[发明专利]单片式n-i-p-i-n型宽光谱光电探测器

说明书

本发明提出了一种单片式n‑i‑p‑i‑n型宽光谱光电探测器，包括InP衬底；在InP衬底上形成有第一导电类型的InP作为下接触层；在下接触层之上形成有本征In_x1Ga_1‑x1As作为第一吸收层；在第一吸收层之上形成有第二导电类型的InP作为公共接触层；在公共接触层之上形成有晶格适配缓冲层；在晶格适配缓冲层之上形成有本征或者第一导电类的In_x2Ga_1‑x2As作为第二吸收层；在第二吸收层之上形成第一导电类型的In_x3Al_1‑x3As上接触层。本发明采用双色探测器设计方案，将标准波长响应PIN探测器与延伸波长响应PIN探测器相结合，利用PD1响应1.7μm以下谱段，利用PD2响应1.7‑2.5μm谱段。PD1与PD2共用P电极，形成背入射式的n‑i‑p‑i‑n型器件结构，通过电极偏置的切换实现响应光谱的调制。

技术领域

本发明属于半导体设计及制造技术领域，涉及InP基III-V族化合物半导体光电子器件技术领域，具体涉及一种新颖结构的单片式n-i-p-i-n型宽光谱光电探测器。

背景技术

“近红外-短波红外”(0.75-2.5μm)谱段是面向光谱传感检测、光谱分析应用最主要的波段范围，在工业、通信、医疗、食品、生化、农业、公共安全等领域应用需求广泛。目前，该谱段范围内，InGaAs与HgCdTe是最为主流的探测器技术。

近年来，随着材料制备技术不断取得进步，二类超晶格(type-II superlattice，T2SL)与胶体量子点(Colloidal quantum dots，CQD)等新兴探测器技术也得到快速发展。但比较而言，CQD灵敏度有限，主要面向低成本、低性能需求应用；T2SL需要深制冷，且与当前主流技术相比，其性能在短波红外谱段内也并不占优。

InGaAs探测器基于成熟的InP基III-V族化合物半导体技术，不仅在1.7μm响应截止的谱段内拥有最优性能，而且在1.7-2.5μm范围内其灵敏度也与HgCdTe相当。但目前，在0.8-2.5μm、1.0-2.5μm等宽谱段的光谱传感应用均采用HgCdTe技术。对于响应截止波长大于1.7μm的延伸型短波红外InGaAs探测器，由于窄带隙晶格失配缓冲层或接触顶层的吸收作用(背入射或正照式)，导致短波长方向的量子效率下降明显，影响了探测灵敏度和光谱响应范围；当响应截止波长延伸至2.5μm，响应开启波长大于1.2μm，且1.5μm波长以下的量子效率通常低于30％，如何提升InGaAs探测器1.7μm波长以下的探测灵敏度是亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种单片式n-i-p-i-n型宽光谱光电探测器。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种单片式n-i-p-i-n型宽光谱光电探测器，其包括：

InP衬底；

在所述InP衬底上形成有第一导电类型的InP作为第一吸收层结构的下接触层；

在所述第一吸收层结构的下接触层之上形成有本征In_x1Ga_1-x1As作为第一吸收层，所述0x11，所述第一吸收层覆盖部分下接触层，所述第一吸收层优选In_0.53Ga_0.47As；

在所述第一吸收层之上形成有第二导电类型的InP作为公共接触层；

在所述公共接触层之上形成有晶格适配缓冲层，所述晶格适配缓冲层的底层与公共接触层晶格匹配，上层与第二吸收层晶格匹配，所述晶格适配缓冲层覆盖部分公共接触层；

在所述晶格适配缓冲层之上形成有本征或者第一导电类的In_x2Ga_1-x2As作为第二吸收层，所述0x21，所述x2x1；