近红外晶格失配探测器缓冲层制造技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

Near infrared lattice mismatch detector buffer layer

The present invention provides a near infrared lattice mismatch detector buffer layer, including the component gradient layer, the stress release layer, the low temperature buffer layer and the high temperature buffer layer on the substrate, and the component proportion of the In or As is gradually increased, the stress release layer and the component in the component gradient layer are gradually increased. The proportion of the components in the stress release layer is the same as that of the adjacent Subgrade of the stress releasing layer. By combining the component gradient layer with the low temperature buffer layer, more lattice mismatch can be allocated to the component gradient layer and the low temperature buffer layer. This can not only reduce the thickness of the buffer layer, but also reduce the dislocation density, thus the better detection devices can be obtained.

【技术实现步骤摘要】
近红外晶格失配探测器缓冲层
本专利技术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。
技术介绍
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In0.53Ga0.47As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。
技术实现思路
本专利技术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。根据本专利技术实施例的第一方面，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InaGa1-aAs、InbAl1-bAs和InAscP1-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。在另一种可选的实现方式中，所述低温缓冲层在400～600℃下生成，所述高温缓冲层在550～700℃下生成。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表示为：InxGa1-xAs，x为大于0且小于1的任意数值。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术通过设置组分渐变层，使组分渐变层中由下至上的各个子渐变层，其对应组分的比例逐渐增大，可以使组分渐变层承受较多的应力，并使组分渐变层的吸收较多的错位；通过在组分渐变层上设置应力释放层，使应力释放层的组分与组分渐变层的组分相同，并使应力释放层的组分比例与其相邻子渐变层的组分比例相同，可以利用应力释放层释放较多的应力，降低错位密度，提高外延材料的晶体质量；由于在低温下生长的低温缓冲层的外延材料共轭能力差，外延层晶格弹性好，因此本专利技术通过在应力释放层上设置低温缓冲层，使得可以使高温缓冲层具有更加柔软的衬底，从而降低高温缓冲层的位错；由此，本专利技术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；2、本专利技术中高温缓冲层的应变M，组分渐变层的应变为N，只需要满足0.4M≤N≤0.9M即可，组分渐变层的失配不必与高温缓冲层的失配相同，由此可以降低工艺难度；3、本专利技术通过在组分渐变层中应力积累较少时，引入退火工艺可以改变位错方向，使部分位错相互抵消，从而减小穿通位错，提高外延材料的晶体质量，降低高温缓冲层位错密度以及探测器暗电流密度。附图说明图1是本专利技术近红外晶格失配探测器缓冲层的一个实施例结构示意图；图2是本专利技术近红外晶格失配探测器缓冲层生长方法的一个实施例流程图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术实施例中的技术方案，并使本专利技术实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术实施例中技术方案作进一步详细的说明。在本专利技术的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。参见图1，为本专利技术近红外晶格失配探测器缓冲层的一个实施例结构示意图。该近红外晶格失配探测器缓冲层可以包括依次形成于衬底110上的组分渐变层120、应力释放层130、低温缓冲层140和高温缓冲层150，针对所述组分渐变层120中由下至上的各个子渐变层，其对应In或As组分的比例逐渐增大，所述应力释放层130与组分渐变层120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。本实施例中，所述衬底110可以为InP(磷化铟)衬底，所述组分渐变层120的组分可以包括InaGa1-aAs(砷镓铟)、InbAl1-bAs(砷铝铟)和InAscP1-c(磷砷铟)中的一种，对应地所述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。以选用InaGa1-aAs组分渐变层120为例，组分渐变层120中由下至上的各个子渐变层中，In组分比例在0.53～0.95的范围内逐渐增大，对应地应力释放层130中组分也包括InGaAs。例如，由下至上的各个子渐变层中组分In的比例依次为：0.53、0.67、0.75、0.86，组分渐变层120中与应力释放层相邻的子渐变层的组分可以表示为In0.86Ga0.14As，由于应力释放层130中各个组分的比例与其相邻子渐变层中各个组分的比例相同，因此本例子中应力释放层130的组分可以表示为In0.86Ga0.14As。此外，所述低温缓冲层140和高温缓冲层150的组分相同且各个组分的比例相同，其组分可以表示为InxGa1-xAs，x为大于0且小于1的任意数值，其中所述低温缓冲层140在400～600℃(例如400℃、500℃、600℃等)下生成，所述高温缓冲层150在550～700℃(例如550℃、600℃、700本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种近红外晶格失配探测器缓冲层，其特征在于，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比例相同。

【技术特征摘要】
1.一种近红外晶格失配探测器缓冲层，其特征在于，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比例相同。2.根据权利要求1所述的近红外晶格失配探测器缓冲层，其特征在于，所述衬底为InP衬底，所述组分渐变层的组分包括InaGa1-aAs、InbAl1-bAs和InAscP1-c中的一种。3.根据权利要求2所述的近红外晶格失配探测器缓冲层，其特征在于，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。4.根据权利要求1所述的近红外探测器缓冲层，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘尚军，赵红，周勇，刘万清，杨晓波，丁时浩，吴唯，
申请(专利权)人：中电科技集团重庆声光电有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆,50