基于ITO電流擴展層的InGaAs雪崩紅外探測器及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體紅外探測器，特別涉及一種基于ITO電流擴展層的InGaAs雪崩紅外探測器及其制備工藝，屬于新型半導(dǎo)體器件領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]21世紀(jì)，是光電子信息技術(shù)的時代，這種技術(shù)不僅改變了人們的生活方式，而且推動了新的產(chǎn)業(yè)革命。光纖通信技術(shù)是現(xiàn)代通信技術(shù)的基礎(chǔ)，它的發(fā)展依靠半導(dǎo)體光電子器件方面的突破。由于利用載流子的雪崩倍增效應(yīng)可以極大提高光電信號檢測的靈敏度，所以在光纖通訊中，通常應(yīng)用光電倍增二極管(APD)作為系統(tǒng)的探測器。近年來發(fā)展迅速的量子保密通訊需要的單光子探測器也是基于光電倍增二極管的器件。由于在1310nm和1550nm波長附近，二氧化娃光纖有最低的損耗和色散，而InGaAs在此波長附近的吸收系數(shù)高(14CnT1),其制作的薄膜APD器件用來做探測器有相對高的響應(yīng)度和靈敏度，所以InGaAs材料體系制作APD已逐步取代硅，在光纖應(yīng)用領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。InGaAs紅外探測器在倍增區(qū)的選擇上，首先得到應(yīng)用的是InP材料，但是因為InAlAs材料有更低的噪聲和更高的增益特性，使其擁有廣泛的研宄和應(yīng)用前景。
[0003]近年來，InGaAs雪崩紅外探測器的研宄，主要還是圍繞InP作為倍增區(qū)的結(jié)構(gòu)；現(xiàn)在國外已經(jīng)逐步進行InGaAs/InAlAs雪崩紅外探測器的研發(fā)，但是中國這方面的研宄還比較之后。在理論方面，InGaAs/InAlAs已經(jīng)有了較完備的體系，相關(guān)物理模型也可以在相當(dāng)大的程度上模擬不同結(jié)構(gòu)參數(shù)器件的性能；在外延生長上，InAlAs材料由于容易氧化等難點，質(zhì)量還不是很理想。同時由于要考慮光的入射問題，電極采用局部制作方式，電流的收集效率受到影響從而降低器件性能。
[0004]目前，隨著信息化技術(shù)的進步，對信息的傳輸速度的要求也越來越快，這就要求紅外探測器要擁有快響應(yīng)速度、高分辨率、低噪聲等特點，但現(xiàn)有的紅外探測器均難以符合這些要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的主要目的在于提供一種基于ITO電流擴展層的InGaAs雪崩紅外探測器及其制備方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足。
[0006]為實現(xiàn)前述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括:
一種基于ITO電流擴展層的InGaAs雪崩紅外探測器，其包括依次形成于襯底正面上的緩沖層、倍增層、漸變、電荷層、吸收層和接觸層，且所述襯底背面還設(shè)有ITO電流擴展層。
[0007]作為較為優(yōu)選的實施方案之一，所述倍增層的材質(zhì)至少選自本征Ina52Ala48As材料。
[0008]進一步的，Ina52Ala48As倍增層是通過深埋技術(shù)置于襯底之上。
[0009]作為較為優(yōu)選的實施方案之一，所述電荷層的材質(zhì)至少選自η型重摻雜1? 53^?.47-^S 材料。
[0010]作為較為優(yōu)選的實施方案之一，所述吸收層的材質(zhì)至少選自本征Ina53Gaa47As材料。
[0011 ] 作為較為優(yōu)選的實施方案之一，所述漸變層的材質(zhì)至少選自1% 78Ga0 22Asa 47PQ.53材料。
[0012]作為較為優(yōu)選的實施方案之一，所述接觸層至少選自由Zn在所述吸收層擴散形成的P型Ina53Gaa47As接觸層。
[0013]作為較為優(yōu)選的實施方案之一，所述襯底至少選自η型InP襯底。
[0014]進一步的，所述襯底背面還設(shè)有與所述ITO電流擴展層電性接觸的電極，并且在電極之間形成有光入射窗口。
[0015]作為較為優(yōu)選的實施方案之一，所述紅外探測器具有平面性器件結(jié)構(gòu)。
