本发明专利技术涉及一种用于拓展Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓ探测器及其阵列短波响应的材料体系及其制备，采用禁带宽度大于Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓ吸收层材料且大于常规ＩｎＰ的含铝砷化物材料作为上下接触层材料体系实现拓展Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓ探测器及其阵列短波响应。本发明专利技术采用宽禁带透明上接触层和下接触层材料体系，可以减小表面复合并提高量子效率，可利用分子束外延方法或金属有机物气相外延方法无需Ａｓ／Ｐ切换而不间断生长，有利于在生长过程中保持平整的表面态，保证材料的高质量生长，可降低器件噪声，具有很好的通用性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于Ina53Gaa47As探测器的制备领域，特别涉及一种用于拓展Ina53Gaa47As 探测器及其阵列短波响应的材料体系及其制备。
技术介绍
与InP衬底晶格匹配的Ina53Gaa47As三元系材料具有直接带隙和高电子迁移率 的特点，其室温下的禁带宽度约0. 75eV，对应的波长约1. 65 μ m，恰好可以覆盖光纤通信波 段，因此采用Ina53Gaa47As三元系材料制作的光电探测器在光通信领域获得了普遍应用，并 且在遥感、传感和成像等方面也有重要用途。最常见的Ina53Gaa47As探测器结构为PIN型，衬底或缓冲层材料作N型下接触层， Ina53Gaa47As作为不掺杂或低掺杂I型吸收层，再加上一层P型上接触层。在常规正面进 光时上接触层材料作为窗口层，而对常采用背面(衬底面)进光及倒扣封装方案的阵列探 测器而言，下接触层材料同时作为窗口层。对于InGaAs探测器窗口层材料的选择而言，一 般希望采用具有较宽禁带的材料作为透明窗口层。一方面窗口层材料禁带宽度要大于吸收 层材料，这样可以提高量子效率，另一方面也希望窗口层材料禁带宽度在大于吸收层材料 的基础上越大越好，可以拓展器件的短波响应范围，也有利于减小表面复合，改善暗电流特 性。传统的Ina53Gaa47As光电探测器采用InP材料作为上接触层和下接触层，对于正面进光 或背面进光的器件而言，器件响应光谱的短波截止波长分别受到上接触层或下接触层InP 材料禁带宽度的限制。室温下InP的禁带宽度约1. 35eV,它将吸收波长小于0. 91 μ m的光， 从而限制了探测器对更短波长光的吸收。在Ina53Gaa47As光电探测器及其阵列的实际应用中，器件噪声是一个非常重要的 参数，器件噪声中的重要一部分是Ι/f噪声，一般认为PN结异质界面处的位错和互扩散是 其噪声的重要来源。若采用InP作为窗口层，在InGaAs吸收层与InP窗口层之间存在V族 元素As/P的异质界面，无论是分子束外延还是金属有机物气相外延技术，在进行材料生长 时生长完InGaAs吸收层关掉As源后，V族元素As的含量需要一段时间才能慢慢从系统中 减少，存在所谓“记忆效应”，一方面非常容易残留在InP窗口层中发生混杂，形成多元化合 物；另一方面如果要保证As没有残留，则需要在生长InGaAs关闭As源后与生长InP前中 断一段时间，但是在这段时间内InGaAs材料表面将没有As源进行保护，材料维持在高温下 容易发生分解，即使在P源保护下也较容易形成材料混杂。所以在探测器结构材料选取时 也有必要考虑到异质结界面质量对器件噪声影响的问题。同时，固态源分子束外延技术在生长含磷化合物材料时候存在特殊的困难，因为 固态磷有红磷和白磷两种形态，两者的蒸气压之差达到了 IO5量级，因此用传统的固态源分 子束外延技术很难精确控制它的束流强度。虽然目前已经出现了新型固态磷源裂解炉技 术，但仍有很多分子束外延系统不能生长磷源。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种用于拓展Ina53Gaa47As探测器及其阵列 短波响应的材料体系及其制备，本专利技术采用宽禁带透明上接触层和下接触层材料体系，可 以减小表面复合并提高量子效率，可利用分子束外延方法或金属有机物气相外延方法无需 As/P切换而不间断生长，有利于在生长过程中保持平整的表面态，保证材料的高质量生长， 可降低器件噪声，具有很好的通用性。