專利名稱：雙色銦鎵砷紅外探測器及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)，主要是一種在襯底上生長光導(dǎo)材料和PIN結(jié)構(gòu)的雙色銦鎵砷(InGaAs)紅外探測器紅外探測器。
本發(fā)明還涉及所述紅外探測器的制備方法。
本發(fā)明還涉及所述紅外探測器的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
紅外探測器技術(shù)得到迅速發(fā)展，但是大多數(shù)紅外探測器需要在低溫工作才能獲得較高性能，如碲鎘汞、熱電釋、鍺硅、鋁鎵砷/鎵砷、鉑硅等都要求在低溫下使用，由于需要致冷使得紅外系統(tǒng)體積大、笨重、價格昂貴和不利于使用，影響了它們的廣泛應(yīng)用，因此致冷是紅外探測器獲得廣泛應(yīng)用的主要障礙。近十幾年來，人們對室溫工作的紅外探測器展開了大量深入的研究，如今非致冷已經(jīng)成為紅外探測領(lǐng)域的研究的熱點之一。目前，紅外探測技術(shù)存在的主要缺點是(1)需要制造冷卻系統(tǒng)，保證紅外探測器正常工作；(2)整個紅外探測系統(tǒng)體積和重量大；(3)探測系統(tǒng)的功耗高；(4)性能價格比低，而且使用極為不方便；(5)一種器件只能夠探測一個波長信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種雙色銦鎵砷(InGaAs)紅外探測器，該探測器使用時不需要制造冷卻系統(tǒng)，一個器件可探測兩個波長信息。
本發(fā)明的目的還在于提供所述雙色銦鎵砷(InGaAs)紅外探測器的制備方法。
本發(fā)明的目的還在于提供所述雙色I(xiàn)nGaAs紅外探測器的應(yīng)用。
本發(fā)明的雙色I(xiàn)nGaAs紅外探測器結(jié)構(gòu)如下在銦磷((InP)襯底上依次生長有InxGa1-xAs材料的適合探測3-5μm紅外線波的光導(dǎo)層、絕緣層，適合探測1-3μm紅外線波的PIN結(jié)構(gòu)的InGaAs材料層。
本發(fā)明所述的雙色銦鎵砷(InGaAs)紅外探測器的制備方法是用金屬有機氣相淀積(MOCVD)技術(shù)在InP襯底上生長InGaAs材料，制備一種對1-3μm、3-5μm兩個波段同時探測的紅外外延片，再利用該外延片制造兩個波段的紅外探測器。
具體地，本發(fā)明雙色銦鎵砷(InGaAs)紅外探測器的制備方法，包括如下步驟(1)利用以InP材料為襯底，保證在襯底上生長材料的晶格匹配。
(2)在低阻N型InP襯底上生長InP緩沖層，有利于多層材料生長的均勻性。
(3)在緩沖層上生長InxGa1-xAs組分梯度層，減少InP襯底層與光導(dǎo)材料層之間的晶格失配帶來的位錯缺陷。
(4)在組分梯度層上生長3～5μm波段的非故意摻雜InxGa1-xAs光導(dǎo)材料層。
(5)再次生長InxGa1-xAs組分梯度層，減少光導(dǎo)材料層與PIN結(jié)構(gòu)層晶格失配帶來的位錯缺陷。
(6)生長絕緣層，使得3～5μm波段外延層與1～3μm波段外延層之間獨立。
(7)然后再生長1～3μm波段的InGaAsPIN結(jié)構(gòu)層。
(8)最后生長高摻雜的P+電極-GaAs層作為電極層；得到InGaAs外延片；(9)利用半導(dǎo)體平面工藝鍍膜、光刻等技術(shù)制備電極，最后將InGaAs外延片劃片成小芯片，焊接電極就制造成紅外探測器。
制造成的紅外探測芯片在通過半導(dǎo)體平面工藝技術(shù)制作在半導(dǎo)體基板上，形成一種由四個傳感器組成，可以測量四個方向紅外信號的器件，其中，每個探測方向由傾斜安裝的光學(xué)透鏡和一個芯片為一個測量傳感器，當(dāng)紅外信號被器件探測時，測量組輸出比較強信號為主方向，其余依據(jù)信號強弱來判斷信號的方向，器件特別適合測量動態(tài)的紅外信號。
本發(fā)明在一個襯底上生長雙結(jié)構(gòu)的雙色I(xiàn)nGaAs紅外探測器，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(1)非致冷紅外探測器；(2)工作于室溫；(3)體積小、重量輕；(4)器件的功耗低；(5)高性能價格比，而且使用方便；(6)同時探測和處理兩個波段的光譜信息和空間信息；(7)提高了紅外系統(tǒng)抗干擾和對假目標(biāo)的識別能力。