[0016]所述基于ITO電流擴展層的InGaAs雪崩紅外探測器的制備方法，包括:
在襯底正面依次生長緩沖層、倍增層、漸變層、電荷層和吸收層，其中吸收層采用
1-1%53GaQ 47As 吸收層；
在吸收層上設(shè)置掩膜層，并在掩膜層上加工出開口，并藉此開口進行Zn擴散，從而在吸收層表層的局部區(qū)域形成P型Intl 53Gaa47As接觸層；
在未進行Zn擴散的吸收層表面區(qū)域設(shè)置鈍化層，并在P型Ina53Gaa47As接觸層上淀積金屬電極；
在襯底背面形成ITO電流擴展層以及在ITO電流擴展層外圍制作金屬電極。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果包括:該InGaAs雪崩紅外探測器在紅外光譜照射下能夠觀察到明顯的響應(yīng)電流，且響應(yīng)速度和分辨率顯著提高，噪聲明顯降低，可以更高效地應(yīng)用于光電子信息通信等領(lǐng)域，同時其制備工藝簡單易實施，成本低廉，適于規(guī)模化生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明一典型實施例中一種InGaAs雪崩紅外探測器的平面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明一典型實施例中一種InGaAs雪崩紅外探測器工藝流程圖；
圖3為本發(fā)明一典型實施例中一種InGaAs雪崩紅外探測器在外加偏壓時的電場分布示意圖。
【具體實施方式】
[0019]鑒于現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本案發(fā)明人經(jīng)長期研宄和大量實踐，得以提出本發(fā)明的技術(shù)方案。下面結(jié)合附圖表和若干實施案例對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0020]本發(fā)明的一個方面提供了一種基于ITO電流擴展層的InGaAs雪崩紅外探測器，其包括依次形成于襯底正面上的緩沖層、倍增層、漸變層、電荷層、吸收層和接觸層，且所述襯底背面還設(shè)有ITO電流擴展層。
[0021]在所述探測器中，優(yōu)選采用η型InP做襯底。
[0022]在所述探測器中，優(yōu)選采用本征Ina52Ala48As材料作為載流子的倍增層，可以使器件的過剩噪聲減小、分辨率提高；進一步的，倍增層采用深埋技術(shù)置于襯底之上，能減小器件邊緣擊穿的可能性。
[0023]在所述探測器中，優(yōu)選采用Ina78Gaa22Asa47Pa53材料作為漸變層，其能帶寬度為
1.0eV，作為Ina53Gaa47As材料和Ina52Ala48As材料的中間層，有利于減小器件響應(yīng)時間。
[0024]在所述探測器中，優(yōu)選采用η型重摻雜Ina53Gaa47As作為電荷層，其能夠調(diào)節(jié)器件內(nèi)部的電場分布和強度，提升器件速度和響應(yīng)度。
[0025]在所述探測器中，優(yōu)選采用本征Ina53Gaa47As作為光吸收層，而采用1?mAs。.47Ρ。.μ做為 In a52AI。.4sAs 和 Ina53Gaa47As 材料之間的漸變層。
[0026]在所述探測器中，P型Ina53Gaa47As接觸層優(yōu)選由Zn在本征吸收層擴散形成，這種掩埋pn結(jié)可以省略工藝可靠性不高的表面鈍化，以減小暗電流并滿足可重復(fù)性要求。
[0027]又及，In。.S3Gaa47AsUna52Ala^AsUna78Gaa22Asa47Pa53材料都與 InP襯底晶格匹配，能夠減少外延層內(nèi)部的缺陷，獲得高晶體質(zhì)量的器件。
[0028]進一步的，在所述探測器中，優(yōu)選采用ITO作為電流擴展層覆蓋于入射面表面，可以提高器件的電流收集效率。
[0029]進一步的，在所述探測器中，優(yōu)選采用與ITO接觸的金屬電極可以使用Ni/Au來制作。
[0030]進一步的，在所述探測器中，P型Ina53Gaa47As擴散層和重摻雜η型InP襯底均系作為接觸層。
[0031]進一步的，所述探測器的結(jié)構(gòu)為平面型。
[0032]本發(fā)明的所述紅外探測器具有高工作速度、分辨率和響應(yīng)度等特點。
[0033]本發(fā)明的另一個方面還提供了一種制備所述基于ITO電流擴展層的InGaAs雪崩紅外探測器的方法，其包括:
在襯底正面依次生長緩沖層、倍增層、漸變層、電荷層和吸收層，其中