CN103077995B - 利用电子阻挡层降低暗电流的InGaAs探测器及制备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用电子阻挡层降低暗电流的InGaAs探测器及其制备方法。在InkGa1-kAs吸收层中加入应变补偿超晶格电子阻挡层，利用超晶格导带势垒阻挡电子降低暗电流。其制备方法包括：先在衬底上生长高掺杂P型InkAl1-kAs缓冲层，所述缓冲层同时作为下接触层；生长低掺杂N型InkGa1-kAs吸收层；生长应变补偿超晶格电子阻挡插入层，掺杂情况与吸收层相同为低掺杂N型；继续生长低掺杂N型InkGa1-kAs吸收层；生长高掺杂N型InkAl1-kAs上接触层，完成此探测器结构材料的生长。本发明能够利用电子阻挡层降低探测器暗电流。
Description
技术领域
本发明涉及半导体光电器件技术领域，特别是涉及一种利用电子阻挡层降低暗电流的InGaAs探测器及其制备方法。
背景技术
短波红外波段（1-3μm）作为一个重要的大气窗口，为许多重要的科学测量工作提供了一个特别多产的光谱区域，包含了许多物质的特征谱线，如岩石和矿物中包含的氢氧根、空气中的CO2、NH3、H2S、N2O等。许多高温物体如飞机和火箭的发动机喷口、导弹的尾焰等红外辐射能量也集中在该波段。短波红外波段探测器在信息通信、空间对地探测、卫星遥感、多光谱成像分析、夜视成像、军事侦察和监视、红外预警等众多民用和军事领域有着广阔的应用前景。与InP衬底晶格匹配的InGaAs探测器的长波截止波长约为1.7μm，其响应范围正好覆盖了长波光纤通信的1.31μm和1.55μm波段，在光纤通讯需求的推动下获得了飞速发展，是短波红外领域应用最广泛的半导体探测器。增加InGaAs中In的组分可以增加InGaAs探测器的截止波长，大大拓展InGaAs探测器的应用领域，例如将In组分增加至0.8时，对应的InGaAs探测器截止波长将达到2.4μm。
光通信用探测器的研究中主要的侧重点是器件的响应速度，随着近年来短波红外探测器在红外遥感、夜视、温度测量及气体测量等方面应用需求的增加，空间遥感用InGaAs短波红外探测器获得了越来越多的重视。对于空间遥感用InGaAs短波红外探测器的研究，更侧重于器件的低噪声和高灵敏度。因此，降低器件暗电流和提高器件的量子效率成为研究的首要任务。对于截止波长大于1.7μm的扩展波长探测器而言，In组分的增加会同时增加InGaAs与InP衬底间的晶格失配，很容易使材料中产生缺陷及位错，使得InGaAs探测器器件的暗电流快速增加。在这种情况下，降低暗电流显得尤为紧迫和必要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种利用电子阻挡层降低暗电流的InGaAs探测器及其制备方法，能够降低探测器暗电流。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种利用电子阻挡层降低暗电流的InGaAs探测器，包括InkGa1-kAs吸收层，其中，0<k<1，在InkGa1-kAs吸收层中加入应变补偿超晶格电子阻挡层。
所述应变补偿超晶格电子阻挡层为2个周期。
所述应变补偿超晶格电子阻挡层为InyGa1-yAs/InzGa1-zAs超晶格，其中，x<y≤1，0≤z<x。
所述应变补偿超晶格电子阻挡层的导带带阶ΔEC的范围为：0<ΔEC<0.85eV，价带带阶ΔEV的范围为：0<ΔEV<0.2eV。
所述应变补偿超晶格电子阻挡层处于InkGa1-kAs吸收层中PN结耗尽层边缘。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种利用电子阻挡层降低暗电流的InGaAs探测器的制备方法，包括以下步骤：
（1）在InP衬底上生长InkGa1-kAs探测器，先在衬底上生长高掺杂P型InkAl1-kAs缓冲层，所述缓冲层同时作为下接触层，其中，0<k<1；
（2）生长低掺杂N型InkGa1-kAs吸收层；
（3）生长应变补偿超晶格电子阻挡插入层，掺杂情况与吸收层相同为低掺杂N型；
（4）继续生长低掺杂N型InkGa1-kAs吸收层；
（5）生长高掺杂N型InkAl1-kAs上接触层，完成此探测器结构材料的生长；
（6）将探测器结构材料利用常规工艺制作器件图形制备上下金属电极，并进行封装，即完成InGaAs探测器结构的制备。
所述步骤（3）中生长两个周期的应变补偿超晶格电子阻挡插入层，掺杂情况与吸收层相同为低掺杂N型。
所述应变补偿超晶格电子阻挡插入层为为InyGa1-yAs/InzGa1-zAs超晶格，其中，x<y≤1，0≤z<x，每个周期中包含等厚度的InyGa1-yAs和InzGa1-zAs。
