一种用于低温甲烷探测的光电探测器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于低温甲烷探测的光电探测器及其制备方法，本发明专利技术通过引入一层或多层InAsP异变缓冲层，将InP的晶格常数进行扩展，在InAsP异变缓冲层的顶部形成一种“虚拟衬底”，从而可以在其上进行高质量的高In组分的InGaAs吸收层的生长，提高了低温探测时的截止波长。波长。波长。

【技术实现步骤摘要】
一种用于低温甲烷探测的光电探测器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及光电探测器
，具体来说涉及一种用于低温甲烷探测的光电探测器及其制备方法。

技术介绍

[0002]相比于传统的电化学法，利用激光光谱法(TDLS)进行甲烷探测可以大幅度降低系统的成本。甲烷对于1654nm的激光具有较强的吸收，因此，用于甲烷探测的光电探测器需要在宽温度区间内对于1654nm的激光具有较强的响应度。传统的InGaAs PIN探测器的In组分为53％，InGaAs吸收层和InP衬底晶格匹配。这样有助于降低吸收层的位错，从而降低器件的暗电流。传统InGaAs PIN探测器的室温截止波长约为1700nm。探测器的截止波长随着温度的降低而降低，在低温(
‑
40℃)下，其截止波长降低到1650nm，从而对1654nm激光的吸收大幅度降低。
[0003]因此，需要对传统的InGaAs PIN光电探测器进行改进，从而保证其在宽温度区间(
‑
40
‑
85℃)内对1654nm的光线都具有较强的响应度。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术方案的不足，本专利技术的目的在于提供一种用于低温甲烷探测的光电探测器的制备方法。
[0005]本专利技术的另一目的在于提供上述制备方法制备的用于低温甲烷探测的光电探测器。
[0006]本专利技术的目的是通过下述技术方案予以实现的。
[0007]一种用于低温甲烷探测的光电探测器的制备方法，包括以下步骤：/>[0008]步骤一：利用MOCVD或者MBE的沉积方式在N型InP衬底上依次生长N型InP缓冲层、N型InAsP异变缓冲层、非故意掺杂InGaAs吸收层和非故意掺杂InAsP盖层；
[0009]步骤二：利用PECVD的淀积方式在非故意掺杂InAsP盖层的上表面沉积SiN薄膜；
[0010]步骤三：利用光刻胶在SiN薄膜的表面形成Zn扩散窗口图形，利用刻蚀的方法去除Zn扩散窗口图形上的SiN薄膜，使下方的所述非故意掺杂InAsP盖层暴露出来，刻蚀完成后去除光刻胶，形成Zn扩散窗口；
[0011]步骤四：利用MOCVD或者炉管法在所述Zn扩散窗口区域进行Zn扩散，形成P型Zn扩散区域，被Zn扩散的区域包括非故意掺杂InAsP盖层和非故意掺杂InGaAs吸收层；
[0012]步骤五：利用PECVD的淀积方式在所有裸露在外的上表面沉积SiN减反膜；
[0013]步骤六：利用光刻胶在所述P型Zn扩散区域上方的SiN薄膜上形成VIA孔洞图形，利用刻蚀的方法去除VIA孔洞图形上的SiN薄膜，得到VIA孔洞，使得下方的P型Zn扩散区域暴露出来，刻蚀完成后去除光刻胶，在P型Zn扩散区域上表面形成金属接触孔洞；
[0014]步骤七：利用光刻胶在所述VIA孔洞的上方形成P金属图形，利用电子束蒸发或者磁控溅射蒸镀金属并进行金属剥离，退火，得到P金属电极，P金属电极和P型Zn扩散区域的
上表面接触为欧姆接触；
[0015]步骤八：在所述在N型InP衬底的背面进行减薄和抛光；
[0016]步骤九：利用电子束蒸镀或者磁控溅射的方法在所述N型InP衬底的背面制备N金属电极，并退火形成欧姆接触。
[0017]在上述技术方案中，在步骤一中，N型InP缓冲层的厚度为0.5～2μm，掺杂浓度为1
×
10
17
/cm3～2
×
10
18
/cm3。
[0018]在上述技术方案中，在步骤一中，N型InAsP异变缓冲层为一层或多层，其层数大于等于1小于等于10，其底部的晶格常数与N型InP缓冲层相同，顶部的晶格常数与非故意掺杂InGaAs吸收层相同，自下而上，其As组分逐渐增加，P组分逐渐降低，最下层InAsP异变缓冲层和InP衬底之间的晶格失配不高于0.5％，其上，每2层InAsP异变缓冲层之间的晶格失配不高于0.25％，每层的厚度为0.1～2μm。
[0019]在上述技术方案中，在步骤一中，所述非故意掺杂InGaAs吸收层中In组分大于53％，其室温荧光(PL)波长大于等于1710nm，其室温截止波长大于1740nm，且在
‑
40℃下对于1654nm光线的响应度不低于0.5A/W，所述非故意掺杂InGaAs吸收层的晶格常数与N型InAsP异变缓冲层最上层的晶格常数匹配，非故意掺杂InGaAs吸收层的厚度为1～5μm。
