CN107634121A - 基于InP衬底剥离的红外光电探测器及其预制件的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于InP衬底剥离的红外光电探测器的制备方法，在所述InP衬底上形成停刻层；在所述停刻层表面形成保护层；在所述保护层表面形成腐蚀剥离层；在所述腐蚀剥离层表面形成探测器外延层，在所述探测器外延层的第一表面形成第一电极，得到红外光电探测器预制件；在预制件外延层第一电极表面形成支撑部；通过腐蚀剂腐蚀所述腐蚀剥离层，使所述探测器外延层脱离所述保护层，得到剥离件；在所述剥离件与支撑部相对的一面上形成第二电极，并退火，得到红外光电探测器；本发明的探测器制备方式可将InP衬底进行重复利用，降低器件生产成本；同时可将探测器制备成柔性器件，扩大其应用范围。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体红外探测器的制备，特别涉及一种InP衬底剥离的红外光电探测器及其预制件的制作方法。
背景技术
红外光电器件现应用的越来越广泛，在通信、安保、测量的市场越来越大。基于InP衬底的红外探测器已成为光纤通讯的首选器件。近年来对InP基红外探测器的研究主要集中在提高器件的速度等性能上，但是器件的成本始终居高不下，这其中InP衬底的成本占用很大一部分，传统工艺是将衬底减薄，不但衬底不可重复利用，还会破坏环境。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种可重复使用衬底的红外光电探测器的制备方法，以克服现有技术中的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种基于InP衬底剥离的红外光电探测器预制件的制备方法，包括，
在所述InP衬底上形成停刻层；
在所述停刻层表面形成保护层；
在所述保护层表面形成腐蚀剥离层；
在所述腐蚀剥离层表面形成探测器外延层，在所述探测器外延层的第一表面形成第一电极，得到红外光电探测器预制件。
优选的，在所述腐蚀剥离层表面形成探测器外延层具体为：
在所述腐蚀剥离层表面形成p型InGaAs接触层；
在所述p型InGaAs接触层表面形成p型InP层；
在所述p型InP层表面形成InGaAs吸收层；
在所述InGaAs吸收层表面形成n型InP层。
优选的，在所述n型InP层及p型InGaAs层上设置金属电极。
优选的，所述停刻层选用InGaAs、InAlAs或者InGaAsP材料。
优选的，所述停刻层的厚度为50~200纳米。
优选的，所述的保护层的材质选用InP材料，其厚度为500~2000纳米纳米。
优选的，所述的腐蚀剥离层的材质选用AlAs材料，其厚度为5~20纳米。
本发明还提供了 一种红外光电探测器的制备方法， 包括：
在所述方法制备的预制件探测器外延层第一电极表面形成支撑部；
通过腐蚀剂腐蚀所述腐蚀剥离层，使所述外延层脱离所述保护层，得到剥离件；
在所述剥离件与支撑部相对的一面上形成第二电极，并退火，得到红外光电探测器；
优选的，所述的形成支撑部具体为：
由金属（铜、不锈钢、钛等）或有机聚合物（聚酰亚胺、聚氨酯等）通过电镀或键合的方式附着在所述第一电极表面。
优选的，在所述剥离件与支撑部相对的一面上形成第二电极具体为：
在所述剥离件与支撑部相对的一面上淀积淀积SiO2并光刻；
在光刻后的剥离件上沉积Ti/Pt/Au金属，得到第二电极。
本发明提供了一种基于InP衬底剥离的红外光电探测器及其预制件的制备方法与现有技术相比，本发明的有益效果包括：通过在衬底上形成探测器外延层，并在外延层和衬底之间形成了腐蚀剥离层，可以将外延器件结构整体从衬底上剥离下来，而不损伤衬底，衬底可以重复使用，这可大大降低生产成本。另外，由于剥离下的外延器件结构较薄，可以制备柔性红外探测器件，大大扩展器件的应用范围。
附图说明
图1为本发明一典型实施例中基于InP衬底剥离的红外光电探测器平面结构示意图；
图2为本发明一典型实施例中基于InP衬底剥离的红外光电探测器的制备工艺流程图；
图3 为本发明提供的现有技术比较例的红外探测器制备前后的结构示意图。
具体实施方式
本发明的一个方面提供了基于InP衬底剥离的红外光电探测器的制备方法，其可实现InP基衬底的重复再利用。
