结构。
[0032]下面详细介绍本实施例在硅衬底上直接生长InGaAs红外探测器的制造方法，其可以包括如下步骤:
采用分子束外延方法(MBE)按照远离Si衬底的方向在Si衬底第一过渡层，第二过渡层，InP缓冲层、下掺杂层、吸收层、上掺杂层。
[0033]第一过渡层:在P型带偏角的Si衬底上生长GaP作为第一过渡层。可以采用的生长方法有增强原子迁移外延(MEE)和MBE相结合的方法。首先用低温MEE生长1~30个原子层的GaP成核层消除孪晶和堆叠层错，生长温度为300~500°C。然后用MBE方法生长更厚的GaP，掩埋晶格失配产生的反相畴和失配位错，生长温度为450~600°C。第一过渡层的厚度为50nm~l μ m。或者先用MBE方法生长1~10ML的GaP以消除Ga原子可能造成的背腐蚀。在其他实施中，本领域技术人员可知，上述外延层的生长还可以金属有机气相外延(M0CVD)，先生长一层Si缓冲层，再在缓冲层上生长GaP过渡层。上述外延层的生长还可以在生长过程退火，以优化材料质量。
[0034]第二过渡层:在第一过渡层上生长多层Ga1-JnxP作为第二过渡层，O ( x彡I。为了实现所述第一过渡层晶格匹配地过渡至InP缓冲层，所述X含量按照远离第一过渡层的方向呈台阶式增加，增加的速率为3?40%。
[0035]例如，请参阅图2所示，本实施的第二过渡层包括24层Ga1-JnxP，从第一层Ga0 96In0 Q4P开始，按照远离第一过渡层的方向，往上生长一层Ga1-JnxP,每生长一层y增加0.04，如此y按照同样的增幅增加23次，最终完成InP的生长。令最后的x=l，此时的Ga1-JnxP与InP晶格匹配。
[0036]在Ga1-JnxP上面再生长一层InP缓冲层，完成第二过渡层的制作。其中，每一层过渡层的厚度为50~300nm。生长温度为450~550°C，V/III为30~90。
[0037]在其他实施例当中，第二过渡层还可以采用线性增加的方式实现，即在一组分渐变过渡层实现组分从GaP到InP的过渡。
[0038]InP缓冲层的生长:在完成第二过渡层的生长后，在其上生长一层InP缓冲层，厚度为100nm~lym。用来阻挡第二过渡层的位错和帮助释放残余应力，
下掺杂层的生长:在InP缓冲层上生长N+-1nP下掺杂。掺杂浓度为I X 118 ~1 X 119/cm3,厚度为 100 nm ~500nm,生长速率是 0.5~1.5ml/s。
[0039]吸收层的生长:吸收层采用不掺杂的InGaAs，厚度是800nm~2000nm，生长速率是0.5—1.5ml/s。
[0040]上掺杂层的生长:在吸收层上生长P+-1nP上掺杂层，掺杂浓度是5X1018/cm3~3 X 119 /cm3,厚度为100nm~500nm。上掺杂层与吸收层和下掺杂层构成PIN结构。
[0041]用干法刻蚀方法在生长完的结构上刻蚀出N+-1nP下掺杂，N+-1nP台面上通过电子束蒸发的方法制备Ni/AuGe/Ni/AuN型电极；通过磁控溅射方法在上掺杂层P+-1nP台面上制备P型Pd/Zn/Pd/Au电极，最后利用光学镀膜法在探测器表面制备Ti02/Si0#|透膜，以减小样品表面的反射率提高光子的利用率，最终形成Si衬底上直接生长的InGaAs红外探测器，其在使用过程中散热性能好，器件性能稳定。
[0042]当然，在其他实施例中，Si衬底上直接生长的InGaAs红外探测器也可以为如Si衬底上直接生长包括InGaAs/InGaAsP双色红外探测器或者其他量子阱或量子点红外探测器。
[0043]本发明不仅利用了 Si衬底热导性好在高功率器件中的优势，还避免了复杂的键合制备工艺以及键合过程中由热应力引起的界面缺陷和界面电阻，同时利用了 Si衬底有利于与硅基电子电路大面积集成和成本低等优点。
[0044]应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于Si衬底的InGaAs红外探测器,其特征在于包括直接生长在Si衬底的外延结构层以及与所述外延结构层连接的P型、N型电极，所述外延结构层包括在Si衬底上依次生长的过渡层、缓冲层、下掺杂层、吸收层和上掺杂层。
2.根据权利要求1所述基于Si衬底的InGaAs红外探测器，其特征在于所述过渡层的材质选自Ga1-JnxP, O彡x彡1，并且沿逐渐远离Si衬底的方向，x的取值呈线性或台阶式增加。
3.根据权利要求2所述基于Si衬底的InGaAs红外探测器，其特征在于所述过渡层包括在Si衬底上依次生长的第一过渡层和第二过渡层，所述第一过渡层的材质为GaP，所述第二过渡层的材质选自Ga1-JnxP，其中在第二过渡层与第一过渡层、缓冲层的交界处X分别为 0、1。
4.根据权利要求2所述基于Si衬底的InGaAs红外探测器，其特征在于所述第一过渡层厚度不大于1.5 μ m,所述第二过渡层的厚度不大于3 μ m。
5.根据权利要求1或2所述基于Si衬底的InGaAs红外探测器，其特征在于所述缓冲层的材质包括InP。
6.根据权利要求1所述基于Si衬底的InGaAs红外探测器，其特征在于所述吸收层的材质包括不掺杂的InGaAs材料。
7.根据权利要求1所述基于Si衬底的InGaAs红外探测器，其特征在于所述下掺杂层、上掺杂层的材质包括掺杂类型分别为N+、P+的InP材料。
8.根据权利要求1或7所述基于Si衬底的InGaAs红外探测器，其特征在于所述下掺杂层、吸收层及上掺杂层组合形成PIN光电探测器结构。
9.根据权利要求1-4、6-7中任一项所述基于Si衬底的InGaAs红外探测器，其特征在于所述红外探测器表面还设有抗反膜或增透膜。
10.权利要求1-9中任一项所述基于Si衬底的InGaAs红外探测器的制备方法，其特征在于包括:在Si衬底上直接依次生长过渡层、缓冲层、下掺杂层、吸收层和上掺杂层，从而形成外延层；以及，对所述外延层进行台面刻蚀，并制备N型、P型电极，形成所述红外探测器。
【专利摘要】本发明公开了一种基于Si衬底的InGaAs红外探测器及其制备方法。该红外探测器包括直接生长在Si衬底的外延结构层以及与所述外延结构层连接的P型、N型电极，所述外延结构层包括在Si衬底上依次生长的过渡层、缓冲层、下掺杂层、吸收层和上掺杂层。该制备方法包括：在Si衬底上直接依次生长外延层；以及对所述外延层进行台面刻蚀，并制备N型、P型电极，形成所述红外探测器。藉由本发明的设计，不仅可最大程度的发挥Si衬底热导性好在高功率器件中的优势及充分利用Si衬底易于与硅基电子电路大面积集成和成本低等优点，还可避免复杂键合工艺以及在键合过程中由热应力引起的界面缺陷和界面电阻。
【IPC分类】H01L31-101, H01L31-18, H01L31-0304
【公开号】CN104617166
【申请号】CN201510031344
【发明人】代盼, 陆书龙, 吴渊渊, 谭明, 季莲, 其他发明人请求不公开姓名
【申请人】苏州苏纳光电有限公司
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年1月22日