CN110224045B - 一种柔性InGaAs探测器的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种柔性InGaAs探测器的制备方法：在InP衬底上覆盖单层石墨烯，然后再生长InGaAs探测器结构材料和制备InGaAs探测器结构，最后将InGaAs探测器结构与InP衬底剥离。本发明可以方便地进行高质量InP和InGaAs外延层的生长；在器件制备工艺过程中保留了衬底，为器件工艺操作带来很大的方便；利用单层石墨烯的特性可以方便地采用热释放胶带与衬底剥离，从而实现柔性InGaAs探测器的制备。本发明还可以推广到其他柔性III‑V族半导体器件的制备中，具有很好的通用性。
Description
技术领域
本发明属于半导体光电子器件领域，特别涉及一种柔性InGaAs探测器的制备方法。
背景技术
近红外波段有许多重要的应用。例如，石英光纤在1.31微米和1.55微米分别处于低损耗和低色散窗口，这两个波长的激光器和探测器广泛地应用于长波光纤通信中。InGaAs探测器由于其良好的性能从而在光纤通信***中广泛应用，在当前的信息时代中发挥着其重要作用。光通信用探测器的研究主要侧重器件的响应速度，因此人们在对传统的PIN型结构优化的基础上，相应的发展出了如波导型PIN探测器、MSM结构、APD、WG-APD、RCE-PIN及RCE-APD等结构。此外InGaAs探测器在量子通信、激光雷达、红外遥感、气体检测、夜视观察等多个领域也具有广泛的应用。
随着智慧检测、智能传感、大数据收集、智慧医疗等需求的迫切增长，众多的领域需要可穿戴柔性红外探测器。基于此应用目标，人们开发了多种材料制备而成的柔性红外探测器，例如采用有机材料、量子点材料、碳纤维材料等。由不同材料制备而成的柔性探测器在探测率、灵敏度等器件性能和可弯曲性、延展性等方面各有优缺点。基于传统III-V族半导体材料制备而成的红外探测器具有探测率高、灵敏度高等优点，但是III-V族半导体材料难以直接在柔性衬底上制备，需要在半导体衬底上制备完成后转移到柔性衬底上。这对制备的技术提出了很高的要求，使得制备难度大为增加。
一般常用的方法是采用腐蚀截止层的方法，在衬底与器件层之间***一层腐蚀截止层，后续利用湿法腐蚀将衬底腐蚀掉，并在腐蚀截止层处截止。另外一种方法是在衬底和器件层之间生长一层AlAs牺牲层材料，利用氢氟酸选择腐蚀掉AlAs牺牲层后将器件结构与衬底脱开。但是，对于柔性InGaAs探测器而言，第一种方法中衬底的腐蚀耗时耗力也不经济环保，而且需要在衬底腐蚀过程中保护住器件结构中的InP不被腐蚀；第二种方法中由于AlAs与InP和InGaAs材料极大的晶格失配从而在外延层中产生很多位错，大大影响材料和器件的质量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种柔性InGaAs探测器的制备方法，所述的探测器结构为InP成核层上依次InP下接触层、InGaAs吸收层和InP上接触层，InP上接触层和下接触层具有接触电极，侧面包覆钝化膜。透过InP衬底上的单层石墨烯，利用InP衬底的势场可以生长高质量InP和InGaAs外延层；在器件制备工艺过程中衬底与器件结构未脱离，方便器件工艺操作；同时由于石墨烯隔绝了两侧材料的化学键，可以方便地进行剥离，实现柔性InGaAs探测器的制备。具体包括如下步骤：
(1)在InP衬底上覆盖单层石墨烯；
(2)采用分子束外延方法低温生长InP成核层；
(3)衬底升温至生长温度，依次生长InP下接触层、InGaAs吸收层、InP上接触层；
(4)利用器件制备工艺制备探测器结构；
(5)采用热释放胶带将探测器结构从衬底剥离，完成柔性InGaAs探测器的制备。
步骤(2)所述的低温生长InP成核层的生长温度为300-350℃，厚度为50-200nm。
步骤(3)所述的生长温度对于InP下接触层和InP上接触层为450-500℃，对于InGaAs吸收层为500-550℃。
有益效果
本发明透过InP衬底上的单层石墨烯生长InGaAs探测器结构材料，利用InP衬底的势场穿透作用可以方便地进行高质量InP和InGaAs外延层的生长；在器件制备工艺过程中，衬底与InGaAs探测器器件结构保留在一起，为器件工艺操作带来很大的方便；由于石墨烯隔绝了两侧材料的化学键，可以方便地采用热释放胶带进行剥离，实现柔性InGaAs探测器的制备。本发明还可以推广到其他柔性III-V族半导体器件的制备中，具有很好的通用性。