圖1是本發(fā)明的雙色I(xiàn)nGaAs紅外探測器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是用本發(fā)明的方法制備圖1所示的紅外探測器過程中形成的紅外外延片層結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是用圖1的紅外探測器制備得到的多方向測量紅外信號器件結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
采用本發(fā)明的方法制備雙色I(xiàn)nGaAs紅外探測器在InP襯底上用外延的方法形成InP緩沖層、InxGa1-xAs組分梯度層、InxGa1-xAs光導(dǎo)材料層等結(jié)構(gòu)；繼續(xù)生長絕緣層，之后用外延的方法形成N型-InGaAs層、I型-InGaAs層、P型-InGaAs層、P+電極-GaAs層等結(jié)構(gòu)。得到圖2所示的紅外外延片層。
在利用外延方法生長外延片完成后，再利用半導(dǎo)體平面工藝技術(shù)，利用光刻和化學(xué)腐蝕的方法，刻蝕N-型層表面，再利用光刻的方法形成N型層歐姆接觸電極圖形，利用蒸發(fā)方法蒸鍍N型層歐姆接觸電極，同理可以制作P型層歐姆接觸電極，即完成第一波段器件的制作過程。利用相同的方法可以制作第二波段的N型、P型層歐姆接觸電極。得到圖1所示的本發(fā)明的雙色I(xiàn)nGaAs紅外探測器。
如何制備圖3的器件，100μm×100μm，得到圖3所示的多方向測量紅外信號器件，圖中，1是第一方向的紅外探測芯片，2是第一個方向透鏡，1和2組成第一組測量傳感器，3是第二組測量傳感器，4是第三方向測量傳感器，5是紅外信號，6是第四方向測量傳感器，7是半導(dǎo)體基板。其結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體基板尺寸為15mm×15mm，四個紅外探測芯片尺寸為0.2μm×0.2μm～3mm×3mm之間，相互放置為正方形，對角兩個之間距離為5mm，透鏡尺寸為ф5mm，每個透鏡往邊緣方向傾斜60°，每個方向的透鏡與紅外探測芯片組成傳感器，由四個傳感器構(gòu)成紅外探測器件。
權(quán)利要求
1.一種雙色銦鎵砷(InGaAs)紅外探測器，其特征在于在銦磷((InP)襯底上依次生長有InxGa1-xAs材料的適合探測3-5μm紅外線波的光導(dǎo)層、絕緣層，適合探測1-3μm紅外線波的PIN結(jié)構(gòu)的InGaAs材料層。
2.權(quán)利要求1所述的紅外探測器的制備方法，其特征在于用金屬有機氣相淀積技術(shù)在InP襯底上生長InGaAs材料，制備一種對1-3μm、3-5μm兩個波段同時探測的紅外外延片，再用該外延片制造兩個波段的紅外探測器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于包括如下步驟(1)在低阻N型InP襯底上生長InP緩沖層；(3)在緩沖層上生長InxGa1-xAs組分梯度層；(4)在組分梯度層上生長3～5μm波段的非故意摻雜InxGa1-xAs光導(dǎo)材料層；(5)再次生長InxGa1-xAs組分梯度層；(6)生長絕緣層；(7)然后再生長1～3μm波段的InGaAsPIN結(jié)構(gòu)層；(8)最后生長高摻雜的P+電極-GaAs層作為電極層，得到InGaAs外延片；(9)用半導(dǎo)體平面工藝鍍膜、光刻技術(shù)制備電極，將InGaAs外延片劃片成小芯片，焊接電極，得到紅外探測器。
4.權(quán)利要求1所述的紅外探測器在制備多方向測量紅外信號器件中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種雙色銦鎵砷(InGaAs)紅外探測器，是在銦磷((InP)襯底上依次生長有In
文檔編號H01L31/18GK1848460SQ20061003428
公開日2006年10月18日 申請日期2006年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月15日
發(fā)明者孫慧卿, 范廣涵, 郭志友 申請人:華南師范大學(xué)