一种提高铟镓砷红外探测器响应率的方法及相应探测器

摘要

本发明提供一种提高铟镓砷红外探测器响应率的方法及相应探测器，该方法首先通过数值模拟分别得到铟镓砷红外探测器件在不同情况下，其响应率随吸收层厚度变化的一系列曲线，然后通过数据拟合得到铟镓砷红外探测器件响应率取最大值时吸收层厚度的经验公式，进而根据拟合结果设计并制作铟镓砷红外探测器。该方法的优点在于，可以针对不同工艺条件生长的铟镓砷材料提取出相应的最佳吸收层厚度，由此设计的探测器件响应率将具有最大值，从而避免为了提高器件响应率而进行反复试片。本发明对于改善器件性能和优化器件设计都有着十分重要的意义。

主权项

一种提高铟镓砷红外探测器响应率的方法，其特征在于，包括如下步骤：1)构建InP/InGaAs/InP红外探测器件的结构模型；2)通过数值模拟构建红外探测器件的物理模型；3)模拟中短波红外辐射从背面垂直照射到器件上，将吸收层厚度设为变量，绘制响应率随吸收层厚度变化的曲线，定义响应率取最大值时的吸收层厚度为最佳吸收层厚度；4)固定空穴寿命及其迁移率，改变入射波长，重复步骤3)，分别得到不同入射波长对应的器件响应率随吸收层厚度变化的一系列曲线；5)固定入射波长，改变空穴寿命及其迁移率，重复步骤3)，分别得到不同空穴寿命及其迁移率对应的器件响应率随吸收层厚度变化的一系列曲线；6)根据步骤4)中被固定的空穴寿命及其迁移率，计算相应的空穴扩散长度之值V_LD，然后在步骤4)所得的一系列曲线中，提取当空穴扩散长度固定为V_LD时的最佳吸收层厚度T^*_abs与入射波长的关系，进而得到T^*_abs随吸收长度L_a变化的曲线，通过拟合该曲线得到公式T^*_abs(L_a)；7)在步骤5)所得的一系列曲线中，提取当入射波长固定为V_λ时的最佳吸收层厚度T⁺_abs与空穴寿命及其迁移率的关系，进而得到T⁺_abs与空穴扩散长度L_dh的关系；8)将步骤7)中所得的T⁺_abs在L_dh＝V_LD点做整体归一化处理后定义为乘法因子M_F，然后通过拟合M_F随空穴扩散长度L_dh变化的曲线得到公式M_F(L_dh)；9)将步骤6)中所得公式T^*_abs(L_a)与步骤8)中所得公式M_F(L_dh)相乘，得到最佳吸收层厚度的经验公式：$T_{\mathrm{abs}}(L_a,L_{\mathrm{dh}})=(0.762+1.354L_{\mathrm{dh}})\exp (-0.5682-\frac{0.0332}{L_a-0.4088});$10)制备测试样品，在InP半绝缘衬底上依次生长N型的InP缓冲层和I型的InGaAs吸收层，并测试样品吸收层的吸收长度L_a及空穴扩散长度L_dh；11)根据步骤9)中所得的经验公式T_abs(L_a,L_dh)及步骤10)中所测的L_a与L_dh之值，计算得到样品材料的最佳吸收层厚度；12)采用与步骤10)中测试样品相同的工艺条件在InP半绝缘衬底上依次生长N型的InP缓冲层、I型的InGaAs吸收层和P型的InP帽层，其中吸收层的厚度设计为步骤11)中所得的最佳吸收层厚度，然后经过刻蚀、钝化、开孔及电极制作等工艺完成器件制作。