本发明提供一种基于InP衬底剥离的红外光电探测器预制件的制备方法，主要是在现有技术直接形成器件的工艺下，改进制备工艺，使衬底能够重复利用，降低了生产成本，同时，产品性能也得到了保障，以下为本发明的方案：在所述InP衬底上形成停刻层；在所述停刻层表面形成保护层；在所述保护层表面形成腐蚀剥离层；在所述腐蚀剥离层表面形成探测器外延层，在所述探测器外延层的第一表面形成第一电极，得到红外光电探测器预制件。
按照本发明，所述在所述腐蚀剥离层表面形成探测器外延层具体为：在所述腐蚀剥离层表面形成p型InGaAs接触层；在所述p型InGaAs接触层表面形成p型InP层；在所述p型InP层表面形成InGaAs吸收层；在所述InGaAs吸收层表面形成n型InP层。所述停刻层、剥离层、保护层及探测器外延层均使用金属有机气相沉积或分子束外延手段形成。实际上所述外延层其实就是红外光电探测器的关键部分。本发明直接将探测器外延层附着到腐蚀剥离层上，可以在使用时腐蚀掉剥离层，将外延层取下。按照本发明，优选采用p型重掺杂In0.53Ga0.47As作为p型接触层，其可以和金属形成较好的欧姆接触。优选采用In0.53Ga0.47As作为光吸收层，In0.53Ga0.47As、材料与InP衬底晶格匹配，能够减少外延层内部的缺陷，获得高晶体质量的器件。
为了使产品完整，在所述n型InP层及p型InGaAs层上设置金属电极。方便剥离后的产品直接可以进行销售和使用。
按照本发明，所述停刻层选用InGaAs、InAlAs或者InGaAsP材料，所述停刻层的厚度为50~200纳米，InGaAs等材料作为器件的停刻层，可以利用InGaAs等材料和InP的不同腐蚀性质获得可重复利用的InP衬底。所述的保护层的材质选用半绝缘InP材料，其厚度为500~2000纳米，所述的腐蚀剥离层的材质选用AlAs材料，其厚度为5~20纳米。选择AlAs是因为氢氟酸对AlAs的选择腐蚀可以使衬底及外延结构分离，并保证腐蚀面的质量。
按照本发明所述外延层不仅局限于上述PIN结构，还可以是InP基雪崩红外探测器、单行载流子红外探测器等具有类似结构的外延层。
本发明还提供了 一种红外光电探测器的制备方法， 包括：
在上述方法制备的预制件外延层第一电极表面形成支撑部；
通过腐蚀剂腐蚀所述腐蚀剥离层，使所述探测器外延层脱离所述保护层，得到剥离件；
在所述剥离件与支撑部相对的一面上形成第二电极，并退火，得到红外光电探测器；
本发明中支撑部主要的作用是既能够给探测器外延层一个很好的物理支撑作用，又能够和第一电极结合形成导电介质，所以所述的形成支撑部具体为：由金属（铜、不锈钢、钛等）或有机聚合物（聚酰亚胺、聚氨酯等）通过电镀或键合的方式附着在所述第一电极表面。
形成支撑部，在所述剥离件与支撑部相对的一面上形成第二电极，即和第一电极相对应的第二电极具体为：在所述剥离件与支撑部相对的一面上淀积淀积SiO2并光刻；在光刻后的剥离件上沉积Ti/Pt/Au金属，得到第二电极。所述第二电极优选设置成如图1所示的两个面积小于p型接触层的凸起。优选的，在所述探测器中，所述第二电极优选采用与p型InGaAs接触的金属电极可以使用Ti/Pt/Au来制作。优选的，在所述探测器中，所述第一金属电极可以使用Au/Ge/Ni/Au来制作。
按照本发明，用该方法制备的红外探测器不仅局限于上述PIN结构，还可以是InP基雪崩红外探测器、单行载流子红外探测器等具有类似结构的外延层。
以下结合附图及实施案例对本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例1
请参阅图1所示，在一实例中，基于InP衬底剥离的红外光电探测器可以包括：
一衬底层10，所述衬底层材料为InP；
一停刻层20，该停刻层生长在衬底10上，所述停刻层材料为InGaAs、InAlAs或者InGaAsP；
一保护层30，该保护层30生长在缓冲层20上；
一腐蚀剥离层40，该腐蚀剥离层40生长在保护层30上，所述腐蚀剥离层40为AlAs；
一p型接触层50，该p型接触层50生长在腐蚀剥离层40上，所述p型接触层50为重掺杂p型InGaAs；
一红外探测器结构60，该红外探测器外延结构60生长在腐蚀剥离层50上,该红外探测器结构以InGaAs为吸收区；
一n型接触层70，该n型接触层70生长在红外探测器外延结构60上，所述n型接触层70为重掺杂n型InP；
