阅读说明：本技术 一种含稀氮化合物的红外探测器外延片 (Infrared detector epitaxial wafer containing rare nitrogen compound ) 是由 黄珊珊 黄辉廉 丁杰 杨文奕 于 2020-04-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种含稀氮化合物的红外探测器外延片,包括InP衬底,在所述InP衬底上按照层状叠加结构依次设置有n型InP缓冲层、本征GaInNAs吸收层、p型InP层、p型InGaAs欧姆接触层。本发明通过引入与InP衬底相匹配的稀氮化合物GaInNAs(即本征GaInNAs吸收层)获得延伸波长且延伸波长可调节的红外探测器外延片,满足对波长向长波方向扩展红外探测器需求。(The invention discloses an infrared detector epitaxial wafer containing a rare nitrogen compound, which comprises an InP substrate, wherein an n-type InP buffer layer, an intrinsic GaInNAs absorption layer, a p-type InP layer and a p-type InGaAs ohmic contact layer are sequentially arranged on the InP substrate according to a layered stack structure. The invention obtains the extension wavelength and the extension wavelength of the infrared detector epitaxial wafer can be adjusted by introducing the rare nitrogen compound GaInNAs (namely the intrinsic GaInNAs absorption layer) matched with the InP substrate, thereby meeting the requirement of extending the infrared detector to the long wave direction.)

一种含稀氮化合物的红外探测器外延片

技术领域

本发明涉及半导体激光器的技术领域，尤其是指一种含稀氮化合物的红外探测器外延片。

背景技术

随着航空航天遥感技术的发展，红外探测器被广泛应用于天气、气象预测，卫星对地资源勘探以及监测，地物景观、农作物的光谱分析；在民用领域，红外探伤红外测温目前已广泛应用到生产控制当中；红外夜视、红外报警系统在交通运输和安全保卫方面发挥着举足轻重的作用；而红外成像技术使医疗水平有了大幅的提高。所以，1～3μm是一个很重要的红外波段，该波段的红外探测器具有非常重要的研究意义。

InP基PIN型InGaAs红外探测器便是这类探测器的优秀代表。InGaAs与III-V族衬底有较好的匹配而能制作出高质量外延结构；生长技术成熟使其比HgCdTe更容易制备；InP基PIN型InGaAs红外探测器能在工作波长范围内具有很高的内量子效率和极小的暗电流；可在室温下连续工作，降低了对致冷器的要求。然而，与InP衬底匹配的InGaAs探测器截至波长约为1.7μm，为使InGaAs探测器的截至波长向长波方向拓展，即制作波长延伸的InGaAs探测器，扩展探测器的应用范围，需要增加InGaAs材料中In组分从而使材料的禁带宽度相应减小。例如，要将In_xGa_1-xAs探测器的截止波长从1.7μm扩展至2.4μm，就需要使In的组分x从0.53增加至约0.8，这会使InGaAs和InP衬底间有约+1.85％这样大的晶格失配。为了解决这一问题，不得不引入厚度达数μm的晶格渐变缓冲层。这就使得外延生长时间被至少延长30％以上，源消耗也大大增多，从而直接增加该类产品的材料成本和设备成本。此外，由于引入了缓冲层，晶格差异在外延过程中会引入失配应力，失配应力的产生导致材料中缺陷、位错增多，穿透位错会直接进入吸收层，直接导致器件暗电流的增大，严重削弱器件的性能。

