[發(fā)明專利]基于Si襯底的InGaAs紅外探測器及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510031344.3
• 申請日: 2015-01-22
• 公開（公告）號: CN104617166B
• 公開（公告）日: 2017-03-01
• 發(fā)明（設計）人: 代盼;陸書龍;吳淵淵;譚明;季蓮;其他發(fā)明人請求不公開姓名
• 申請（專利權）人: 蘇州蘇納光電有限公司
• 主分類號: H01L31/0304
• 分類號: H01L31/0304;H01L31/101;H01L31/18
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙)32256
• 代理人: 王鋒

技術領域

本發(fā)明涉及一種半導體器件，尤其涉及一種分子束外延方法在Si襯底上直接生長形成的InGaAs紅外探測器及其制備方法，屬于光探測器技術領域。

背景技術

以紅外輻射信息為基礎的紅外探測技術，能夠區(qū)分各個物體或者一個物體的各個部分的紅外輻射差異，把物體表面發(fā)射的紅外輻射分布轉變成所需要的信息，比如可見光信息等，從而將人類的感知領域擴展到裸眼看不到的區(qū)域。因此，紅外探測技術在軍事和民用領域都具有非常重要的應用和研究價值。紅外探測器是紅外系統(tǒng)、熱成像系統(tǒng)的核心組成部分。制備紅外探測器的材料從傳統(tǒng)的銻化銦(InSb)、?硅化鉑(PtSi)、碲鎘汞(HgCdTe)發(fā)展到III-V族材料。?InGaAs?材料是一種優(yōu)良的紅外光電探測材料。InGaAs材料可以探測范圍在900nm-1650nm的紅外波段，而且可直接生長在InP襯底上，外延材料具有較好的均勻性和穩(wěn)定性。在常溫下InGaAs?探測器具有很高的性能,?較高的優(yōu)值因子和探測率，較低的暗電流密度。InGaAs探測器可以擺脫制冷的制約,?在儀器小型化、降低紅外系統(tǒng)成本等方面具有很大的競爭力。近紅外InGaAs?材料體系吸收層具有低的本底載流子濃度和高遷移率，有利于在近紅外波段獲得平滑的量子效率。InGaAs器件材料與器件的抗輻照性能好，而且制備工藝過程與Si?工藝兼容。目前已經被廣泛用于在光纖通信和可視系統(tǒng)里。

在很多應用中，將紅外探測器集成到硅基電子電路上能夠增加一些額外的功能，提供優(yōu)異的性能，而且能降低成本。此外，InGaAs-InP基探測器的熱阻抗是限制其最大光電流的一個因素，尤其是在微波頻率應用時。而Si襯底熱導性好，在300K時，Si的熱導率(1.5W/cm²·K)比InP熱導率(?0.68W/cm²·K)的兩倍還大隨著溫度的增加，這一比率還會更大。因此，用Si做支撐襯底在高功率器件中能具有獲得更高的飽和電流密度，進而增大探測的動態(tài)范圍。目前，在硅襯底上制作InGaAs探測器，最直接的方法就是晶片鍵合，其首先在InP襯底上襯底上生長InGaAs探測器，然后將InGaAs探測器外延剝離掉，鍵合到Si襯底上，制備工藝復雜，并且高溫鍵合方法在鍵合時熱膨脹會引起界面缺陷增加和界面電阻增大等諸多問題。

發(fā)明內容

本發(fā)明的主要目的在于提供一種基于Si襯底的InGaAs紅外探測器及其制備方法，以克服現有技術中的不足。

為實現前述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術方案包括：

一種基于Si襯底的InGaAs紅外探測器，包括直接生長在Si襯底的外延結構層以及與所述外延結構層連接的P型、N型電極，所述外延結構層包括在Si襯底上依次生長的過渡層、緩沖層、下?lián)诫s層、吸收層和上摻雜層。

進一步的，所述過渡層的材質優(yōu)選自Ga_1-xIn_xP，0?≤x≤1，并且沿逐漸遠離Si襯底的方向，x的取值呈線性或臺階式增加。

尤為優(yōu)選的，所述過渡層包括在Si襯底上依次生長的第一過渡層和第二過渡層。

其中，所述第一過渡層的材質為GaP。

其中，所述第二過渡層的材質選自Ga_1-xIn_xP，其中x?含量按照遠離第一過渡層的方向呈線性或臺階式增加。

進一步的，在第二過渡層與第一過渡層、緩沖層的交界處x分別為0、1，亦即，在第二過渡層與第一過渡層、緩沖層的交界處，第二過渡層的晶格常數分別與第一過渡層、緩沖層晶格匹配。

進一步的，所述第一過渡層厚度不大于1.5μm，優(yōu)選為50nm~1.5μm。

進一步的，所述第二過渡層的厚度不大于3μm，優(yōu)選為200nm~3μm。

進一步的，所述緩沖層的材質優(yōu)選自InP。

進一步的，所述吸收層的材質優(yōu)選自不摻雜的InGaAs?材料。

進一步的，所述下?lián)诫s層、上摻雜層的材質選自不同摻雜類型的InP材料，例如可分別選自摻雜類型為N^+?、P⁺的InP材料。

進一步的，所述下?lián)诫s層、吸收層及上摻雜層組合形成PIN光電探測器結構。

進一步的，所述紅外探測器表面還設有抗反膜或增透膜。

進一步的，所述Si襯底和外延結構層設于N型電極和P型電極之間。

前述任一種基于Si襯底的InGaAs紅外探測器的制備方法，其包括：

在Si襯底上直接依次生長過渡層、緩沖層、下?lián)诫s層、吸收層和上摻雜層，從而形成外延層；