一种高铟组分InGaAs材料少子寿命的测试结构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种高铟组分InGaAs材料少子寿命的测试结构。该测试结构包括衬底、底面层、待测试层和表面层；待测试层位于底面层和表面层中间；其中，衬底为半绝缘InP衬底；底面层为不掺杂高铟组分InXAs底面层；待测试层为待测试高铟组分InGaAs层；表面层为不掺杂高铟组分InYAs表面层；表面层的厚度为10～100nm；底面层中InXAs与待测试层中InGaAs的晶格匹配；表面层中InYAs的禁带宽度大于待测试层中InGaAs的禁带宽度。本实用新型专利技术提供的测试结构可以消除在待测试高铟组分InGaAs材料表面和底面的载流子复合对于微波光电导衰减法测试少子寿命准确度的影响，从而对高铟组分InGaAs材料的少子寿命进行准确、有效的测试。有效的测试。有效的测试。

【技术实现步骤摘要】
一种高铟组分InGaAs材料少子寿命的测试结构


[0001]本技术涉及一种高铟组分InGaAs材料少子寿命的测试结构。

技术介绍

[0002]在日常的光线中，除了存在红、橙、黄等可见光线外，还存在众多的不可见光线，红外线就是其中一种。但光线的不可见并不意味着应用的不可见。随着近几年疫情的爆发，非接触式测温仪成了人们随处可见的战“疫”装备。而非接触式测温仪就是红外线应用的典型代表。
[0003]红外技术是涉及物理、材料等基础科学和光学、机械、微电子和计算机等多学科领域的综合科学技术，红外探测器是能对外界红外光辐射产生响应的光电传感器，是在气象、农业、工业、医学等方面广泛应用的器件。通常把通过大气窗口的红外线分为3部分：短波红外，波长范围1～3μm；中波红外，波长范围为3～5μm；长波红外，波长范围为8～14μm。这些波段的红外光才能够通过大气进行数据的传输。
[0004]常见的用于制造短波红外探测器的材料包括HgCdTe、InGaAs、PbS、PtSi等。III
‑
V族三元InGaAs材料可以覆盖短波红外波段，随着铟组分含量x的不同，其光谱响应的截止波长可在0.87～3.5μm范围内变化。当铟组分x为0.53时，InGaAs外延层与InP衬底晶格匹配，其截止波长为1.7μm，因此也被应用于1.31μm和1.55μm波段的光学通信。随着雪崩光电探测器、PIN为代表的器件的发展，其应用从光纤通讯逐渐拓展到医学成像、文物保护、食品安全等领域。随着铟组分的增加，高铟组分InGaAs材料的响应波长可以向更长波方向延伸。如果想将InGaAs的响应波长延伸到2.2μm，此时铟的组分需要增加到0.75；而响应波长延伸到2.6μm时，铟组分则需增加到0.83。但是铟组分增加后，InGaAs外延层和InP衬底之间存在较大的晶格失配度，会引起材料性能的退化，需要通过优化材料生长参数、探测器结构、钝化工艺等手段，从而实现材料和器件性能的提升。
[0005]材料性能对延伸波长的高铟组分InGaAs探测器性能起着至关重要的作用，所以必须对材料性能进行准确而全面的测试和评价。常规的材料测试手段有用显微镜观察表面形貌、用X射线衍射仪进行晶体质量测试、用光致发光进行光学特性测试、用电化学电容
‑
电压进行剖面载流子浓度测试等。这些测试所反映的是材料的基本性能，而影响器件性能的材料因素很多。一般认为，材料少子寿命是与探测器器件性能直接相关的。材料少子寿命的测试手段主要有时间分辨光致发光，但其需要高速响应的探测器。而对于高铟组分InGaAs材料而言，因光致发光波长较长，缺少高速响应探测器，时间分辨光致发光测试存在较大困难。
[0006]微波光电导衰减是另一种表征半导体材料少数载流子寿命的技术。其原理是入射激光使半导体材料产生电子
‑
空穴对，增加半导体材料的电导率；当激光撤去之后，材料的电导率会随时间呈指数衰减，这一变化反映了材料少数载流子的衰减趋势。同时，微波信号强度的变化量与电导率的变化量成正比。微波光电导衰减测材料少子寿命常用于中长波红外的碲镉汞材料测试，研究相对成熟，也有少量用于常规波长(例如1.7μm)与InP晶格匹配
的InGaAs材料少子寿命测试报道，用于延伸波长(例如大于1.7μm、小于2.9μm)高铟组分InGaAs材料少子寿命测试研究较少。而且，并不是任何高铟组分InGaAs材料的测试结构都可以适用于少子寿命测试，需要合适的测试结构。

