[发明专利]一种高In组分台面型InGaAs焦平面探测器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高In组分台面型InGaAs焦平面探测器及其制备方法，其包括一探测器主体层、钝化膜层和欧姆接触层；探测器主体层由下往上依次包括InP衬底、InP缓冲层、n型In_yAl_1‑yAs缓冲层、n型In_xGa_1‑xAs吸收层、p型In_xAl_1‑xAs耗尽层和p型In_xGa_1‑xAs接触层；探测器主体层表面覆盖有钝化膜层；p型In_xGa_1‑xAs接触层分为像元区和像元分隔区，像元分隔区的深度等于p型In_xGa_1‑xAs接触层的厚度；p型In_xAl_1‑xAs耗尽层的厚度为20‑70nm；0.53≤x＜1；0.52≤y≤x。本发明的探测器结构，可以大幅降低焦平面探测器的总体暗电流。

技术领域

本发明属于半导体光电子器件领域，特别涉及一种高In组分台面型InGaAs焦平面探测器及其制备方法。

背景技术

短波红外(1-3微米)波段在通信、遥感、传感、成像等领域具有许多重要的应用。这个波段的半导体探测器有多种，其中III-V族InGaAs材料做成的探测器可以较高温工作，响应速度较高，量子效率可超过70％，所以是这个波段一种主要的选择。InGaAs材料在全组分均是直接带隙，在In组分0.53的时候与InP衬底晶格匹配，室温下禁带宽度0.74eV，其作为吸收层制成的探测器截止波长约1.7微米，可以覆盖长波光纤通信的1.3和1.55微米波长，因此采用In_0.53Ga_0.47As材料制作的半导体探测器在光通信领域获得了普遍应用。

另外，在遥感和传感领域，许多应用场合需要截止波长大于1.7微米的探测器；例如，冰云、卷云、矿产、植被等物质的特征吸收谱线波长均位于2.1-2.5微米范围，因此该波段的空间遥感可获得丰富的信息，需要探测器的截止波长大于1.7微米；再例如，相干多普勒测风雷达可实现比传统工作于10微米和1.06微米波长更高的速度精度和距离分辨率的大气风场结果，相干多普勒测风雷达也需要2微米波段的探测器。

虽然通过增加In_xGa_1-xAs吸收层材料中的In组分x可以减小InGaAs材料的禁带宽度，从而增加InGaAs探测器的截止波长，例如，In组分达到0.8时，InGaAs探测器的截止波长就能达到约2.4微米；但是，In组分增加后，InGaAs吸收层与InP衬底间会存在晶格失配，材料中会存在位错，所以一般会在InP衬底上先生长缓冲层再生长InGaAs吸收层。其中，InAlAs缓冲层是主要的缓冲层之一，在采用缓冲层后，InGaAs吸收层材料中的位错会有所减少，不过仍然远多于晶格匹配的材料。

对于这种高In组分的InGaAs焦平面探测器，平面型结构的p型扩散工艺控制存在困难，所以常采用台面结构。p型掺杂层采用原位生长形成，通过刻蚀形成台面结构来分隔焦平面的相邻像元，台面侧壁pn结附近耗尽区的暗电流是台面型器件暗电流的主要来源之一。当前，对于众多的应用，器件暗电流是限制高In组分InGaAs器件性能的核心瓶颈。所以，迫切需要降低台面型高In组分InGaAs探测器的暗电流。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术中高In组分台面型InGaAs焦平面探测器中暗电流较高(室温下暗电流密度一般为1×10^-5～5×10^-4A/cm²)的缺陷，而提供一种高In组分台面型InGaAs焦平面探测器及其制备方法，本发明的探测器在室温下的暗电流密度可降低至常规暗电流密度的1/2～2/3。