本专利技术的一种用于拓展Ina53Gaa47As探测器及其阵列短波响应的材料体系，其特 征在于采用禁带宽度大于Ina53Gaa47As吸收层材料且大于常规InP的含铝砷化物材料作 为上下接触层材料体系实现拓展Ina53Gaa47As探测器及其阵列短波响应；上接触层结构的 含铝砷化物材料在正面进光时作为窗口层，下接触层结构的含铝砷化物材料在选择腐蚀掉 衬底后适用于背面进光。所述的含铝砷化物材料为InAlAs三元或InAlGaAs四元化合物。所述InAlAs三元化合物材料体系为Ina52AIa48AS。所述的探测器及其阵列结构不包含磷化物，也可采用不含磷源的材料生长系统进 行生长。本专利技术的一种用于拓展Ina53Gaa47As探测器及其阵列短波响应的材料体系的制备 方法，包括(1)采用晶向的半绝缘InP单晶材料作为探测器的衬底，含铝砷化物材料作 为宽禁带下接触层并用Si进行高掺杂，Ina53Gaa47As材料作为吸收层进行低掺杂Si或不掺 杂，采用含铝砷化物材料作为宽禁带上接触层并用Be进行高掺杂，在吸收层和上接触层之 间构成PN结；(2)外延生长采用常规分子束外延方法，在正式生长之前先采用相同的In束源温 度通过预备生长确定在InP衬底上生长晶格匹配的生长条件；(3)在对Epi-Ready InP衬底进行氧化物脱附处理后先生长高掺杂Si宽禁带下 接触层，然后继续生长低掺杂Si或不掺杂的吸收层，紧接着再生长高掺杂Be宽禁带上接触 层；(4)结束生长，在保护气氛下降温，得到所需Ina53Gaa47As探测器。所述用Si进行高掺杂的参数为η > 2 X IO18cnT3，用Si进行低掺杂或不掺杂的参 数为η 2 X IO16Cnr3，用Be进行高掺杂的参数为ρ > 2 X IO1W0所述步骤(3)中的高掺杂Si宽禁带下接触层的厚度为1 μ m，低掺杂Si或不掺杂 的吸收层的厚度为2 μ m,高掺杂Be宽禁带上接触层的厚度为1 μ m。根据上述技术背景的分析，对于常规正面进光的探测器及其阵列而言，其短波响 应范围受到上接触层材料禁带宽度的限制；而对于采用背面进光及倒扣封装结构的单元及 其阵列而言，若在器件制作时选择腐蚀掉进光口的InP衬底，则其短波响应范围将受到下 接触层材料禁带宽度的限制。与InP衬底晶格匹配的Ina53Gaa47As三元系材料的晶格常数 约为5. 87 A,响应截止波长约1. 65 μ m。经细致分析可以得出与Ina53Gaa47As材料晶格匹配 而禁带宽度大于Ina53Gaa47As并且有兼容性的材料体系有InGaAsP、InP、GaAsSb、InAlGaAs、 InAlAs等，其中InAlAs三元系或InAlGaAs四元系含铝砷化物材料可以具有比InP更大 的禁带宽度，并与InP衬底及Ina53Gaa47As材料晶格匹配且为直接带隙。In组分为0. 524时InAlAs材料与InP晶格匹配，室温下Ina52Ala48As禁带宽度约为1. 41eV，对波长大于约 0. 88 μ m的光都透明。采用Ina52Ala48As作为Ina53Gaa47As探测器的上接触层可以拓展正 面进光器件的短波响应，而Ina52Ala48As作为下接触层则可以在器件制作时选择腐蚀掉进 光口的InP衬底后拓展背面进光器件的短波响应。另一方面，Ina52Ala48As与Ina53Gaa47As 三元系材料都只含有同一种V族元素As，在材料生长时它们的界面处无需进行As/P切换与 生长中断，可以保证获得高质量的异质界面。同时，此结构不包含磷化物，也可采用不含磷 源的材料生长系统进行生长，在生长之前的保护只需要采用砷蒸气压即可。有益效果本专利技术采用宽禁带透明上接触层和下接触层材料体系，可以减小表面复合并本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：顾溢，张永刚，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：31
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