[发明专利]一种扩展波长近红外探测器缓冲层的生长方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别是涉及一种扩展波长近红外探测器缓冲层的生长方法。

背景技术

在1～3μm的近红外波段，InGaAs、InAsP和InAlAs是非常重要的红外探测材料，与传统的HgCdTe材料和锑化物材料相比，它们具有较高的电子迁移率，良好的稳定性和抗辐照性能，并且具有更成熟的材料生长和器件制备工艺技术。以InGaAs为例，InGaAs器件在较高温度和强辐照下具有更优的性能，它的带隙可以在0.35～1.43eV之间变化，对应光谱波长范围0.88～3.6μm，已成功应用于空间遥感和红外成像等领域。近年来，在空间成像(包括地球遥感、大气探测和环境监测等)及光谱学领域，对高In组分InGaAs(扩展波长)探测器件的需求在不断增长。

在InP衬底上生长In_0.53Ga_0.47As材料，可以得到晶格完全匹配的材料，采用这种材料制备的探测器性能良好，但长波截止波长只有1.7μm。为了将长波截止波长扩展到1.7μm以上，需要将In组分增加到0.53以上，但是这样做会造成InGaAs材料与InP衬底形成晶格失配。为了解决这一问题，现有技术采用的手段是采用常规的外延生长方法生长缓冲层，尽量将失配位错控制在缓冲层内，而沿外延生长方向传播穿透进入探测器功能结构外延层中的位错密度尽量的小，从而获得性能优良的InGaAs扩展波长近红外探测器。

常规的外延生长方法主要分为组分渐变法(线性渐变、阶梯渐变、应变超晶格渐变)和高低温两步法两大类。组分渐变法的优势是可以将外延层的位错密度降低到很低的水平，缺点是需要生长较厚的缓冲层(厚度高达6μm)，这不利于提高探测器的响应频率。高低温两步法的优势是缓冲层薄，缺点是外延层位错密度较高，这不利于降低器件暗电流。所以采用常规的外延生长方法会严重影响器件的性能。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种扩展波长近红外探测器缓冲层的生长方法，能够减小缓冲层厚度、降低位错密度，以获得高速性能更加优良的探测器件。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种扩展波长近红外探测器缓冲层的生长方法，包括以下步骤：S1：在第一温度下采用金属有机化学气相沉积工艺或分子束外延工艺在所述InP衬底上生长In_xGa_1-xAs低温层、InAs_yP_1-y低温层或In_zAl_1-zAs低温层中的一种；S2：将所述InP衬底的温度升高到第二温度，并对所述In_xGa_1-xAs低温层、InAs_yP_1-y低温层或In_zAl_1-zAs低温层进行退火处理，其中，所述第二温度高于所述第一温度；S3：在第三温度下在所述In_xGa_1-xAs低温层、InAs_yP_1-y低温层或In_zAl_1-zAs低温层上生长In_wGa_1-wAs组分渐变层、InAs_wP_1-w组分渐变层或In_wAl_1-wAs组分渐变层中的一种，其中，所述第三温度高于所述第二温度。

其中，在所述步骤S1之前，所述生长方法还包括：在第四温度和预定压力下清除所述InP衬底表面的杂质。

其中，所述InP衬底的晶向为[001]。

其中，所述第四温度为800～1000℃，所述预定压力为0～100mbar。

其中，所述In_xGa_1-xAs低温层的组分x的取值范围为0.53～1，所述InAs_yP_1-y低温层的组分y的取值范围为0.53～1，所述In_zAl_1-zAs低温层的组分z的取值范围为0～1。