波长延伸(1.7~2.7μm)InGaAs高速光电探测器的研制

　　0 引 言

　　短波红外波段(1~3 μm)的光电探测器及其阵列在空间红外遥感、特种夜视、光谱测量、温度传感及气体测量等方面都有重要应用[1-3]。除此之外，在激光探测方面也需要此波段的光电探测器，特别是具有较高响应速度的器件。例如：用于风场探测的激光多普勒雷达，为达到较好的探测效果常选用2 μm 左右的红外波段并采用输出功率较大的脉冲固体激光器。再如：用于测距和目标识别的激光设备为达到对人眼安全的要求也希望激光器的波长延伸到2 μm 左右。在这些应用中激光脉冲的宽度较窄，且为达到足够的空间分辨率都要求光电探测器有足够的响应速度，一般带宽要求达到100 MHz 以上，对应的响应时间在ns 量级，且对探测器的灵敏度也有很高要求。在此波段上三元系的InGaAs 是性能优良的的制作光

　　电探测器的材料。对于InGaAs，由于其具有很好的材料稳定性及良好的抗辐照性能，且有更成熟的材料生长和器件工艺技术可利用，因此可以期望探测器具有更佳表现，特别是在高速及室温工作和强辐照等环境下。采用与InP 晶格匹配的In0.53Ga0.47As 材料制作的探测器其截止波长约为1.7 μm，它们在光通信等领域已得到广泛应用，并充分证明了其优异性能。

　　为使InGaAs 探测器的截止波长向长波方向拓展，即制作所谓波长延伸的InGaAs 探测器，需要增加InGaAs 中In 的组分从而使材料的禁带宽度相应减小。例如，要将InxGa1-xAs 探测器的截止波长从1.7 μm 扩展至2.4 μm, 就需要使In 的组分x 从0.53 增加至约0.8，这会使InGaAs 和InP 衬底间有约+1.85%这样大的晶格失配。在此情况下为保证良好的材料质量从而防止探测器性能劣化，就必须引入合适的缓冲层结构。用氢化物气相外延(HVPE)[1,4-6]或金属有机物气相外延(MOVPE)[7-9]方法制作的具有不同缓冲层及有源结构的波长扩展InGaAs 探测器已有一些报道，对其性能也进行了充分评估，但采用分子束外延方法制作这样的探测器仍是一个挑战[10-13]。与HVPE 和MOVPE 方法相比，MBE 具有更好的控制精度和在线控制手段，并也已经发展成为适合规模生产的方法。报道了采用气态源分子束外延(GSMBE)方法研制的波长延伸InGaAs/InP 光伏探测器，并对其性能进行了细致的表征，其室温下的截止波长已可覆盖 1.7~2.7 μm 范围。

　　1 实 验

　　研制不同截止波长的InGaAs 探测器所用外延材料是在VG Semicon V80H 气态源分子束外延(GSMBE)系统上生长的，生长中采用Ga 和In 作为III 族源，其束流由炉温控制;采用在约1 000 °C下高温裂解的砷烷和磷烷作为V 族源，其束流由压力控制;Be 和Si 作为p 型和n 型掺杂剂。