[發明專利]一種擴展波長近紅外探測器緩沖層的生長方法

有效

• 申請號: 201610978708.3
• 申請日: 2016-11-08
• 公開（公告）號: CN106356427B
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發明（設計）人: 趙紅
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十四研究所
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/101;H01L31/0304
• 代理公司: 重慶樂泰知識產權代理事務所(普通合伙)50221
• 代理人: 劉佳

技術領域

本發明涉及半導體制造領域，特別是涉及一種擴展波長近紅外探測器緩沖層的生長方法。

背景技術

在1～3μm的近紅外波段，InGaAs、InAsP和InAlAs是非常重要的紅外探測材料，與傳統的HgCdTe材料和銻化物材料相比，它們具有較高的電子遷移率，良好的穩定性和抗輻照性能，并且具有更成熟的材料生長和器件制備工藝技術。以InGaAs為例，InGaAs器件在較高溫度和強輻照下具有更優的性能，它的帶隙可以在0.35～1.43eV之間變化，對應光譜波長范圍0.88～3.6μm，已成功應用于空間遙感和紅外成像等領域。近年來，在空間成像(包括地球遙感、大氣探測和環境監測等)及光譜學領域，對高In組分InGaAs(擴展波長)探測器件的需求在不斷增長。

在InP襯底上生長In_0.53Ga_0.47As材料，可以得到晶格完全匹配的材料，采用這種材料制備的探測器性能良好，但長波截止波長只有1.7μm。為了將長波截止波長擴展到1.7μm以上，需要將In組分增加到0.53以上，但是這樣做會造成InGaAs材料與InP襯底形成晶格失配。為了解決這一問題，現有技術采用的手段是采用常規的外延生長方法生長緩沖層，盡量將失配位錯控制在緩沖層內，而沿外延生長方向傳播穿透進入探測器功能結構外延層中的位錯密度盡量的小，從而獲得性能優良的InGaAs擴展波長近紅外探測器。

常規的外延生長方法主要分為組分漸變法(線性漸變、階梯漸變、應變超晶格漸變)和高低溫兩步法兩大類。組分漸變法的優勢是可以將外延層的位錯密度降低到很低的水平，缺點是需要生長較厚的緩沖層(厚度高達6μm)，這不利于提高探測器的響應頻率。高低溫兩步法的優勢是緩沖層薄，缺點是外延層位錯密度較高，這不利于降低器件暗電流。所以采用常規的外延生長方法會嚴重影響器件的性能。

發明內容

本發明主要解決的技術問題是提供一種擴展波長近紅外探測器緩沖層的生長方法，能夠減小緩沖層厚度、降低位錯密度，以獲得高速性能更加優良的探測器件。

為解決上述技術問題，本發明采用的一個技術方案是：提供一種擴展波長近紅外探測器緩沖層的生長方法，包括以下步驟：S1：在第一溫度下采用金屬有機化學氣相沉積工藝或分子束外延工藝在所述InP襯底上生長In_xGa_1-xAs低溫層、InAs_yP_1-y低溫層或In_zAl_1-zAs低溫層中的一種；S2：將所述InP襯底的溫度升高到第二溫度，并對所述In_xGa_1-xAs低溫層、InAs_yP_1-y低溫層或In_zAl_1-zAs低溫層進行退火處理，其中，所述第二溫度高于所述第一溫度；S3：在第三溫度下在所述In_xGa_1-xAs低溫層、InAs_yP_1-y低溫層或In_zAl_1-zAs低溫層上生長In_wGa_1-wAs組分漸變層、InAs_wP_1-w組分漸變層或In_wAl_1-wAs組分漸變層中的一種，其中，所述第三溫度高于所述第二溫度。

其中，在所述步驟S1之前，所述生長方法還包括：在第四溫度和預定壓力下清除所述InP襯底表面的雜質。

其中，所述InP襯底的晶向為[001]。

其中，所述第四溫度為800～1000℃，所述預定壓力為0～100mbar。

其中，所述In_xGa_1-xAs低溫層的組分x的取值范圍為0.53～1，所述InAs_yP_1-y低溫層的組分y的取值范圍為0.53～1，所述In_zAl_1-zAs低溫層的組分z的取值范圍為0～1。