技术实现思路

[0007]本技术要解决的技术问题是为了克服高铟组分InGaAs材料少子寿命测试缺乏合适的测试结构和方法的问题，提供一种高铟组分InGaAs材料少子寿命的测试结构。本技术提供的测试结构可以消除在待测试高铟组分InGaAs材料表面和底面的载流子复合对于微波光电导衰减法测试少子寿命准确度的影响，从而对高铟组分InGaAs材料的少子寿命进行准确、有效的测试。
[0008]本技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
[0009]本技术提供了一种高铟组分InGaAs材料少子寿命的测试结构，包括衬底、底面层、待测试层和表面层；所述待测试层位于所述底面层和所述表面层中间；
[0010]其中，所述衬底为半绝缘InP衬底；所述底面层为不掺杂高铟组分InXAs底面层；所述待测试层为待测试高铟组分InGaAs层；所述表面层为不掺杂高铟组分InYAs表面层；
[0011]所述表面层的厚度为10～100nm；
[0012]所述底面层中InXAs与所述待测试层中InGaAs的晶格匹配；所述表面层中InYAs的禁带宽度大于所述待测试层中InGaAs的禁带宽度。
[0013]本技术中，所述底面层中的X优选为Al、N或P，例如Al。
[0014]本技术中，所述底面层的化学式可为In
a
X
b
As
c
；
[0015]当X为Al时，a+b＝1，且0<a<1，0<b<1，c＝1；
[0016]当X为N或P时，b+c＝1，且0<b<1，0<c<1，a＝1；
[0017]其中，a、b、c表示In、X和As的相对原子个数。
[0018]本技术中，所述底面层的厚度可为大于10nm，优选为10～100nm，例如40nm或50nm。若过薄会无法实现限制信号的作用；若过厚会耗费资源。
[0019]本技术中，优选地，所述底面层中的载流子浓度小于5
×
10
15
cm
‑3。
[0020]本技术中，所述表面层中的Y优选为Al。
[0021]本技术中，所述表面层的化学式可为In
x
Y1‑
x
As，0<x<1。其中，x表示In元素的原子个数与In和Y的总原子个数的比值。
[0022]本技术中，所述表面层的厚度优选为20nm或50nm。该厚度可以使得光吸收产生的载流子都会注入到待测试材料中，避免了因高铟组分InYAs表面层吸收光而减少待测试层中的载流子。
[0023]本技术中，优选地，所述表面层中的载流子浓度小于5
×
10
15
cm
‑3。
[0024]本技术中，优选地，所述底面层和所述表面层的铟组分与所述待测试层的铟组分相同。
[0025]本技术中，所述“铟组分”是指材料层中In元素的原子个数与III族元素的总原子个数的比值。所述材料层是指所述底面层、所述待测试层或所述掺杂高铟组分InYAs表面层。所述半导体材料III族元素在本技术中指In、Al或Ga。例如，在待测试高铟组分In
0.6
Ga
0.4
As层中，铟组分为0.6，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高铟组分InGaAs材料少子寿命的测试结构，其特征在于，包括衬底、底面层、待测试层和表面层；所述待测试层位于所述底面层和所述表面层中间；其中，所述衬底为半绝缘InP衬底；所述底面层为不掺杂高铟组分In
0.6
Al
0.4
As底面层；所述待测试层为待测试高铟组分In
0.6
Ga
0.4
As层；所述表面层为不掺杂高铟组分In
0.6
Al
0.4
As表面层；或者，所述衬底为半绝缘InP衬底；所述底面层为不掺杂高铟组分In
0.7
Al
0.3
As底面层；所述待测试层为待测试高铟组分In
0.7
Ga
0.3
As层；所述表面层为不掺杂高铟组分In
0.7
Al
0.3
As表面层；所述表面层的厚度为10～100nm。2.如权利要求1所述的高铟组分InGaAs材料少子寿命的测试结构，其特征在于，所述底面层的厚度大于10nm...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾溢，李雪，李淘，孙夺，刘大福，
申请(专利权)人：无锡中科德芯感知科技有限公司，
类型：新型
国别省市：