附图说明
图1是本发明的柔性InGaAs探测器的制备方法流程图；
图2是本发明的柔性InGaAs探测器外延材料结构图；
图3是本发明的柔性InGaAs探测器在利用器件工艺制备后的器件结构示意图；
图4是本发明的柔性InGaAs探测器最终的器件结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
本实施例1举例说明本发明的一种柔性InGaAs探测器制备方法，具体步骤如下：
(1)在InP衬底上转移上单层石墨烯材料；
(2)采用分子束外延方法低温生长不掺杂的InP成核层，生长温度300℃，生长速率300nm/h，生长厚度50nm；
(3)将衬底升温至450℃，生长1μm厚硅掺杂n型InP下接触层，掺杂浓度2×1018cm-3，生长速率1μm/h；然后升温至500℃，生长2μm厚非掺杂InGaAs吸收层，生长速率1μm/h；降温至450℃，生长0.6μm厚铍掺杂p型InP上接触层，掺杂浓度2×1018cm-3；
(4)采用光刻和刻蚀获得台面型探测器结构，利用感应耦合等离子体-化学气相沉积方法生长氮化硅钝化膜，利用电子束蒸发上下接触电极，制备出探测器器件结构。
(5)采用热释放胶带将探测器结构从衬底剥离，从而完成柔性InGaAs探测器的制备。
实施例2
本实施例2举例说明本发明的一种柔性InGaAs探测器制备方法，具体步骤如下：
(1)在InP衬底上通过外延覆盖上单层石墨烯材料；
(2)采用分子束外延方法低温生长不掺杂InP成核层，生长温度320℃，生长速率200nm/h，生长厚度80nm；
(3)将衬底升温至480℃，生长0.5μm厚铍掺杂p型InP下接触层，掺杂浓度3×1018cm-3，生长速率0.9μm/h；然后升温至520℃，生长2.5μm厚非掺杂InGaAs吸收层，生长速率1.1μm/h；降温至480℃，生长0.5μm厚硅掺杂n型InP上接触层，掺杂浓度3×1018cm-3；
(4)采用光刻和刻蚀获得台面型探测器结构，利用感应耦合等离子体-化学气相沉积方法生长氮化硅钝化膜，利用电子束蒸发上下接触电极，制备出探测器器件结构。
(5)采用热释放胶带将探测器结构从衬底剥离，从而完成柔性InGaAs探测器的制备。
实施例3
本实施例3举例说明本发明的一种柔性InGaAs探测器制备方法，具体步骤如下：
(1)在InP衬底上转移上单层石墨烯材料；
(2)采用分子束外延方法低温生长不掺杂InP成核层，生长温度350℃，生长速率400nm/h，生长厚度200nm；
(3)将衬底升温至500℃，生长0.8μm厚硅掺杂n型InP下接触层，掺杂浓度2×1018cm-3，生长速率0.8μm/h；然后升温至550℃，生长2.5μm厚硅轻掺杂n型InGaAs吸收层，掺杂浓度1×1016cm-3，生长速率1μm/h；降温至500℃，生长0.5μm厚铍掺杂p型InP上接触层，掺杂浓度3×1018cm-3；
(4)采用光刻和刻蚀获得台面型探测器结构，利用感应耦合等离子体-化学气相沉积方法生长氮化硅钝化膜，利用电子束蒸发上下接触电极，制备出探测器器件结构。
(5)采用热释放胶带将探测器结构从衬底剥离，从而完成柔性InGaAs探测器的制备。
Claims (1)
1.一种柔性InGaAs探测器的制备方法，所述的探测器结构为InP成核层上依次InP下接触层、InGaAs吸收层和InP上接触层，InP上接触层和下接触层具有接触电极，侧面包覆钝化膜，其特征在于包括以下步骤：
(1)在InP衬底上覆盖单层石墨烯；
(2)采用分子束外延方法低温生长InP成核层；低温生长InP成核层的生长温度为300-350℃，厚度为50-200nm；
(3)衬底升温至生长温度，依次生长InP下接触层、InGaAs吸收层、InP上接触层；生长温度对于InP下接触层和InP上接触层为450-500℃，对于InGaAs吸收层为500-550℃；
(4)利用器件制备工艺制备探测器结构；
(5)采用热释放胶带将探测器结构从衬底剥离，完成柔性InGaAs探测器的制备。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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