CN101527308A - 一种平面结构铟镓砷阵列红外探测器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型平面结构InGaAs阵列红外探测器。红外探测器结构设计为：在NIN型外延片上通过刻蚀在阵列光敏面周围形成浅隔离槽。通过闭管扩散形成光敏面的PN结区，同时形成与浅隔离槽一体的保护环。通过加厚Cr/Au形成保护环电极及环形遮盖电极。本发明的优点在于一体设计的浅隔离槽与保护环可有效地抑制阵列器件相邻光敏面之间的串音和光敏面扩大现象，辅以小扩散孔及环形遮盖电极能进一步抑制光敏面的扩大并对光敏面进行精确定义。在平面型延伸波长InGaAs阵列器件中，浅隔离槽的引入还可以有效抑制由于材料的晶格失配造成的相邻光敏面P电极间的漏电流。

Description

一种平面结构铟镓砷阵列红外探测器
技术领域
本发明涉及的光电探测器技术，具体是指一种平面结构铟镓砷阵列红外探测器。
背景技术
目前PIN铟镓砷探测器主要分为平面型和台面型两类。台面型铟镓砷探测器是将外延材料中的P-InP/InGaAs刻蚀成一个台面，这样从根本上将相邻光敏面隔离，这种结构的探测器具有制备工艺简单、相邻光敏面之间串音低、光敏面易定义等优点，但是台面探测器暴露的侧面给器件的钝化带来很大的困难，会使器件的可靠性降低、噪声增大，这在很大程度上限制了器件探测率的提高。而作为铟镓砷探测器的主流结构，平面型铟镓砷探测器具有暗电流小、探测率高、寿命长等优点，非常适用于航空遥感领域。但它也具有一些不可避免的缺点：光敏面扩大造成光敏面定义困难，相邻光敏面之间串音较大等，这些都限制了铟镓砷探测器性能的提高。目前，通用的方法是采用小扩散孔扩散以控制光敏面的扩大现象，采用环形电极对光敏面进行定义，引入保护环以减小器件串音，但是这些方法一般都单独使用，并不能从根本上解决平面型器件的缺点。另外，对于平面结构延伸波长铟镓砷阵列器件来说，由于材料的晶格失配使得相邻光敏面P电极间存在很大的漏电流，现有的平面结构并不能解决这个问题。
发明内容
基于上述已有器件结构上存在的问题，本发明提出一种基于小扩散孔、环形遮盖电极、浅隔离槽及保护环设计的新型平面结构铟镓砷阵列红外探测器。
本发明的新型平面结构铟镓砷阵列红外探测器，在N-InP/I-InGaAs/N-InP型外延片上通过常规Ar+刻蚀及湿法腐蚀工艺在阵列光敏面周围形成浅隔离槽。通过闭管扩散形成光敏面的PN结区，同时在浅隔离槽区形成与浅隔离槽一体的保护环，扩散时采用小扩散孔扩散，即，扩散孔尺寸比光敏面设计尺寸小7-10μm，从而给开扩散孔时对扩散掩膜的侧向钻蚀、闭管扩散时掺杂元素的横向扩散以及PN结对侧面光生载流子的侧向收集效应留有余量。在光敏面的局部生长单层Au用作P电极。通过加厚Cr/Au形成保护环电极、光敏面的延伸电极及环形遮盖电极，其中环形遮盖电极用作对光敏面进行定义，其内环尺寸与光敏面设计尺寸一致。芯片背面进行抛光去除损伤层，并生长Au用作N电极。除P、N电极区外，整个外延片采用SO2层作为钝化层。
本发明的优点是：
1.浅隔离槽与保护环的一体化结构设计可以有效地抑制相邻光敏面之间的串音，在一定程度上减小光敏面扩大现象，再辅以小扩散孔及环形遮盖电极能进一步抑制光敏面扩大现象并对光敏面进行精确定义；
2.对于平面型延伸波长铟镓砷阵列器件，由于材料的晶格失配使得相邻光敏面P电极间存在很大的漏电流，浅隔离槽的引入可以很好的解决这个问题。