[0020]在上述技术方案中，在步骤一中，非故意掺杂InAsP盖层的晶格常数与非故意掺杂InGaAs吸收层匹配，非故意掺杂InAsP盖层的厚度为0.5～5μm，非故意掺杂InAsP盖层用于后续Zn扩散工艺形成有源区域，并提供高带隙的窗口层，降低表面复合电流，降低探测器整体的暗电流。
[0021]在上述技术方案中，在步骤二中，所述SiN薄膜的厚度为100～500nm。
[0022]在上述技术方案中，在步骤三中，Zn扩散窗口为圆形或者方形，其直径或边长均为10～5000μm。
[0023]在上述技术方案中，在步骤四中，P型Zn扩散区域自上而下依次从非故意掺杂InAsP盖层的上表面到非故意掺杂InGaAs吸收层内，其中，在非故意掺杂InGaAs吸收层的厚度为0.1～0.5μm。
[0024]在上述技术方案中，在步骤五中，SiN减反膜对于1654nm波长光线的反射率大于等于70％。
[0025]在上述技术方案中，步骤八中，减薄、抛光后所述半绝缘InP衬底的厚度为50～200μm。
[0026]上述制备方法获得的用于低温甲烷探测的光电探测器。
[0027]本专利技术的优点和有益效果为：
[0028]1.本专利技术的目的在于提供一种用于低温甲烷探测的1654nm加强型InGaAs PIN光电探测器及其制备方法。本专利技术通过引入一层或多层InAsP异变缓冲层，将InP的晶格常数进行扩展，在InAsP异变缓冲层的顶部形成一种“虚拟衬底”，从而可以在其上进行高质量的高In组分的InGaAs吸收层的生长，提高了低温探测时的截止波长。
[0029]2.本专利技术的探测器的非故意掺杂InGaAs吸收层中In组分大于53％，其室温荧光(PL)波长大于等于1710nm。保证其室温截止波长大于1740nm，并保证在
‑
40℃下对于1654nm光线的响应度不低于0.5A/W，提高了探测器在低温情况下的响应度。
[0030]3.非故意掺杂InAsP盖层的作用是用于后续Zn扩散工艺形成有源区域，并提供高
带隙的窗口层，从而降低表面复合电流，降低器件整体的暗电流。非故意掺杂InAsP盖层的晶格常数与非故意掺杂InGaAs吸收层匹配。
[0031]4.本专利技术的探测器的非故意掺杂InGaAs吸收层中In组分大于53％，因此InGaAs吸收层材料与InP衬底晶格不匹配。如果在InP衬底上直接生长In组分高于53％的InGaAs材料，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于低温甲烷探测的光电探测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：利用MOCVD或者MBE的沉积方式在N型InP衬底上依次生长N型InP缓冲层、N型InAsP异变缓冲层、非故意掺杂InGaAs吸收层和非故意掺杂InAsP盖层；步骤二：利用PECVD的淀积方式在非故意掺杂InAsP盖层的上表面沉积SiN薄膜；步骤三：利用光刻胶在SiN薄膜的表面形成Zn扩散窗口图形，利用刻蚀的方法去除Zn扩散窗口图形上的SiN薄膜，使下方的所述非故意掺杂InAsP盖层暴露出来，刻蚀完成后去除光刻胶，形成Zn扩散窗口；步骤四：利用MOCVD或者炉管法在所述Zn扩散窗口区域进行Zn扩散，形成P型Zn扩散区域，被Zn扩散的区域包括非故意掺杂InAsP盖层和非故意掺杂InGaAs吸收层；步骤五：利用PECVD的淀积方式在所有裸露在外的上表面沉积SiN减反膜；步骤六：利用光刻胶在所述P型Zn扩散区域上方的SiN薄膜上形成VIA孔洞图形，利用刻蚀的方法去除VIA孔洞图形上的SiN薄膜，得到VIA孔洞，使得下方的P型Zn扩散区域暴露出来，刻蚀完成后去除光刻胶，在P型Zn扩散区域上表面形成金属接触孔洞；步骤七：利用光刻胶在所述VIA孔洞的上方形成P金属图形，利用电子束蒸发或者磁控溅射蒸镀金属并进行金属剥离，退火，得到P金属电极，P金属电极和P型Zn扩散区域的上表面接触为欧姆接触；步骤八：在所述在N型InP衬底的背面进行减薄和抛光；步骤九：利用电子束蒸镀或者磁控溅射的方法在所述N型InP衬底的背面制备N金属电极，并退火形成欧姆接触。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤一中，所述N型InP缓冲层的厚度为0.5～2μm，掺杂浓度为1
×
10
17
/cm3～2
×
10
18
/cm3；所述N型InAsP异变缓冲层为一层或多层，其层数大于等于1小于等于10，其底部的晶格常数与N型InP缓冲层相同，顶部的晶格常数...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱岩，杨志茂，
申请(专利权)人：江苏拓微光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：