專利名稱：一種平面結(jié)構(gòu)銦鎵砷陣列紅外探測器的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及的光電探測器技術(shù)，具體是指一種平面結(jié)構(gòu)銦鎵砷陣列紅外探 測器。
背景技術(shù)：
目前PIN銦鎵砷探測器主要分為平面型和臺面型兩類。臺面型銦鎵砷探測 器是將外延材料中的P-InP/InGaAs刻蝕成一個臺面，這樣從根本上將相鄰光敏 面隔離，這種結(jié)構(gòu)的探測器具有制備工藝簡單、相鄰光敏面之間串音低、光敏 面易定義等優(yōu)點，但是臺面探測器暴露的側(cè)面給器件的鈍化帶來很大的困難， 會使器件的可靠性降低、噪聲增大，這在很大程度上限制了器件探測率的提高。 而作為銦鎵砷探測器的主流結(jié)構(gòu)，平面型銦鎵砷探測器具有暗電流小、探測率 高、壽命長等優(yōu)點，非常適用于航空遙感領域。但它也具有一些不可避免的缺 點光敏面擴大造成光敏面定義困難，相鄰光敏面之間串音較大等，這些都限 制了銦鎵砷探測器性能的提高。目前，通用的方法是采用小擴散孔擴散以控制 光敏面的擴大現(xiàn)象，采用環(huán)形電極對光敏面進行定義，引入保護環(huán)以減小器件 串音，但是這些方法一般都單獨使用，并不能從根本上解決平面型器件的缺點。 另外，對于平面結(jié)構(gòu)延伸波長銦鎵砷陣列器件來說，由于材料的晶格失配使得 相鄰光敏面P電極間存在很大的漏電流，現(xiàn)有的平面結(jié)構(gòu)并不能解決這個問 題。
發(fā)明內(nèi)容
基于上述已有器件結(jié)構(gòu)上存在的問題，本發(fā)明提出一種基于小擴散孔、環(huán) 形遮蓋電極、淺隔離槽及保護環(huán)設計的新型平面結(jié)構(gòu)銦鎵砷陣列紅外探測器。 本發(fā)明的新型平面結(jié)構(gòu)銦鎵砷陣列紅外探測器，在N-InP/I-InGaAs/N-InP型外延片上通過常規(guī)Ar+刻蝕及濕法腐蝕工藝在陣列光敏面周圍形成淺隔離 槽。通過閉管擴散形成光敏面的PN結(jié)區(qū)，同時在淺隔離槽區(qū)形成與淺隔離槽 一體的保護環(huán)，擴散時采用小擴散孔擴散，即，擴散孔尺寸比光敏面設計尺寸 小7-10nm，從而給開擴散孔時對擴散掩膜的側(cè)向鉆蝕、閉管擴散時摻雜元素 的橫向擴散以及PN結(jié)對側(cè)面光生載流子的側(cè)向收集效應留有余量。在光敏面 的局部生長單層Au用作P電極。通過加厚Cr/Au形成保護環(huán)電極、光敏面的 延伸電極及環(huán)形遮蓋電極，其中環(huán)形遮蓋電極用作對光敏面進行定義，其內(nèi)環(huán) 尺寸與光敏面設計尺寸一致。芯片背面進行拋光去除損傷層，并生長Au用作 N電極。除P、 N電極區(qū)外，整個外延片采用S02層作為鈍化層。 本發(fā)明的優(yōu)點是-
1. 淺隔離槽與保護環(huán)的一體化結(jié)構(gòu)設計可以有效地抑制相鄰光敏面之間 的串音，在一定程度上減小光敏面擴大現(xiàn)象，再輔以小擴散孔及環(huán)形遮蓋電極 能進一步抑制光敏面擴大現(xiàn)象并對光敏面進行精確定義；
2. 對于平面型延伸波長銦鎵砷陣列器件，由于材料的晶格失配使得相鄰 光敏面P電極間存在很大的漏電流，淺隔離槽的引入可以很好的解決這個問 題。
3. 由于淺隔離槽與保護環(huán)距離器件光敏面較遠，對于單個光敏面來說， 其側(cè)面仍然有用于側(cè)面保護的PN結(jié)而不用考慮側(cè)面鈍化問題，而淺隔離槽與 保護環(huán)又實現(xiàn)了對相鄰光敏面的有效隔離。
圖l為外延片的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為銦鎵砷陣列探測器一個單元的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3為銦鎵砷陣列探測器的俯視圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步的詳細說明-
見圖l，本實施例所用的外延片為用MOCVD技術(shù)在厚度為600^im，載流 子濃度3xl018cm—3的N-InP襯底1上依次生長厚度為1,的N型InP層2，載 流子濃度2xl018cnf3;厚度為2.5pm的Ino.53Gao.47As本征吸收層3，載流子濃 度5xl016011、厚度為lpm的N型InP帽層4，載流子濃度5xl0 m—3。 本實施例的器件制備過程如下