3.由于浅隔离槽与保护环距离器件光敏面较远，对于单个光敏面来说，其侧面仍然有用于侧面保护的PN结而不用考虑侧面钝化问题，而浅隔离槽与保护环又实现了对相邻光敏面的有效隔离。
附图说明
图1为外延片的结构示意图。
图2为铟镓砷阵列探测器一个单元的剖面结构示意图。
图3为铟镓砷阵列探测器的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明：
见图1，本实施例所用的外延片为用MOCVD技术在厚度为600μm，载流子浓度3×1018cm-3的N-InP衬底1上依次生长厚度为1μm的N型InP层2，载流子浓度2×1018cm-3；厚度为2.5μm的In0.53Ga0.47As本征吸收层3，载流子浓度5×1016cm-3；厚度为1μm的N型InP帽层4，载流子浓度5×1016cm-3。
本实施例的器件制备过程如下：
1.依次用三氯甲烷、乙醚、丙酮、乙醇超声清洗外延片，每次大于2分钟，然后氮气吹干；
2.生长SiO2扩散掩膜5；
3.浅隔离槽的制备：
正胶光刻，HF酸腐蚀液室温腐蚀SiO2层，露出隔离槽区域，Ar+离子刻蚀掉InP层，部分刻蚀InGaAs层，酒石酸溶液选择性腐蚀溶液腐蚀去InGaAs刻蚀损伤层，根据InGaAs层厚度确定腐蚀时间，保证刻蚀加腐蚀深度为2μm左右，然后去离子水冲洗，氮气吹干；丙酮浮胶，乙醇清洗，氮气吹干，形成浅隔离槽6；
4.与浅隔离槽一体的保护环结构的制备：
正胶光刻，形成扩散孔区域，扩散孔尺寸比光敏面设计尺寸小10μm，HF酸腐蚀液室温腐蚀SiO2层打开扩散孔7，丙酮浮胶，乙醇清洗，氮气吹干；将外延片与掺杂源Zn3P2一起密封在高真空石英管中，样品在530℃温度下扩散10分钟形成PN结区8，同时在浅隔离槽位置扩散形成保护环6，这样与浅隔离槽一体的保护环结构制作完毕；
5.打开石英管取出外延片，去离子水冲洗，然后氮气吹干；
6.正胶光刻，电子束蒸发单层Au用作P接触电极9，丙酮浮胶，乙醇清洗，氮气吹干；
7.磁控溅射方式生长SiO2层用作P电极退火阻挡层，并兼做器件表面钝化层及增透膜。快速热退火形成欧姆接触；
8.正胶光刻，HF酸腐蚀液室温腐蚀SiO2层打开P电极孔，同时将保护环电极孔打开，丙酮浮胶，乙醇清洗，氮气吹干；
9.正胶光刻，离子束溅射Cr/Au用作保护环电极10，并对光敏面的P电极加厚形成延伸电极，同时形成光敏面的环形遮盖电极11，丙酮浮胶，乙醇清洗，氮气吹干；
10.外延片正面甩厚胶保护，背面抛光，并蒸发单层Au用作N电极层12；
11.丙酮浮胶，乙醇清洗，氮气吹干，平面器件制作完毕，如图2所示，其俯视图如图3所示。

Claims (1)

1.一种平面结构InGaAs阵列红外探测器芯片，探测器芯片结构为在N-InP衬底(1)上依次生长N型InP缓冲层(2)、In0.53Ga0.47As本征吸收层(3)、N型InP帽层(4)和SiO2扩散掩膜(5)及SiO2钝化层，采用小扩散孔(7)扩散，通过掺杂源Zn3P2在530℃温度下扩散形成PN结区(8)，在PN结区(8)电子束蒸发单层Au用作P接触电极(9)，在SiO2钝化层上生长环形遮盖电极(11)，衬底(1)抛光的背面蒸发单层Au用作N电极层(12)，其特征在于：所述的探测器芯片在各个光敏面之间还有一个浅隔离槽与保护环(6)，其槽深至In0.53Ga0.47As本征吸收层(3)中，在浅隔离槽区通过闭管扩散形成与隔离槽一体的保护环，在保护环区有保护环电极(10)。
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