Detektor-Epitaxie-Wafer
Verbindungen der Gruppe III-V, insbesondere Galliumarsenid (GaAs), Indiumphosphid (InP) usw. sind Materialien mit direkter Bandlücke. Die Oberkante des Valenzbandes und die Unterkante des Leitungsbandes befinden sich an der gleichen Stelle im k-Raum des Wellenvektors. Die Rekombination von Elektronen und Löchern muss keinen Impuls austauschen, sodass eine hohe interne Quanteneffizienz vorliegt. Sowohl GaAs als auch InP können zur Herstellung von Detektoren verwendet werden. Die InP-basierten Epitaxiewafer für PIN-Detektoren und Avalanche-Detektoren (APD) werden hauptsächlich durch die MOCVD hergestellt. Im Allgemeinen dieEpi-Wachstumswaferenthält keine hochkonzentrierte p-Typ-Dotierung. Für Hersteller von Detektor-Epitaxialwafern ist die Zn-Diffusion ein übliches Mittel, um die ohmsche InP- oder InGaAs-Kontaktschicht vom p-Typ herzustellen, die für die Vorrichtungsherstellung erforderlich ist.
1. Spezifikation des InGaAs-Detektor-Epitaxie-Wafers
InP Mobilität >4000cm2/ (V·s) @ RT, UID < 2E15cm-3;
InGaAs-Mobilität >10000 cm2/ (V·s) @ RT, UID < 1E 15 cm-3;
Ungleichmäßigkeit der Dicke <±1%;
Ungleichmäßigkeit der Zusammensetzung (In 0,53 Ga 0,47 As) < ± 1,5 %;
Die Dichte des Oberflächendefekts (Größe >2um) <10/cm2;
Ungleichmäßigkeit der Dotierung < ± 1 % E18
2. Vergleich für Detektor-Epitaxie-Wafer zwischen APD und PIN
InGaAs-Wafer-Epitaxie wird verwendet, um viele Detektoren herzustellen, wie z. B. InGaAs-PIN-Detektoren, InGaAs-APD-Detektoren, InGaAs-Schottky-Detektoren und Quantenmuldendetektoren usw.
Im Allgemeinen eignet sich APD auf einem InP-Epi-Wafer für Langstreckenübertragungen und Hochgeschwindigkeitskommunikationssysteme, die eine hohe Empfangsempfindlichkeit erfordern. Während PIN auf der Basis von InGaAs/InP-Epitaxialwafern für Systeme mit mittlerer und kurzer Entfernung sowie mit mittlerer und niedriger Geschwindigkeit geeignet ist, werden insbesondere PIN/FET-Komponenten weit verbreitet verwendet.
Daher sind hochempfindliche Detektionsmaterialien, wie zIII-V-Epitaxialwafervon InGaAs/InP, sind geeigneter für die Verwendung als im 1310-1550-nm-Band der Infrarotkommunikation. Die auf einem InGaAs/InP-Materialsystem hergestellte APD hat eine höhere Quanteneffizienz und ein geringeres Dunkelstromrauschen.
3. Vorteile des Detektors basierend auf InGaAs-Epitaxialwafern
InGaAs hat eine höhere Elektronenmobilität und eine geringere Gitterfehlanpassung und kann bei Raumtemperatur und nahe Raumtemperatur arbeiten. Der InGaAs-Wafer-Epitaxieprozess ist ausgereifter, und sein Antwortband kann auch auf sichtbares Licht ausgedehnt werden. Daher hat der aus InGaAs-Epitaxiehalbleiter hergestellte Detektor nicht nur die hervorragenden Eigenschaften von guten IV-Eigenschaften, niedrigem Dunkelstrom, niedriger Blindelementrate und hoher Empfindlichkeit, sondern auch die Eigenschaften von höherer Betriebstemperatur, niedrigem Stromverbrauch der Komponenten und geringem Gewicht , und lange Lebensdauer.
4. Herausforderungen für den Ausbau von Nahinfrarot-InGaAs-Detektoren
Herkömmliche InGaAs-Epitaxialfilmwafer vom PIN-Typ umfassen ein InP-Substrat, eine InGaAs-Absorberschicht und eine InP-Deckschicht.
Die Bandlücke von InP beträgt 1,35 eV und die entsprechende Grenzwellenlänge beträgt 920 nm. Die Bandlücke von In0,53Ga0,47As beträgt 0,75 eV und die entsprechende Grenzwellenlänge beträgt 1700 nm. Aufgrund der Absorption der InP-Deckschicht oder des Substrats des Epitaxiewafers beträgt der Erfassungsbereich des herkömmlichen InGaAs-Detektors 0,9–1,7 m. Für den InGaAs-Flächen-Array-Detektor wird der von hinten beleuchtete Arbeitsmodus angenommen. Um die Ansprechwellenlänge des Detektors auf sichtbares Licht zu erweitern, muss daher das InP-Substrat während der Vorrichtungsherstellung verdünnt oder entfernt werden.
Daher ist es zunächst notwendig, ein geeignetes Verfahren zum Entfernen des InP-Substrats zu finden, um sicherzustellen, dass die Chipoberfläche nach dem Dünnen gleichmäßig ist und die Schäden und Spannungen, die an der Vorrichtung verursacht werden, gering sind.
Bestimmen Sie zweitens die Dicke von InP, die im Epitaxie-Wafer-Herstellungsprozess verdünnt werden muss, und untersuchen Sie die Durchlässigkeit der InP-Schicht auf dem Epitaxie-Wafer in den kurzwelligen Infrarot- und sichtbaren Lichtbändern.
Drittens ist InP mit In0,53Ga0,47As gitterangepasst. Um die Leistung des gedünnten Bauelements sicherzustellen, muss eine bestimmte Dicke der InP-Schicht als Oberflächenpassivierungsschicht reserviert werden. Die Prozesseigenschaften von InGaAs bestimmen auch, dass die InP-Schicht erforderlich ist, um einen gemeinsamen Kathodenkontakt bereitzustellen. Dies stellt weitere Anforderungen an Epitaxie-Wafer-Lieferanten an das Dünnungsverfahren.
Viertens bleibt beim Prozess des Dünnens des Bodens des InP-Substrats die Dicke des Epitaxialwafer-Wachstumschips nur wenige Mikrometer übrig, was sehr leicht zu brechen ist und nicht mehr strukturiert werden kann, und der Prozessablauf des Detektors angepasst werden muss.
Fünftens muss nach dem Dünnen des Vorrichtungssubstrats unter Berücksichtigung der Zunahme des Oberflächenlecks und der Erhöhung des Dunkelstroms der Vorrichtung eine Oberflächenpassivierung in Betracht gezogen werden. Um die Quanteneffizienz der Vorrichtung zu verbessern, ist eine Antireflexionsbeschichtung erforderlich, und der Einfluss des Aufwachsens der Antireflexionsbeschichtung auf die Quanteneffizienz in den sichtbaren und nahen Infrarotbändern muss berücksichtigt werden.
Schließlich wurde im Prozess der Erweiterung auf das Sichtbare die Struktur des Detektor-Epitaxie-Wafers geändert, um die Quanteneffizienz des sichtbaren Bands zu verbessern und gleichzeitig die gute Leistung des Detektors im kurzwelligen Infrarotband sicherzustellen.
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