[發(fā)明專利]一種寬光譜InGaAs探測器的光敏元結(jié)構(gòu)及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310252910.8
• 申請日: 2023-03-16
• 公開（公告）號(hào): CN116314426A
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李雪;顧溢;劉博文;邵秀梅;馬英杰;李淘;龔海梅
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所
• 主分類號(hào): H01L31/109
• 分類號(hào): H01L31/109;H01L31/0304;H01L31/0352;H01L31/18
• 代理公司: 上海滬慧律師事務(wù)所 31311
• 代理人: 郭英

本發(fā)明公開了一種寬光譜InGaAs探測器的光敏元結(jié)構(gòu)及其制備方法，所述光敏元結(jié)構(gòu)自下而上依次包含InP腐蝕截止層、Insubgt;0.53/subgt;Gasubgt;0.47/subgt;As吸收層、Insubgt;x/subgt;Gasubgt;1?x/subgt;As組分遞變吸收層、位錯(cuò)阻擋層、高In組分InGaAs吸收層、高In組分InAlAs接觸層。所述Insubgt;x/subgt;Gasubgt;1?x/subgt;As組分遞變吸收層的x自所述Insubgt;x/subgt;Gasubgt;1?x/subgt;As組分遞變吸收層的下端至上端由0.53線性遞變至a，0.53＜a≤1，所述高In組分InGaAs吸收層與所述Insubgt;x/subgt;Gasubgt;1?x/subgt;As組分遞變層上端晶格匹配，所述位錯(cuò)阻擋層采用與高In組分InGaAs吸收層晶格匹配的InAlAs或InAsP。還公開了一種制備所述光敏元結(jié)構(gòu)的方法，主要步驟為：InP襯底預(yù)處理，外延材料生長，機(jī)械研磨濕法化學(xué)腐蝕去除InP襯底，選擇性化學(xué)腐蝕去除Insubgt;0.53/subgt;Gasubgt;0.47/subgt;As腐蝕犧牲層。本發(fā)明有利于實(shí)現(xiàn)在可見?短波紅外范圍響應(yīng)的單一寬光譜InGaAs探測器。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體薄膜材料領(lǐng)域，具體涉及一種寬光譜InGaAs探測器的光敏元結(jié)構(gòu)及其制備方法。

背景技術(shù)

以III-V族InP/InGaAs材料體系所制備的短波紅外光電探測器，具有可室溫工作、高靈敏度、高探測率、高可靠性、低功耗、高穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航天遙感、大氣監(jiān)測、資源探測等多種重要領(lǐng)域。對于大氣監(jiān)測和資源探測領(lǐng)域，近紅外波段含有O₂、CO₂、CH₄、CO、H₂O、N₂O等多種氣體的大氣吸收譜線，對工作在0.7μm、1.2μm、1.6μm、2.2μm和2.5μm波段的高性能可見-短波紅外寬光譜探測器具有迫切需求；一些礦物質(zhì)如烴類物質(zhì)、粘土礦物、磷酸鹽等資源也在0.4-2.6μm范圍內(nèi)表現(xiàn)出多處特征峰。對于微光夜視和安防監(jiān)控領(lǐng)域，夜天光、月光等微光環(huán)境下光子能量主要分布在可見-短波紅外波段，并且在可見波段具有更強(qiáng)的光子輻射度，為提高探測器夜視環(huán)境下的靈敏度和分辨率，需要增加可見波段的光子探測能力。因此，響應(yīng)波段覆蓋可見-短波紅外的寬光譜探測器具有重要作用。

常規(guī)晶格匹配InP/InGaAs探測器的標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)光譜僅能覆蓋900-1700nm短波紅外波段。目前已有大量研究和應(yīng)用展示了通過刻蝕剝離InP襯底制備的可見拓展InGaAs探測器可以實(shí)現(xiàn)400-1700nm的光譜相應(yīng)范圍。2005年美國Sensor?Unlimited公司通過剝離InP基底制備了InGaAs可見拓展焦平面探測器。2019年中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所通過感應(yīng)耦合等離子體刻蝕技術(shù)成功制備了光譜范圍覆蓋500-1700nm的可見拓展InGaAs焦平面探測器。通過增加InGaAs中In的組分可以實(shí)現(xiàn)波長擴(kuò)展的目的，但目前沒有與高In組分InGaAs晶格匹配的襯底，需要通過增加異變緩沖層的方式實(shí)現(xiàn)晶格弛豫，獲得質(zhì)量較好的光譜范圍覆蓋1100-2600nm延伸波長InGaAs探測器材料。然而延伸波長材料不容易實(shí)現(xiàn)可見拓展，這是因?yàn)檩^薄的InP腐蝕截止層可能會(huì)由于晶格失配產(chǎn)生位錯(cuò)，失去腐蝕截止作用；而較厚的腐蝕截止層對可見光范圍存在吸收，不能達(dá)到向可見光探測的目的。為實(shí)現(xiàn)響應(yīng)波長范圍覆蓋400～2600nm的可見-短波紅外寬光譜InGaAs探測器，需同時(shí)在InGaAs探測器的可見拓展和延伸波長材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上進(jìn)行技術(shù)發(fā)明，實(shí)現(xiàn)既能低損傷去除InP襯底，又可以對延伸波長的光譜范圍產(chǎn)生高效響應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的是提供一種寬光譜InGaAs探測器的光敏元結(jié)構(gòu)及其制備方法，旨在解決現(xiàn)有的單一InGaAs探測器光譜范圍較窄的問題。