1. 依次用三氯甲垸、乙醚、丙酮、乙醇超聲清洗外延片，每次大于2分 鐘，然后氮氣吹干；
2. 生長Si02擴散掩膜5;
3. 淺隔離槽的制備
正膠光刻，HF酸腐蝕液室溫腐蝕Si02層，露出隔離槽區(qū)域，Ar+離子刻 蝕掉InP層，部分刻蝕InGaAs層，酒石酸溶液選擇性腐蝕溶液腐蝕去InGaAs 刻蝕損傷層，根據(jù)InGaAs層厚度確定腐蝕時間，保證刻蝕加腐蝕深度為2pm 左右，然后去離子水沖洗，氮氣吹干；丙酮浮膠，乙醇清洗，氮氣吹干，形成 淺隔離槽6;
4. 與淺隔離槽一體的保護環(huán)結(jié)構(gòu)的制備
正膠光刻，形成擴散孔區(qū)域，擴散孔尺寸比光敏面設計尺寸小10，， HF 酸腐蝕液室溫腐蝕Si02層打開擴散孔7，丙酮浮膠，乙醇清洗，氮氣吹干；將 外延片與摻雜源Zri3P2—起密封在高真空石英管中，樣品在53(TC溫度下擴散 10分鐘形成PN結(jié)區(qū)8，同時在淺隔離槽位置擴散形成保護環(huán)6，這樣與淺隔 離槽一體的保護環(huán)結(jié)構(gòu)制作完畢；
5. 打開石英管取出外延片，去離子水沖洗，然后氮氣吹干；6. 正膠光刻，電子束蒸發(fā)單層Au用作P接觸電極9，丙酮浮膠，乙醇 清洗，氮氣吹干；
7. 磁控濺射方式生長Si02層用作P電極退火阻擋層，并兼做器件表面鈍 化層及增透膜。快速熱退火形成歐姆接觸；
8. 正膠光刻，HF酸腐蝕液室溫腐蝕Si02層打開P電極孔，同時將保護 環(huán)電極孔打開，丙酮浮膠，乙醇清洗，氮氣吹干；
9. 正膠光刻，離子束濺射Cr/Au用作保護環(huán)電極10，并對光敏面的P電 極加厚形成延伸電極，同時形成光敏面的環(huán)形遮蓋電極ll，丙酮浮膠，乙醇清 洗，氮氣吹干；
10. 外延片正面甩厚膠保護，背面拋光，并蒸發(fā)單層Au用作N電極層
12;
11. 丙酮浮膠，乙醇清洗，氮氣吹干，平面器件制作完畢，如圖2所示， 其俯視圖如圖3所示。
權(quán)利要求
1.一種平面結(jié)構(gòu)InGaAs陣列紅外探測器芯片，探測器芯片結(jié)構(gòu)為在N-InP襯底(1)上依次生長N型InP緩沖層(2)、In0.53Ga0.47As本征吸收層(3)、N型InP帽層(4)和SiO2擴散掩膜(5)及SiO2鈍化層，采用小擴散孔(7)擴散，通過摻雜源Zn3P2在530℃溫度下擴散形成PN結(jié)區(qū)(8)，在PN結(jié)區(qū)(8)電子束蒸發(fā)單層Au用作P接觸電極(9)，在SiO2鈍化層上生長環(huán)形遮蓋電極(11)，襯底(1)拋光的背面蒸發(fā)單層Au用作N電極層(12)，其特征在于所述的探測器芯片在各個光敏面之間還有一個淺隔離槽與保護環(huán)(6)，其槽深至In0.53Ga0.47As本征吸收層(3)中，在淺隔離槽區(qū)通過閉管擴散形成與隔離槽一體的保護環(huán)，在保護環(huán)區(qū)有保護環(huán)電極(10)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型平面結(jié)構(gòu)InGaAs陣列紅外探測器。紅外探測器結(jié)構(gòu)設計為在NIN型外延片上通過刻蝕在陣列光敏面周圍形成淺隔離槽。通過閉管擴散形成光敏面的PN結(jié)區(qū)，同時形成與淺隔離槽一體的保護環(huán)。通過加厚Cr/Au形成保護環(huán)電極及環(huán)形遮蓋電極。本發(fā)明的優(yōu)點在于一體設計的淺隔離槽與保護環(huán)可有效地抑制陣列器件相鄰光敏面之間的串音和光敏面擴大現(xiàn)象，輔以小擴散孔及環(huán)形遮蓋電極能進一步抑制光敏面的擴大并對光敏面進行精確定義。在平面型延伸波長InGaAs陣列器件中，淺隔離槽的引入還可以有效抑制由于材料的晶格失配造成的相鄰光敏面P電極間的漏電流。
文檔編號H01L27/144GK101527308SQ20091004911
公開日2009年9月9日 申請日期2009年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月10日
發(fā)明者唐恒敬, 姜佩璐, 寧錦華, 燕 張, 張可鋒, 朱耀明, 淘 李, 雪 李, 李永富, 龔海梅 申請人:中國科學院上海技術(shù)物理研究所