検出器エピタキシーウェーハ
III-V族化合物、特にガリウムヒ素（GaAs）、リン化インジウム（InP）などは、直接バンドギャップ材料です。 価電子帯の上部と伝導帯の下部は、波数ベクトルk空間の同じ位置にあります。 電子と正孔の再結合は運動量を交換する必要がないため、高い内部量子効率が得られます。 GaAsとInPの両方を使用して検出器を製造できます。 PIN検出器およびアバランシェ検出器（APD）用のInPベースのエピタキシーウェーハは、主にMOCVDによって作成されます。 一般的に、エピ成長ウェーハ高濃度のp型ドーピングは含まれていません。 検出器エピタキシャルウェーハメーカーにとって、Zn拡散は、デバイス製造に必要なp型InPまたはInGaAsオーミックコンタクト層を作成するための一般的な手段です。
1.InGaAs検出器エピタキシーウェーハの仕様
InPモビリティ>4000cm2/（V・s）@ RT、UID <2E15cm-3;
InGaAs移動度>10000cm2/（V・s）@ RT、UID <1E 15 cm-3;
厚さの不均一性<±1％;
組成の不均一性（0.53Ga 0.47As）<±1.5％;
表面欠陥の密度（サイズ> 2um）<10 / cm2;
ドーピングの不均一性<±1％E18
2.APDとPIN間の検出器エピタキシーウェーハの比較
InGaAsウェーハエピタキシーは、InGaAs PIN検出器、InGaAs APD検出器、InGaAsショットキー検出器、量子井戸検出器など、多くの検出器の製造に使用されます。
一般的に、InPエピウェーハ上のAPDは、高い受信感度を必要とする長距離伝送および高速通信システムに適しています。 一方、InGaAs / InPエピタキシャルウェーハに基づくPINは、中距離および短距離および中低速システムに適しており、特にPIN/FETコンポーネントが広く使用されています。
したがって、次のような高感度検出材料III-VエピタキシャルウェーハInGaAs / InPは、赤外線通信の1310〜1550nm帯域のように使用するのに適しています。 InGaAs / InP材料システムで生成されたAPDは、量子効率が高く、暗電流ノイズが低くなっています。
3.InGaAsエピタキシャルウェーハに基づく検出器の利点
InGaAsは、電子移動度が高く、格子不整合が低く、室温および室温近くで動作します。 InGaAsウェーハエピタキシープロセスはより成熟しており、その応答帯域は可視光にも拡張できます。 そのため、InGaAsエピタキシー半導体製の検出器は、良好なIV特性、低暗電流、低ブラインド素子率、高感度という優れた特性を備えているだけでなく、動作温度が高く、部品消費電力が少なく、軽量であるという特性も備えています。 、そして長寿命。
4.近赤外InGaAs検出器の拡張への挑戦
従来のPIN型InGaAsエピタキシャル膜ウェーハには、InP基板、InGaAs吸収体層、InPキャップ層があります。
InPのバンドギャップは1.35eVで、対応するカットオフ波長は920nmです。 In0.53Ga0.47Asのバンドギャップは0.75eVであり、対応するカットオフ波長は1700nmです。 InPキャップ層またはエピタキシーウェーハの基板の吸収により、従来のInGaAs検出器の検出範囲は0.9〜1.7mです。 InGaAsエリアアレイ検出器には、裏面照射型動作モードを採用しています。 したがって、検出器の応答波長を可視光に拡張するには、デバイスの製造中にInP基板を薄くするか除去する必要があります。
したがって、まず、InP基板を除去する適切な方法を見つけて、薄くした後のチップ表面が均一であり、デバイスに生じる損傷と応力が小さいことを確認する必要があります。
次に、エピウェーハ製造プロセスで薄くする必要があるInPの厚さを決定し、短波長の赤外および可視光帯域でエピタキシーウェーハ上のInP層の透過率を調べます。
第三に、InPはIn0.53Ga0.47Asと格子整合しています。 薄くしたデバイスの性能を確保するために、表面パッシベーション層として一定の厚さのInP層を確保する必要があります。 InGaAsのプロセス特性は、共通のカソード接点を提供するためにInP層が必要であることも決定します。 これにより、エピタキシャルウェーハサプライヤに薄化方法に関するさらなる要件が提示されます。
第四に、InP基板の底を薄くするプロセスでは、エピタキシャルウェーハ成長チップの厚さは残りわずか数マイクロメートルであり、これは非常に壊れやすく、もはやパターン化できません。また、検出器のプロセスフロー調整する必要があります。
第五に、デバイス基板を薄くした後、表面リークの増加とデバイスの暗電流の増加を考慮して、表面パッシベーションを考慮する必要があります。 デバイスの量子効率を改善するには、反射防止コーティングが必要であり、反射防止コーティングの成長が可視および近赤外帯域の量子効率に与える影響を考慮する必要があります。
最後に、可視領域に拡張する過程で、検出器エピタキシーウェーハの構造を変更して、短波赤外帯域での検出器の良好な性能を確保しながら、可視帯域の量子効率を改善しました。
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