[发明专利]一种PIN型InGaAsSb探测器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种一种PIN型InGaAsSb探测器及其制备方法，所述探测器包括自下而上依次设置的InP(001)衬底、n型InP缓冲层和下接触层、i型近晶格匹配的InGaAsSb吸收层，以及p型InP帽层和上接触层。其中，所述i型近晶格匹配的InGaAsSb吸收层中的Sb组分含量为0.001～0.01，其厚度范围为1500～3000nm，其掺杂浓度为1×10¹⁴～1×10¹⁶cm^‑3。本发明中的所述InGaAsSb探测器能够有效改善材料结晶质量，提升探测器的性能。

技术领域

本发明涉及半导体光电子器件领域，特别涉及一种PIN型InGaAsSb(铟镓砷锑)探测器及其制备方法。

背景技术

近红外1～3微米波段在光纤通信领域获得了越来越广泛的应用。基于InP衬底的InGaAs探测器，由于InGaAs材料具有较高的吸收系数、高迁移率、较好的物理化学稳定性和抗辐照特性，在晶格匹配生长的情况下，其制备的探测器可以覆盖0.8～1.7微米近红外波段，涵盖了目前光纤低色散和低损耗的两个重要窗口1.31和1.55微米，并表现出较高工作温度、高量子效率、高灵敏度等优点，所以，PIN型InGaAs探测器和雪崩探测器均已广泛被用作光纤通信的接收器，这些探测器与前置放大电路的集成，或者再与光发射器件集成，是目前光通信中应用面最广的光接收模块或光收发模块。

近年来，InGaAs探测器的一个重要发展方向是提高器件性能、增大焦平面的规模。这在材料生长过程中，可以通过提高材料生长温度的方式，增加原子在表面的自由迁移能，减少晶格缺陷数量，获得高结晶质量的InGaAs单晶材料，从而降低探测器的体暗电流，提升器件性能。但是，高铟(In)组分材料在高温生长过程中容易出现金属铟在表面析出形成液滴的现象，造成表面缺陷密度增加，最终带来材料良率的降低和器件性能的退化。因此，在分子束外延生长高铟材料过程中需要保持富V族的生长环境。对于高温生长InGaAs而言就需要进一步提高V/III蒸气压比例，即P_As/(P_In+P_Ga)，这可以通过两种方式实现，一种是保持砷分子(As₂)蒸气压不变的情况下，降低III族元素蒸气压，但这将降低材料的生产效率，对企业提升产量是十分不利的；另一种则是在保持较高的材料生长速率情况下，进一步提高As₂蒸气压，然而高As₂蒸气压对于超高真空度的生长环境本身就是向背驰的，并且对于良好地控制材料生长过程也存在较大的挑战，因为这样不仅对于企业生产不经济，造成较大的浪费，还增加了As₂之间结合形成As₄的几率，并降低了III族原子(In，Ga)在表面的自由迁移距离，不利于高结晶材料的制备。因此，材料生长者都在寻找一种折中的办法，既可以提升高铟材料的生长温度，又不造成铟析出，获较高的结晶质量。

同为V族的锑(Sb)元素具有金属的属性，其蒸气压较高且稳定，在众多III-V族半导体材料外延过程中早已被证实能够提供表面原子活化剂的作用，可以有效改善材料表面形貌，对于材料结晶质量有良好的促进作用。因此，本发明中，采用分子束外延技术在较高温生长InGaAs探测材料过程中，通过掺入微量的锑元素，在不造成与InP衬底较大晶格失配的情况下，可以大大提高材料结晶质量，提升器件探测性能。

发明内容

本发明为了解决的现有技术问题，提供了一种PIN型InGaAsSb探测器及其制备方法，该探测器能够有效提高探测器的探测性能。

为了达到上述目的，本发明提供的一种PIN型InGaAsSb探测器，所述探测结构包括自下而上依次设置的InP(001)衬底、n型InP缓冲层和下接触层、i型近晶格匹配的InGaAsSb吸收层，以及p型InP帽层和上接触层。

优选地，所述InP(001)衬底为半绝缘型或N型InP(001)衬底。