在重掺杂n型InP接触层上，制作Au/Ge/Ni/Au金属电极80；
外延结构剥离后，通过电镀或者键合等手段转移到支撑90上；
在重掺杂p型InGaAs接触层上，制作Ti/Pt/Au金属电极100。
实施例2
请参阅图1及图2，该基于InP衬底剥离的红外光电探测器的制作方法可以包括如下具体步骤：
步骤1：利用薄膜外延生长设备在InP衬底上制备材料。依次生长制作一停刻层、一保护层、一腐蚀剥离层、一p型接触层、一红外探测器外延结构和一n型接触层70；
步骤2：在顶电极接触层上淀积一层SiO2作为掩膜层；在SiO2上光刻做出开口；使用电子束蒸发的方法在n型接触层接触层上淀积Au/Ge/Ni/Au金属，并进行退火；
步骤3：使用电镀或键合的方式将探测器外延结构和支撑集成到一起；
步骤4：利用氢氟酸对AlAs的选择腐蚀性，将外延结构及衬底腐蚀分离开来；
步骤5：在p型InGaAs接触层上淀积SiO2并光刻；
步骤6：在p型接触层上一部分区域淀积Ti/Pt/Au金属电极，并进行退火。
比较例1
InP衬底上直接形成探测器外延层，如图3所示。将衬底打磨变薄，然后在衬底上形成第一电极，在p型InGaAs接触层上形成第二电极。
不难发现本比较例制备的红外探测器，衬底不可重复利用，而且在打薄过程中形成的粉尘会污染环境，造成浪费。
本实例的基于InP衬底剥离的红外光电探测器的制备方法，其可实现InP基衬底的重复再利用，可大大降低生产成本。另外，由于剥离下的外延器件结构较薄，可以制备柔性红外探测器件，大大扩展器件的应用范围。
应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于InP衬底剥离的红外光电探测器预制件的制备方法，其特征在于包括，
在所述InP衬底上形成停刻层；
在所述停刻层表面形成保护层；
在所述保护层表面形成腐蚀剥离层；
在所述腐蚀剥离层表面形成探测器外延层，在所述探测器外延层的第一表面形成第一电极，得到红外光电探测器预制件。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述腐蚀剥离层表面形成探测器外延层具体为：
在所述腐蚀剥离层表面形成p型InGaAs接触层；
在所述p型InGaAs接触层表面形成p型InP层；
在所述p型InP层表面形成InGaAs吸收层；
在所述InGaAs吸收层表面形成n型InP层。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述n型InP层及p型InGaAs层上设置金属电极。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述停刻层可选用InGaAs、InAlAs或者InGaAsP材料。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述停刻层的厚度为50~200纳米。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的保护层的材质选用InP材料，其厚度为500~2000纳米。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的腐蚀剥离层的材质选用AlAs材料，其厚度为5~20纳米。
8.一种红外光电探测器的制备方法，其特征在于，
在权利要求1所述方法制备的预制件探测器外延层第一电极表面形成支撑部；
通过腐蚀剂腐蚀所述腐蚀剥离层，使所述探测器外延层脱离所述保护层，得到剥离件；
在所述剥离件与支撑部相对的一面上形成第二电极，并退火，得到红外光电探测器。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述的形成支撑部具体为：
由金属（铜、不锈钢、钛等）或有机聚合物（聚酰亚胺、聚氨酯等）通过电镀或键合的方式附着在所述第一电极表面。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在所述剥离件与支撑部相对的一面上形成第二电极具体为：
在所述剥离件与支撑部相对的一面上淀积淀积SiO2并光刻；
在光刻后的剥离件上沉积Ti/Pt/Au金属，得到第二电极。
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