CN100414721C - 双色铟镓砷红外探测器及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种双色铟镓砷(InGaAs)红外探测器，是在铟磷((InP)衬底上依次生长有InXGa1-XAs材料的适合探测3-5μm红外线波的光导层、绝缘层，适合探测1-3μm红外线波的PIN结构的InGaAs材料层。所述的红外探测器的制备方法是用金属有机气相淀积技术在InP衬底上生长InGaAs材料，制备一种对1-3μm、3-5μm两个波段同时探测的红外外延片，再用该外延片制造两个波段的红外探测器。该红外探测器可以用于制备多方向测量红外信号器件。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术，主要是一种在衬底上生长光导材料和PIN结构的双色铟镓砷(InGaAs)红外探测器红外探测器。
本发明还涉及所述红外探测器的制备方法。
本发明还涉及所述红外探测器的应用。
技术背景
红外探测器技术得到迅速发展，但是大多数红外探测器需要在低温工作才能获得较高性能，如：碲镉汞、热电释、锗硅、铝镓砷/镓砷、铂硅等都要求在低温下使用，由于需要致冷使得红外系统体积大、笨重、价格昂贵和不利于使用，影响了它们的广泛应用，因此致冷是红外探测器获得广泛应用的主要障碍。近十几年来，人们对室温工作的红外探测器展开了大量深入的研究，如今非致冷已经成为红外探测领域的研究的热点之一。目前，红外探测技术存在的主要缺点是：(1)需要制造冷却系统，保证红外探测器正常工作；(2)整个红外探测系统体积和重量大；(3)探测系统的功耗高；(4)性能价格比低，而且使用极为不方便；(5)一种器件只能够探测一个波长信息。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的缺陷，提供一种双色铟镓砷(InGaAs)红外探测器，该探测器使用时不需要制造冷却系统，一个器件可探测两个波长信息。
本发明的目的还在于提供所述双色铟镓砷(InGaAs)红外探测器的制备方法。
本发明的目的还在于提供所述双色InGaAs红外探测器的应用。
本发明的双色InGaAs红外探测器结构如下：在铟磷((InP)衬底上依次生长有InXGa1-XAs材料的适合探测3-5μm红外线波的光导层、绝缘层，适合探测1-3μm红外线波的PIN结构的InGaAs材料层。
本发明所述的双色铟镓砷(InGaAs)红外探测器的制备方法是用金属有机气相淀积(MOCVD)技术在InP衬底上生长InGaAs材料，制备一种对1-3μm、3-5μm两个波段同时探测的红外外延片，再利用该外延片制造两个波段的红外探测器。
具体地，本发明双色铟镓砷(InGaAs)红外探测器的制备方法，包括如下步骤：
(1)利用以InP材料为衬底，保证在衬底上生长材料的晶格匹配。
(2)在低阻N型InP衬底上生长InP缓冲层，有利于多层材料生长的均匀性。
(3)在缓冲层上生长InxGa1-xAs组分梯度层，减少InP衬底层与光导材料层之间的晶格失配带来的位错缺陷。
(4)在组分梯度层上生长3～5μm波段的非故意掺杂InxGa1-xAs光导材料层。
(5)再次生长InxGa1-xAs组分梯度层，减少光导材料层与PIN结构层晶格失配带来的位错缺陷。
(6)生长绝缘层，使得3～5μm波段外延层与1～3μm波段外延层之间独立。
(7)然后再生长1～3μm波段的InGaAsPIN结构层。
(8)最后生长高掺杂的P+电极-GaAs层作为电极层；得到InGaAs外延片；
(9)利用半导体平面工艺镀膜、光刻等技术制备电极，最后将InGaAs外延片划片成小芯片，焊接电极就制造成红外探测器。
制造成的红外探测芯片在通过半导体平面工艺技术制作在半导体基板上，形成一种由四个传感器组成，可以测量四个方向红外信号的器件，其中，每个探测方向由倾斜安装的光学透镜和一个芯片为一个测量传感器，当红外信号被器件探测时，测量组输出比较强信号为主方向，其余依据信号强弱来判断信号的方向，器件特别适合测量动态的红外信号。
本发明在一个衬底上生长双结构的双色InGaAs红外探测器，与现有技术相比，具有如下优点：(1)非致冷红外探测器；(2)工作于室温；(3)体积小、重量轻；(4)器件的功耗低；(5)高性能价格比，而且使用方便；(6)同时探测和处理两个波段的光谱信息和空间信息；(7)提高了红外系统抗干扰和对假目标的识别能力。
附图说明
图1是本发明的双色InGaAs红外探测器结构示意图；
图2是用本发明的方法制备图1所示的红外探测器过程中形成的红外外延片层结构示意图；
图3是用图1的红外探测器制备得到的多方向测量红外信号器件结构示意图。
具体实施方式
采用本发明的方法制备双色InGaAs红外探测器：在InP衬底上用外延的方法形成InP缓冲层、InXGa1-XAs组分梯度层、InXGa1-XAs光导材料层等结构；继续生长绝缘层，之后用外延的方法形成N型-InGaAs层、I型-InGaAs层、P型-InGaAs层、P+电极-GaAs层等结构。得到图2所示的红外外延片层。
在利用外延方法生长外延片完成后，再利用半导体平面工艺技术，利用光刻和化学腐蚀的方法，刻蚀N-型层表面，再利用光刻的方法形成N型层欧姆接触电极图形，利用蒸发方法蒸镀N型层欧姆接触电极，同理可以制作P型层欧姆接触电极，即完成第一波段器件的制作过程。利用相同的方法可以制作第二波段的N型、P型层欧姆接触电极。得到图1所示的本发明的双色InGaAs红外探测器。
如何制备图3的器件，100μm×100μm，
得到图3所示的多方向测量红外信号器件，图中，1是第一方向的红外探测芯片，2是第一个方向透镜，1和2组成第一组测量传感器，3是第二组测量传感器，4是第三方向测量传感器，5是红外信号，6是第四方向测量传感器，7是半导体基板。其结构半导体基板尺寸为15mm×15mm，四个红外探测芯片尺寸为0.2μm×0.2μm～3mm×3mm之间，相互放置为正方形，对角两个之间距离为5mm，透镜尺寸为φ5mm，每个透镜往边缘方向倾斜60°，每个方向的透镜与红外探测芯片组成传感器，由四个传感器构成红外探测器件。
Claims (4)
1. 一种双色铟镓砷红外探测器，其特征在于在铟磷衬底上依次生长有InXGa1-XAs材料的适合探测3-5μm红外线波的光导层、绝缘层，适合探测1-3μm红外线波的PIN结构的InGaAs材料层。
2. 权利要求1所述的红外探测器的制备方法，其特征在于用金属有机气相淀积技术在InP衬底上生长InGaAs材料，制备一种对1-3μm、3-5μm两个波段同时探测的红外外延片，再用该外延片制造两个波段的红外探测器。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)在低阻N型InP衬底上生长InP缓冲层；
(2)在缓冲层上生长InXGa1-XAs组分梯度层；
(3)在组分梯度层上生长3-5μm波段的非故意掺杂InXGa1-XAs光导材料层；
(4)再次生长InXGa1-XAs组分梯度层；
(5)生长绝缘层；
(6)然后再生长1-3μm波段的InGaAsPIN结构层；
(7)最后生长高掺杂的P+型GaAs层作为电极层，得到InGaAs外延片；
(8)用半导体平面工艺镀膜、光刻技术制备电极，将InGaAs外延片划片成小芯片，焊接电极，得到红外探测器。
4. 权利要求1所述的红外探测器在制备多方向测量红外信号器件中的应用。
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