所述应变补偿超晶格电子阻挡层的导带带阶ΔEC的范围为：0<ΔEC<0.85eV，价带带阶ΔEV的范围为：0<ΔEV<0.2eV。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明利用InyGa1-yAs/InzGa1-zAs(x<y≤1，0≤z<x)超晶格电子阻挡层的导带势垒阻挡电子通过，可以降低InGaAs探测器的暗电流；同时超晶格电子阻挡层的价带带阶小所以对空穴没有影响，不会影响InGaAs探测器的光电流。并且采用常规的分子束外延或金属氧化物化学气相沉积方法进行材料生长，操作工艺简单，易控制。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是实施例中探测器结构的能带示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的实施方式涉及一种电子阻挡层降低暗电流的InGaAs探测器，如图1所示，包括InkGa1-kAs吸收层3，其中，0<k<1，在InkGa1-kAs吸收层3中加入应变补偿超晶格电子阻挡层4，利用超晶格的导带势垒阻挡电子，从而降低探测器暗电流。其中，所述应变补偿超晶格电子阻挡层4为2个周期。所述应变补偿超晶格电子阻挡层4为InyGa1-yAs/InzGa1-zAs超晶格，其中，x<y≤1，0≤z<x。所述应变补偿超晶格电子阻挡层4的导带带阶ΔEC较大，范围为：0<ΔEC<0.85eV，导带势垒可以阻挡暗电子，价带带阶ΔEV很小，范围为：0<ΔEV<0.2eV，不影响空穴的运动。所述应变补偿超晶格电子阻挡层4处于InkGa1-kAs吸收层3中PN结耗尽层边缘。本发明中所述的超晶格电子阻挡层4相对InxGa1-xAs吸收层3为应变补偿结构，不会引入多余的缺陷。
由此可见，本发明利用InyGa1-yAs/InzGa1-zAs(x<y≤1，0≤z<x)超晶格电子阻挡层的导带势垒阻挡电子通过，可以降低InGaAs探测器的暗电流；同时超晶格电子阻挡层的价带带阶小所以对空穴没有影响，不会影响InGaAs探测器的光电流。并且采用常规的分子束外延或金属氧化物化学气相沉积方法进行材料生长，操作工艺简单，易控制。
下面以InP基In0.8Ga0.2As光电探测器的制备过程为例说明利用电子阻挡插入层降低暗电流的InGaAs探测器新结构和制备步骤，这些结构和制备步骤可以直接推广到其他类型的InGaAs探测器，只要对超晶格电子阻挡层组分进行调整即可。具体结构和制备步骤如下：
（1）在InP衬底1上生长In0.8Ga0.2As探测器，先在衬底上生长1μm高掺杂P型In0.8Al0.2As缓冲层，同时作为下接触层2；
（2）生长1μm低掺杂n型In0.8Ga0.2As吸收层3；
（3）生长2个周期的InAs/In0.6Ga0.4As应变补偿超晶格电子阻挡插入层4，每个周期中包含10nm InAs和10nm In0.6Ga0.4As，掺杂情况与吸收层3相同为低掺杂n型；
（4）继续生长1μm低掺杂n型In0.8Ga0.2As吸收层3；
（5）最后生长0.2μm高掺杂N型In0.8Al0.2As上接触层5，完成此探测器结构材料的生长，形成如图1所示的结构；
（6）将材料利用常规工艺制作器件图形，并制备上下金属电极和进行封装，即完成该In0.8Ga0.2As探测器结构的制备。
图2是包含电子阻挡插入层的降低In0.8Ga0.2As探测器暗电流的探测器结构的能带示意图，从图中可知，本发明利用InyGa1-yAs/InzGa1-zAs(x<y≤1，0≤z<x)超晶格电子阻挡层的导带势垒阻挡电子通过，可以降低InGaAs探测器的暗电流。
Claims (5)
1.一种利用电子阻挡层降低暗电流的InGaAs探测器，包括InkGa1-kAs吸收层(3)，其中，0<k<1，其特征在于，在InkGa1-kAs吸收层(3)中加入应变补偿超晶格电子阻挡层(4)以降低暗电流；所述应变补偿超晶格电子阻挡层(4)为2个周期；所述应变补偿超晶格电子阻挡层(4)为InyGa1-yAs/InzGa1-zAs超晶格，其中，x<y≤1，0≤z<x。
2.根据权利要求1所述的利用电子阻挡层降低暗电流的InGaAs探测器，其特征在于，所述应变补偿超晶格电子阻挡层(4)的导带带阶ΔEC的范围为：0<ΔEC<0.85eV，价带带阶ΔEV的范围为：0<ΔEV<0.2eV。
3.根据权利要求1所述的利用电子阻挡层降低暗电流的InGaAs探测器，其特征在于，所述应变补偿超晶格电子阻挡层(4)处于InkGa1-kAs吸收层(3)中PN结耗尽层边缘。
4.一种利用电子阻挡层降低暗电流的InGaAs探测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在InP衬底上生长InkGa1-kAs探测器，先在衬底上生长高掺杂P型InkAl1-kAs缓冲层，所述缓冲层同时作为下接触层，其中，0<k<1；
(2)生长低掺杂N型InkGa1-kAs吸收层；
(3)生长两个周期的应变补偿超晶格电子阻挡插入层，掺杂情况与吸收层相同为低掺杂N型；所述应变补偿超晶格电子阻挡插入层为InyGa1-yAs/InzGa1-zAs超晶格，其中，x<y≤1，0≤z<x，每个周期中包含等厚度的InyGa1-yAs和InzGa1-zAs；
(4)继续生长低掺杂N型InkGa1-kAs吸收层；
(5)生长高掺杂N型InkAl1-kAs上接触层，完成此探测器结构材料的生长；
(6)将探测器结构材料利用常规工艺制作器件图形制备上下金属电极，并进行封装，即完成InGaAs探测器结构的制备。
5.根据权利要求4所述的利用电子阻挡层降低暗电流的InGaAs探测器的制备方法，其特征在于，所述应变补偿超晶格电子阻挡层的导带带阶ΔEC的范围为：0<ΔEC<0.85eV，价带带阶ΔEV的范围为：0<ΔEV<0.2eV。
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