[发明专利]近红外晶格失配探测器缓冲层

说明书

本发明提供一种近红外晶格失配探测器缓冲层，包括依次形成于衬底上的组分渐变层、应力释放层、低温缓冲层和高温缓冲层，针对组分渐变层中由下至上的各个子渐变层，其对应In或As的组分比例逐渐增大，应力释放层与组分渐变层的组分相同，针对所述应力释放层的各个组分，其组分比例与所述应力释放层相邻子渐变层中对应组分比例相同。本发明通过将组分渐变层和低温缓冲层相结合，可以将较多的晶格失配分配到组分渐变层和低温缓冲层上，这样不仅可以降低缓冲层的厚度，而且可以降低错位密度，从而可以获得性能更加优良的探测器件。

技术领域

本发明属于半导体制造领域，具体涉及一种近红外晶格失配探测器缓冲层。

背景技术

在近红外波段，可以制作光子型探测器的材料主要有PtSi、HgCdTe、和InGaAs等。PtSi材料的制备成本低，但是量子效率较低，工作温度较低，需要制冷。HgCdTe材料的禁带宽度可调，吸收系数高、量子效率高，是应用比较广泛的材料，但是材料制备难度大，制备的大面积材料均匀性差，表面性能不稳定。InGaAs材料具有电子迁移率高，稳定性好和抗辐照性能强等优点，并且材料生长和器件制备工艺技术比较成熟，由这种材料制作的红外探测器可以在室温下工作，是1～3μm近红外波段的比较重要的半导体材料。InGaAs材料制备的近红外探测器，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1.65μm。为了将长波截止波长扩展到1.65μm以上，需要将In组分增加到0.53以上，但是这样做会造成InGaAs外延材料与InP衬底形成晶格失配，导致这种外延材料制备的探测器性能大幅下降。为了解决这一问题，现有技术采用常规的外延生长方法，在衬底上生长缓冲层，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缓冲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。但是常规的外延生长方法仍然存在缓冲层较厚或者错位密度较高的问题，从而严重影响器件的性能。

发明内容

本发明提供一种近红外晶格失配探测器缓冲层，以解决目前近红外晶格失配探测器缓冲层较厚或者外延层错位密度较高的问题。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种近红外晶格失配探测器缓冲层，包括依次形成于衬底上的组分渐变层、应力释放层、低温缓冲层和高温缓冲层，针对所述组分渐变层中由下至上的各个子渐变层，其对应In或As组分比例逐渐增大，所述应力释放层与组分渐变层的组分相同，针对所述应力释放层的各个组分，其组分比例与所述应力释放层相邻子渐变层中对应组分的比例相同。

在一种可选的实现方式中，所述衬底为InP衬底，所述组分渐变层的组分包括In_aGa_1-aAs、In_bAl_1-bAs和InAs_cP_1-c中的一种。

在另一种可选的实现方式中，所述InP衬底的晶向为[001]，a的取值范围为0.53～0.95，b的取值范围为0.53～0.95，c的取值范围为0～0.9。

在另一种可选的实现方式中，所述高温缓冲层的应变为M，所述组分渐变层的应变为N，满足0.4M≤N≤0.9M。

在另一种可选的实现方式中，所述组分渐变层在被循环退火后生长所述应力释放层。

在另一种可选的实现方式中，所述循环退火的温度为400～700℃，退火时间为1～10分钟。

在另一种可选的实现方式中，所述低温缓冲层和高温缓冲层的组分相同且各个组分的比例相同。