基于不同In0.53Ga0.47As/InP异质结构的P-I-N红外光电二极管的特性*
1. 概述
在过去的二十年里，人们对InxGa1–xAs化合物的兴趣稳步增长，其中光敏性范围取决于X的摩尔分数。x=53的成分与InP晶格匹配，带隙为0.74eV，灵敏度范围为0.9-1.7μm。通常这些材料的基础工程是p-i-n二极管。在n+-或p+-型InP衬底上生长InGaAs异质结构（层的顺序、厚度和掺杂）具有多样化。这里需要注意的是i-InGaAs吸附层的厚度（从1到5μm）和杂质浓度（从1×1014到5×1017cm-3）。p-i-n光电二极管技术需要特殊的方法来形成p+-InP的欧姆接触。
本工作的目的是开发一种基于结构不同的InGaAs/InP异质结构的p-i-n光电二极管技术，并比较它们的电学和光学特性。
2. 样品制备
本研究使用MOCVD技术生长的InGaAs/InP异质外延材料（来自中芯晶研）制备p-i-n光电二极管。在Drone 3装置上通过X射线衍射法研究了结构的晶格质量。结果表明，主衍射峰具有百分之几度的窄宽度，这表明生长层的结构是完美的。然而，x值与所需值略有不同（+0.4%和-1.3%）。这表明晶格参数存在一定的失配，但不会影响材料的能带结构。
图1 p-i-n光电二极管的截面示意图：a）p+-InP/InGaAs/n+-InP（I型）；b） 在半绝缘衬底上的p++-InGaAs/p+-InGaAs/InGaAs/n+-InP（II型）
使用剥离光刻法。选择了金属Ge/Au/Ni/Au（13/27/10/200nm）和与p+层-Ti/Pt/Au（20/30/150nm）的组成，以形成与n+层的欧姆接触。为了简化这项技术，开发了一种快速退火机制，可以在一个过程中形成两种类型的触点。同时，保持了金属表面的光滑形态。在不同的InGaAs和InP蚀刻剂中，通过液体选择性蚀刻进行了台阶（Mesa）蚀刻。
对I型和II型p-i-n二极管的I-V特性进行表征，并在MDR-2单色仪上使用TKS-5（850-3000 nm）滤光器测量的两种类型的p-i-n二极管的光敏光谱。
图2 p-i-n二极管的I-V特性：（a）I型结构（b）II型结构
图3 I型p-i-n二极管在300K和77K下的光敏光谱（相对单位）
图4 II型p-i-n二极管的光敏光谱（相对单位）：a）在不同温度下；b） 在不同的光照条件下
3. 结论
本研究开发一种基于InGaAs/InP异质结构的p-i-n光电二极管的技术，获得I型和II型两种类型结构的二极管的比较特性和光敏光谱特性的新数据，并提出一种改进的接触层由р++-InGaAs和p+-InP组成的异质结构。
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