[发明专利]InP基截止波长大范围可调的晶格匹配InGaAsBi探测器结构及其制备

说明书

技术领域

本发明属于红外探测器结构及其制备领域，特别涉及一种InP基截止波长大范围可调的晶格匹配InGaAsBi探测器结构及其制备。

背景技术

红外探测器在信息通信、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。为了便于对不同波长的红外光进行研究，人们通常将红外波谱分为以下几个区域：近红外（0.7-2.0μm）、中红外（2.0-30μm）和远红外（波长在30-1000μm）。同时，根据几个常见的大气窗口，红外波段又被习惯性地划分为短波红外（1-3μm）、中波红外（3-5μm）、长波红外（8-14μm）和超长波红外（>14μm）等。半导体探测器按工作原理包含光电导型探测器、光伏型探测器、量子阱探测器、量子点探测器等多种。利用PN结光生伏特效应的光伏型探测器具有结构简单、量子效率高等优点。

与InP衬底晶格匹配的In_0.53Ga_0.47As三元系材料具有直接带隙和高电子迁移率的特点，其室温下的禁带宽度约0.74eV,对应的波长约1.7微米，恰好可以覆盖长波光纤通信的1310nm和1550nm，因此采用In_0.53Ga_0.47As三元系材料制作的光电探测器在光通信领域获得了普遍应用，并且在遥感、传感和成像等方面也有重要用途。对于In_xGa_1-xAs三元系材料，改变其中三族元素In的组分值x（即改变两种III族元素In和Ga的比例）可以使其禁带宽度在0.36～1.43eV之间连续变化，特别是x>0.53的材料，其对应的波长可扩展到>1.7微米的波段，例如：当x值增加到0.8时，材料的响应波长可扩展到约2.5微米。波长扩展的In_xGa_1-xAs探测器在遥感等领域有着更广泛的用途。但是，随着In组分值x的增加，In_xGa_1-xAs三元系材料的晶格常数会相应增加，当x>0.53后，In_xGa_1-xAs三元系材料与其最常用的InP衬底之间会产生相应的晶格正失配，而当失配较大是就会引起失配位错的产生和延伸，从而影响外延材料的质量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种InP基截止波长大范围可调的晶格匹配InGaAsBi探测器结构及其制备，该红外探测器结构的截止波长宽范围可调节，同时与InP衬底晶格匹配或具有较小晶格失配，制备工艺简单，易控制。

本发明的一种InP基截止波长大范围可调的晶格匹配InGaAsBi探测器结构，该探测器结构由下而上依次包括：InP衬底、高掺杂n型InP缓冲层、吸收层和高掺杂p型InP帽层，所述的吸收层为低掺杂n型In_yGa_1-yAs_1-xBi_x吸收层，其中0<x≤0.34，0≤y<0.53。

所述的In_yGa_1-yAs_1-xBi_x吸收层与InP衬底晶格匹配。

所述的探测器截止波长λ大范围可调，调节范围为1.7μm<λ≤5.9μm。

所述的吸收层为In_0.34Ga_0.66As_0.88Bi_0.12材料。

本发明的一种InP基截止波长大范围可调的晶格匹配InGaAsBi红外探测器结构的制备方法，包括：

（1）在InP衬底上先生长一层高掺杂n型InP材料作为缓冲层，同时作为下接触层；

（2）生长低掺杂n型In_yGa_1-yAs_1-xBi_x材料作为探测器的吸收层，其中0<x≤0.34，0≤y<0.53；

（3）生长高掺杂p型InP材料作为帽层，同时作为上接触层，完成探测器材料的生长；

（4）将上述探测器材料制备成红外探测器结构，即可。

步骤（2）中所述的x=0.12，y=0.34，所得到的InP基InGaAsBi红外探测器结构的截止波长为3微米。