專利名稱：紅外探測器的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于光探測器領域，具體地說是一種半導體光伏型紅外探測器。
目前，在半導體光伏型紅外探測器領域使用的主要材料有鎵銦砷GaInAs、鎵銦砷磷GaInAsP、碲鎘汞HgCdTe、鉛鹽化合物及含銻化合物等半導體材料。在制作這類紅外探測器時，往往采用摻雜技術生長p區或n區，形成P-N或P-I-N結構。探測光-在器件中產生光生載流子，通過擴散和在外電場作用下漂移，并在外電場中形成電流，實現紅外光的探測。由于器件制作中采用摻雜技術，雜質的存在在材料中形成缺陷，增加了光生載流子的復合幾率，從而降低了紅外探測器的性能。
在采用鎵銦砷碲GaInAsSb材料制作紅外探測器時，由于當材料組分富碲化鎵GaSb時是P型，而當組分富砷化銦InAs時是N型。這就有可能拋掉摻雜技術制成P-N或P-I-N結，制成GaInAsSb材料的紅外探測器。
本實用新型的目的是通過在材料生長過程中控制材料組分生長出不摻雜的P-N結構，然后利用常規半導體器件工藝技術制成p+-p--n--n+結構的紅外探測器。
本實用新型紅外探測器的結構主要特征是采用GaSb作襯底，GaInAsSb為主要半導體材料，在p+型富GaSb的襯底(2)上，采用薄膜外延技術嚴格控制組分生長一層p-型富GaSb的GaInAsSb(3)，然后生長一層n-型富InAs的GaInAsSb層(4)，在(4)上再生長一層n+型富InAs的GaInAsSb層(5)，在(2)和(5)層的外面用真空鍍膜技術分別制成歐姆接觸的探測光入射的p-面電極(1)和n-面電極(6)；也可以在n+型GaSb襯底上，依次生長n-型富InAs的GaInAsSb層，p-型富GaSb的GaInAsSb層，op+型富GaSb的GaInAsSb層，作歐姆接觸的u面電極和探測光入射的p-面電極。
本設計紅外探測器各外延層結構的參數如下p+(100)富GaSb襯底空穴濃度1018~1019cm-3p-富GaSb GaInAsSb層空穴濃度1015~1017cm-3n-富InAs GaInAsSb層電子濃度1015~1017cm-3n+富InAs GaInAsSb層電子濃度1018~1019cm-3
利用MOCVD方法生長探測器的外延材料和參數外延生長溫度570~620℃輸入源材料摩爾比TMGa/TMIn=4~5TMSb/AsH3=3~5生長富GaSb的GaInAsSb層(TMGa/TMIn)/(TMSb/AsH3)-0.7~0.8生長富InAsSb的GaInAsSb層TMGa/TMIn=0.2~0.4TMSb/AsH3=0.2~0.4(TMGa/TMIn)/(TMSb/AsH3)=0.7~0.8上述TMGa為三甲基鎵、TMIn為三甲基銦、TMSb為三甲基銻、AsH3為砷烷。
圖1為以p+型富GaSb襯底上形成的GaInAsSb紅外探測器的結構示意圖，也是摘要附圖；圖中1．p面電極，探測光入射層2．p+型富GaSb襯底3．p-型富GaSb-GaInAsSb層4．n-型富InAs的GaInAsSb層5．n+型富InAs的GaInAsSb層6．n面電極本設計結構的紅外探測器可用在1.8μ-5μ區域的紅外探測，具有帶寬靈敏度高等優點。
根據本實用新型結構制作的紅外探測器，由于采用不摻雜的方法生長P-N結構，避免在結區引入的雜質導致的缺陷及缺陷對光生載流子的復合，可以有效地提高探測器的探測率和靈敏度。
實施例利用金屬有機化學氣相淀積(MOCVD)技術，生長出圖示結構的外延片，再利用常規半導體器件工藝制成紅外探測器。
選用P型摻碲Te(100)GaSb拋光襯底，空穴濃度在7×1018cm-3，用常規化學清洗，腐蝕后裝入MOCVD生長系統中，在外延生長中使用的源材料為三甲基鎵(TMGa)、三甲基銦(TMIn)、三甲基銻(TMSb)、和砷烷(AsH3)。外延生長襯底溫度為600℃，調整輸入源材料的比例，如TMGa/TMIn=4.5、TMSb/AsH3=4、(TMGa/TMIn)/(TMSb/AsH3)=0.77，在p+型富GaSb襯底上生長出不摻雜的p-型富GaSb的GaInAsSb外延層空穴濃度為7×1016cm-3，然后再調整輸入源材料比例，如TMGa/TMIn=0.3、TMSb/AsH3=0.3、(TMGa/TMIn)/(TMSb/AsH3)=0.77，生長出不摻雜的n-型富InAs的GaAsSb外延層電子濃度在5×1016cm-3，在其上生長摻錫Sn的n+型富InAs的GaAsSb外延層電子濃度在7×1018cm-3。
在外延層生長完成后，用真空蒸發技術在P+GaSb襯底面和n+富InAs的GaInAsSb外延層面分別淀積鉻/金Cr/Au和金-鍺-鎳Au-Ge-Ni薄膜，合金化合后形成歐姆接觸，再利用常規光刻和封裝工藝制成紅外探測器。
權利要求1.一種紅外探測器，采用碲化鎵GaSb作為襯底，鎵銦砷銻GaInAsSb作為主要材料，其特征是在p+型富GaSb的襯底(2)上，有一層采用薄膜外延技術嚴格控制組分生長的p-型富GaSb的GaInAsSb(3)，(3)的上面是采用相同技術生長的n-型富In/As的GaInAsSb層(4)，(4)的上面是一層富n+型InAs的GaInAsSb層(5)，在(2)層和(5)層的外面分別是用真空鍍膜技術制成歐姆接觸的探測光入射的p面電極(1)和n面電極(6)。
專利摘要一種紅外探測器,屬于光探測器領域。本實用新型通過在材料生長過程中控制材料組分,生長出不摻雜的P－N結構,然后利用常規半導體器件工藝制成p
文檔編號G01N21/00GK2348378SQ9821207
公開日1999年11月10日 申請日期1998年3月31日 優先權日1998年3月31日
發明者寧永強, 周天明, 張寶林, 蔣紅, 金億鑫 申請人:中國科學院長春物理研究所