InP基量子阱遠(yuǎn)紅外探測(cè)器及其制作方法技術(shù)

本申請(qǐng)公開了一種InP基量子阱遠(yuǎn)紅外探測(cè)器及其制作方法，該探測(cè)器包括InP襯底、外延層和電極，所述外延層形成于所述InP襯底上，所述外延層包括吸收層，該吸收層采用多周期的InxGa1?xAs/InyGa1?yAszP1?z多量子阱結(jié)構(gòu)，其探測(cè)波段為7～20微米，其中，0.53≤x＜1，0.75≤y＜1，0.18≤z＜1。本發(fā)明專利技術(shù)采用的InGaAs/InGaAsP多量子阱做吸收層，利用子能帶能級(jí)間光躍遷實(shí)現(xiàn)對(duì)紅外輻射光子的共振吸收。該量子阱勢(shì)壘和勢(shì)阱材料均與InP襯底晶格匹配，具有非常好的晶體質(zhì)量，通過調(diào)節(jié)四元化合物InGaAsP的帶隙，可有效調(diào)節(jié)探測(cè)波長，能夠?qū)崿F(xiàn)7～20微米的紅外響應(yīng)探測(cè)。發(fā)明專利技術(shù)的探測(cè)器具有較高的量子效率，器件結(jié)構(gòu)簡單，體積小，可進(jìn)行遠(yuǎn)紅外波段的探測(cè)，具有廣泛應(yīng)用前景。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本申請(qǐng)屬于半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，特別是涉及一種InP基量子阱遠(yuǎn)紅外探測(cè)器及其制作方法。
技術(shù)介紹
紅外探測(cè)器在光通信，夜視和紅外成像等領(lǐng)域中的作用越來越重要。探測(cè)器的結(jié)構(gòu)一般是由PIN光電二極管，雪崩光電二極管等的光電二極管制成，但是光電二極管由于光吸收層的材料的帶隙是確定的，只能進(jìn)行特定波長的紅外光探測(cè)，因此并不是所有的紅外波段都能找到合適的體材料進(jìn)行相應(yīng)的紅外光譜吸收。而量子阱紅外探測(cè)器，利用子能帶能級(jí)間光躍遷實(shí)現(xiàn)對(duì)紅外輻射光子的共振吸收，勢(shì)壘層和勢(shì)阱層的帶隙可以在較大的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)從而實(shí)現(xiàn)不同波段的紅外光吸收。但是目前量子阱紅外探測(cè)器多以應(yīng)變量子阱為主，其勢(shì)壘層材料和勢(shì)阱層材料之間并不是晶格匹配的，兩種材料之間的晶格失配會(huì)引起應(yīng)變積累，因此量子阱結(jié)構(gòu)的厚度一般較薄，從而導(dǎo)致探測(cè)器的量子效率較低。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種InP基量子阱遠(yuǎn)紅外探測(cè)器及其制作方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供如下技術(shù)方案：本申請(qǐng)實(shí)施例公開一種InP基量子阱遠(yuǎn)紅外探測(cè)器，包括InP襯底、外延層和電極，所述外延層形成于所述InP襯底上，所述外延層包括吸收層，該吸收層采用多周期的InxGa1-xAs/InyGa1-yAszP1-z多量子阱結(jié)構(gòu)，其探測(cè)波段為7～20微米，其中，0.53≤x＜1，0.75≤y＜1，0.18≤z＜1。優(yōu)選的，在上述的InP基量子阱遠(yuǎn)紅外探測(cè)器中，所述多量子阱結(jié)構(gòu)中，InxGa1-xAs材料和InyGa1-yAszP1-z材料與InP襯底晶格匹配。優(yōu)選的，在上述的InP基量子阱遠(yuǎn)紅外探測(cè)器中，所述InxGa1-xAs/InyGa1-yAszP1-z多量子阱結(jié)構(gòu)的周期數(shù)為10～50。優(yōu)選的，在上述的InP基量子阱遠(yuǎn)紅外探測(cè)器中，所述多量子阱結(jié)構(gòu)中，InxGa1-xAs材料為n型摻雜，載流子濃度為5×1017～5×1018cm-3；InyGa1-yAszP1-z材料不摻雜。優(yōu)選的，在上述的InP基量子阱遠(yuǎn)紅外探測(cè)器中，所述外延層包括依次形成于InP襯底和吸收層之間的緩沖層、下接觸層，還包括依次形成于吸收層表面的上接觸層和抗反射層，所述電極包括頂電極和底電極，所述頂電極形成于所述抗反射層上，所述底電極形成于所述下接觸層上。優(yōu)選的，在上述的InP基量子阱遠(yuǎn)紅外探測(cè)器中，所述緩沖層的材質(zhì)選自半絕緣InP材料。