探测器存在的缺陷，提供一种能够显著降低暗电流并扩展探测范围的PNIN型InGaAs红外探测器。

为了实现上述目的，本发明的技术方案具体如下：

一种PNIN型InGaAs红外探测器，该探测器是依次包括衬底、缓冲层、扩展波长的InGaAs吸收层、n型插入层和盖层的PNIN型探测器结构；

其中，所述的n型插入层的厚度为50nm～150nm，其组分与所述扩展波长的InGaAs吸收层的组分相同。

在上述技术方案中，所述衬底为高掺杂的n型InP或n型GaAs单晶衬底。

在上述技术方案中，所述缓冲层是线性渐变组分的掺Si的InAsP材料或与吸收层晶格匹配的固定组分的掺Si的InAsP材料。

在上述技术方案中，所述扩展波长的InGaAs吸收层的组分具体为In_xGa_1-xAs，其中x的范围为0.53<x<1。

在上述技术方案中，所述盖层是与扩展波长的InGaAs吸收层晶格匹配的掺Be的p型InAlAs或p型InAsP材料。

本发明的有益效果是：

本发明提供的PNIN型InGaAs红外探测器是在现有InGaAs红外探测器结构的吸收层和盖层之间增加了一层厚度为50nm～150nm的n型插入层，其组分与所述扩展波长的InGaAs吸收层的组分相同。增加的n型插入层能够通过产生带阶，抑制载流子的输运，导致暗电流降低，进而提高红外探测器的光电性能。同时降低了对InGaAs材料外延生长的要求，并可在更广泛的波长范围工作。

本发明提供的PNIN型InGaAs红外探测器既能满足正面进光要求，也能适用于背面进光及倒扣封装结构，具有很好的通用性。本发明实现了对InGaAs红外探测器的暗电流显著抑制及探测范围的扩展，从而实现对探测器性能的提高。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明的PNIN型InGaAs红外探测器结构示意图。

具体实施方式