稀氮化合物GaInNAs可以通过调节In和N的组分，使得GaInNAs的光学带隙达到0.2～0.73eV，并且与InP衬底晶格匹配。GaInNAs材料之所以能够在保持晶格常数不变的同时实现带隙连续可调。其主要原因在于，在InGaAs材料中掺入少量N元素(10％以下)实现晶格常数减小的情况下，其带隙会发生反常红移。而在GaAs中掺入In元素后可使材料在晶格常数变大的同时带隙减小。因此，如果以合适的比例在GaAs中并入这两种元素，就可以在保持GaInNAs与InP晶格常数基本匹配保证器件性能的同时，实现带隙的降低，适用于长波长响应的需要，其截止响应波长可从1.7μm延伸至2～3μm。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种含稀氮化合物的红外探测器外延片，通过引入与InP衬底相匹配的稀氮化合物GaInNAs(即本征GaInNAs吸收层)获得延伸波长且延伸波长可调节的红外探测器外延片，满足对波长向长波方向扩展红外探测器需求。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种含稀氮化合物的红外探测器外延片，包括InP衬底，在所述InP衬底上按照层状叠加结构依次设置有n型InP缓冲层、本征GaInNAs吸收层、p型InP层、p型InGaAs欧姆接触层。

进一步，所述n型InP缓冲层的厚度为500nm，其掺杂浓度为2～6e18/cm³。

进一步，所述本征GaInNAs吸收层通过调节其In组分及N组分，能够使GaInNAs材料的带隙达到0.41～0.62eV之间，并与InP衬底保持晶格匹配，其对应器件的截止吸收波长能够达到2～3μm之间。

进一步，所述本征GaInNAs吸收层的厚度在1000～3000nm。

进一步，所述p型InP层的厚度为200～500nm，其掺杂浓度为0.5～1.5e18/cm³。

进一步，所述p型InGaAs欧姆接触层的厚度为30～70nm，其掺杂浓度为5e18/cm³，所述p型InGaAs欧姆接触层与InP衬底保持晶格匹配。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、探测器截止波长的扩展增加了探测器的应用范围，促进了空间遥感的发展。

2、引入与InP衬底晶格匹配的稀氮化合物GaInNAs(即本征GaInNAs吸收层)，材料质量高，在延伸波长的同时避免了大晶格失配带来的缺陷，保证了器件的性能。

3、芯片及后端工艺与原InGaAs红外探测器相匹配，不需要开发新的工艺，节约研发及生产成本。

4、通过调节In和N组分可以根据实际需要改变探测器的截止波长。

附图说明

图1为本发明所述红外探测器外延片的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本实施例提供的含稀氮化合物的红外探测器外延片，包括InP衬底1，在所述InP衬底1上依次设置有n型InP缓冲层2、本征GaInNAs吸收层3、p型InP层4、p型InGaAs欧姆接触层5。

所述n型InP缓冲层2厚度约为500nm，其掺杂浓度为2～6e18/cm³。

所述本征GaInNAs吸收层3，通过调节其In组分及N组分，使GaInNAs材料的带隙达到0.41～0.62eV之间，并与InP衬底1保持晶格匹配，其对应器件的截止吸收波长能够达到2～3μm之间，所述本征GaInNAs吸收层3的厚度在1000～3000nm。

所述p型InP层4厚度约为200～500nm，其掺杂浓度为0.5～1.5e18/cm³。

所述p型InGaAs欧姆接触层5厚度约为30～70nm，其掺杂浓度约为5e18/cm³，所述p型InGaAs欧姆接触层5与InP衬底1保持晶格匹配。

下面为本实施例上述含稀氮化合物的红外探测器外延片的具体制备过程，其情况如下：

首先，以2英寸或3英寸InP单晶片为衬底，然后采用金属有机化学气相沉积技术(MOCVD)或分子束外延生长技术(MBE)在InP衬底1的上表面依次生长n型InP缓冲层2、本征GaInNAs吸收层3、p型InP层4、p型InGaAs欧姆接触层5，即可完成含稀氮化合物的红外探测器外延片的制备。

综上所述，本发明引入与InP衬底晶格匹配的稀氮化合物吸收层(即本征GaInNAs吸收层)，材料质量高，在延伸波长的同时避免了大晶格失配带来的缺陷，保证了器件的性能，而且通过调节In和N组分可以根据需要改变探测器的截止波长，芯片及后端工艺与原InGaAs红外探测器相匹配，不需要开发新的工艺及生产线，节约研发及生产成本，可获得更高质量、应用范围更广的延伸波长红外探测器，值得推广。

以上所述实施例只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。