優(yōu)選的，在上述的InP基量子阱遠(yuǎn)紅外探測(cè)器中，所述下接觸層的材質(zhì)選自重?fù)诫sn型InGaAs材料，載流子載流子濃度為1×1018～5×1018cm-3；所述上接觸層的材質(zhì)選自重?fù)诫sn型InGaAs材料，載流子載流子濃度為1×1018～8×1018cm-3。優(yōu)選的，在上述的InP基量子阱遠(yuǎn)紅外探測(cè)器中，所述抗反射層采用SiN，抗反射層的厚度為130nm～200nm。相應(yīng)的，本申請(qǐng)還公開了一種InP基量子阱遠(yuǎn)紅外探測(cè)器制作方法，包括：利用金屬有機(jī)氣象沉積或者分子束外延外延生長方法在InP襯底上生長外延層；對(duì)外延層進(jìn)行刻蝕，在下接觸層上形成臺(tái)面，并在臺(tái)面上制作底電極；在上接觸層上設(shè)置有抗反射層，并在所述抗反射層刻蝕出電極圖形結(jié)構(gòu)，依據(jù)電極圖形結(jié)構(gòu)在抗反射層上制作頂電極。優(yōu)選的，在上述的InP基量子阱遠(yuǎn)紅外探測(cè)器制作方法中，調(diào)節(jié)InyGa1-yAszP1-z材料中III族和V族的比例，將其帶隙在0.8eV到1.5eV之間變化，實(shí)現(xiàn)7～20微米的紅外響應(yīng)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于：本專利技術(shù)與襯底晶格匹配的量子阱材料避免了因應(yīng)變積累造成的材料質(zhì)量差，具有較高的量子效率，量子阱的帶隙可以在較大的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，提供的遠(yuǎn)紅外波探測(cè)器在紅外光譜照射下能夠觀察到明顯的響應(yīng)電流，可通過改變勢(shì)壘層的帶寬進(jìn)行多種波段紅外波段的探測(cè)，且器件結(jié)構(gòu)簡單，體積小，成本低廉，具有廣泛應(yīng)用前景。附圖說明為了更清楚地說明本申請(qǐng)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請(qǐng)中記載的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1所示為本專利技術(shù)具體實(shí)施例中InP基量子阱遠(yuǎn)紅外探測(cè)器的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式本實(shí)施例提供了一種InP基量子阱遠(yuǎn)紅外探測(cè)器，其量子阱中的材料與襯底晶格匹配并且?guī)犊烧{(diào)，可實(shí)現(xiàn)較寬光譜范圍內(nèi)的遠(yuǎn)紅外線探測(cè)。進(jìn)一步的，在一些實(shí)施方案之中，本實(shí)施例的量子阱可以InP基材料為主，可以在保證高質(zhì)量材料的基礎(chǔ)上，制作多量子阱紅外探測(cè)器。更進(jìn)一步的，在一些更為具體的實(shí)施方案之中，本申請(qǐng)?zhí)峁┝嘶贗nP襯底的量子阱紅外探測(cè)器，其基本結(jié)構(gòu)可以包括襯底、緩沖層、下接觸層、多量子阱紅外響應(yīng)區(qū)域、上接觸層、SiN抗反射層和金屬電極等。其中，與InP匹配的In0.53Ga0.47As/In0.78Ga0.22As0.48P0.52利用量子阱的電子帶內(nèi)躍遷，可實(shí)現(xiàn)較高的遠(yuǎn)紅外探測(cè)性能，特別是可以進(jìn)行波長約為7um的紅外波，而通過增加和減少In0.78Ga0.22As0.48P0.52材料的In和As的組分，使探測(cè)波長覆蓋7～20um范圍。進(jìn)一步的，以晶格匹配的InGaAs/InGaAsP量子阱紅外探測(cè)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)進(jìn)行遠(yuǎn)紅外探測(cè)器的制作，可以充分保證材料外延的質(zhì)量，減少因材料失配問題產(chǎn)生的缺陷等問題，進(jìn)而提高探測(cè)器的性能。更為具體的，在一些實(shí)施案例之中，采用半絕緣InP做襯底，以重?fù)诫sn型InGaAs作為底電極接觸層，組分可變的InxGa1-xAs/InyGa1-yAszP1-z量子阱結(jié)構(gòu)作為遠(yuǎn)紅外探測(cè)區(qū)域；SiN作為光入射面的抗反射層。所述遠(yuǎn)紅外響應(yīng)區(qū)域由InxGa1-xAs/InyGa1-yAszP1-z量子阱結(jié)構(gòu)構(gòu)成，帶內(nèi)電子躍遷是其探測(cè)原理，其中0.53≤x＜1,0.75≤y＜1,0.18≤z＜1；量子阱各層材料之間晶格匹配，可大大降低材料生長難度，提高材料質(zhì)量和器件分辨率，探測(cè)波段為7～20um微米；n型InGaAs作為接觸層和量子阱層的漸變層，有利于增加載流子的收集，提高器件的響應(yīng)度。