[发明专利]一种基于InPOI衬底的InGaAs探测器结构及制备方法

说明书

本发明提供了一种基于InPOI衬底的InGaAs探测器结构及制备方法。所述的一种基于InPOI衬底的InGaAs探测器结构包括依次层叠设置的InPOI衬底、含铝砷化物阻挡层和下接触层、InGaAs吸收层及含铝砷化物窗口层和上接触层，所述InPOI衬底为从InP衬底上剥离下来后，转移至CMOS兼容的SOI衬底上的InP单晶薄膜，所述含铝砷化物阻挡层和下接触层以及所述含铝砷化物窗口层和上接触层的材料均为含铝砷化物，所述InGaAs吸收层的材料为InGaAs。本发明可以实现在与CMOS工艺兼容的SOI衬底上制备InP基InGaAs短波红外探测器，适合于低成本、大规模红外焦平面阵列制备，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及半导体光电子材料及器件技术领域，特别涉及一种基于InPOI(InP oninsulator，绝缘体上磷化铟)衬底的InGaAs(铟砷化镓)探测器结构及制备方法。

背景技术

与InP(磷化铟)衬底晶格匹配的In_xGa_1-xAs材料为全组分直接带隙材料，通过调节In组分x，可覆盖0.8～3.5μm波段。由于InGaAs材料制成的探测器具有灵敏度高、响应速度快、抗辐照特性良好、室温工作等优点，因而InGaAs短波红外探测器在军民领域都有广泛的应用。如波长1.7μm的In_0.53Ga_0.47As光电探测器在光通信领域获得了普遍应用。而截止波长大于1.7μm的In_xGa_1-xAs探测器在遥感领域有着更广泛的用途，能反应更多的信息。比如，2.1μm(x＝0.7)附近的探测在冰云检测和矿产资源探测方面均有重要价值，所以在气象、环境、资源等航天遥感领域具有重要的应用。但是，In组分的增加会造成InGaAs材料与InP衬底之间晶格失配，从而在材料中引入位错，造成材料和器件性能退化。研究人员通过在InP衬底和InGaAs吸收层之间插入组分渐变缓冲层的方式，降低材料失配度，减少InGaAs吸收层中的位错密度，从而避免了高In组分InGaAs探测器性能的退化。目前，航天遥感InGaAs探测器的发展趋势之一是制备更大规模、更多像元的焦平面阵列。

与InP衬底相比，Si(硅)衬底具有更大的尺寸和更优的质量，采用Si衬底研制InGaAs探测器可以制备更大规模焦平面，同时更易与读出电路耦合。然而，采用Si替代衬底时，InGaAs与衬底间的晶格失配度远大于InP衬底，Si上III-V族材料外延还具有大热失配和反相畴问题，从而容易在材料中引入位错，造成材料和器件性能变差。目前采用较多的是采用带斜切角的Si衬底来替代Si(001)衬底，但这给器件制备增加了很大难度，所以在Si衬底上开展InGaAs探测器外延具有很大的挑战。

所以，迫切需要发展Si(001)衬底上制备无反相畴高性能InGaAs探测器的方法，以发展大规模。

发明内容

本发明提供了一种基于InPOI衬底的InGaAs探测器结构及制备方法，该方法采用成熟的智能剥离技术从InP商用衬底上转移至CMOS(互补式金属氧化物半导体，Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)兼容的SOI(Silicon-on-insulator，绝缘体上硅)衬底上、厚度为200～1000nm的InP单晶薄膜作为衬底，即所谓的InPOI衬底，而后通过分子束外延等技术生长含铝砷化物材料作为阻挡层和下接触层，InGaAs作为吸收层，并采用含铝砷化物材料作为窗口层和上接触层。

为了达到上述目的，本发明提供的一种基于InPOI衬底的InGaAs探测器结构，包括依次层叠设置的InPOI衬底、含铝砷化物阻挡层和下接触层、InGaAs吸收层及含铝砷化物窗口层和上接触层，所述InPOI衬底为从InP衬底上剥离下来后，转移至CMOS兼容的SOI衬底上的InP单晶薄膜，所述含铝砷化物阻挡层和下接触层以及所述含铝砷化物窗口层和上接触层的材料均为含铝砷化物，所述InGaAs吸收层的材料为InGaAs。

优选地，所述InPOI衬底厚度范围为200～1000nm。