本器件采用的頂電極和底電極由Ti/Pt/Au材料構(gòu)成；頂電極淀積在SiN上。為使本專利技術(shù)的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖對(duì)本專利技術(shù)的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。這些優(yōu)選實(shí)施方式的示例在附圖中進(jìn)行了例示。附圖中所示和根據(jù)附圖描述的本專利技術(shù)的實(shí)施方式僅僅是示例性的，并且本專利技術(shù)并不限于這些實(shí)施方式。請(qǐng)參閱圖1所示，在一優(yōu)選實(shí)施例中，InP基量子阱遠(yuǎn)紅外探測(cè)器可以包括襯底、以及依次形成于襯底上的緩沖層、下接觸層、遠(yuǎn)紅外響應(yīng)區(qū)、上接觸層和SiN抗反層，還包括分別形成于SiN抗反層和下接觸層上的頂電極和底電極。襯底材料為半絕緣型InP；優(yōu)選的，襯底的厚度在100微米到600微米之間。緩沖層生長在襯底上，緩沖層材料優(yōu)選為不摻雜的InP，緩沖層的厚度優(yōu)選在0.2微米到1微米之間。下接觸層，該接觸層生長在緩沖層材料上，下接觸層優(yōu)選為重?fù)诫sn型InGaAs，載流子載流子濃度為1×1018～5×1018cm-3，下接觸層的厚度優(yōu)選為0.3微米到1.2微米。遠(yuǎn)紅外響應(yīng)區(qū)(吸收層)生長在下接觸層上，遠(yuǎn)紅外響應(yīng)區(qū)結(jié)構(gòu)為一多周期的InxGa1-xAs/InyGa1-yAszP1-z量本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種InP基量子阱遠(yuǎn)紅外探測(cè)器，其特征在于，包括InP襯底、外延層和電極，所述外延層形成于所述InP襯底上，所述外延層包括吸收層，該吸收層采用多周期的InxGa1?xAs/InyGa1?yAszP1?z多量子阱結(jié)構(gòu)，其探測(cè)波段為7～20微米，其中，0.53≤x＜1，0.75≤y＜1，0.18≤z＜1。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種InP基量子阱遠(yuǎn)紅外探測(cè)器，其特征在于，包括InP襯底、外延層和電極，所述外延層形成于所述InP襯底上，所述外延層包括吸收層，該吸收層采用多周期的InxGa1-xAs/InyGa1-yAszP1-z多量子阱結(jié)構(gòu)，其探測(cè)波段為7～20微米，其中，0.53≤x＜1，0.75≤y＜1，0.18≤z＜1。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的InP基量子阱遠(yuǎn)紅外探測(cè)器，其特征在于：所述多量子阱結(jié)構(gòu)中，InxGa1-xAs材料和InyGa1-yAszP1-z材料與InP襯底晶格匹配。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的InP基量子阱遠(yuǎn)紅外探測(cè)器，其特征在于：所述InxGa1-xAs/InyGa1-yAszP1-z多量子阱結(jié)構(gòu)的周期數(shù)為10～50。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的InP基量子阱遠(yuǎn)紅外探測(cè)器，其特征在于：所述多量子阱結(jié)構(gòu)中，InxGa1-xAs材料為n型摻雜，載流子濃度為5×1017～5×1018cm-3；InyGa1-yAszP1-z材料不摻雜。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的InP基量子阱遠(yuǎn)紅外探測(cè)器，其特征在于：所述外延層包括依次形成于InP襯底和吸收層之間的緩沖層、下接觸層，還包括依次形成于吸收層表面的上接觸層和抗反射層，所述電極包括頂電極和底電極，所述頂電極形成于所述抗...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：代盼，陸書龍，譚明，肖夢(mèng)，吳淵淵，王夢(mèng)雪，袁正兵，楊文獻(xiàn)，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：蘇州蘇納光電有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇;32