CN108321244A - 用于紫外红外双色探测的紫外光电探测器及其制备方法 - Google Patents

用于紫外红外双色探测的紫外光电探测器及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108321244A
CN108321244A CN201810251477.5A CN201810251477A CN108321244A CN 108321244 A CN108321244 A CN 108321244A CN 201810251477 A CN201810251477 A CN 201810251477A CN 108321244 A CN108321244 A CN 108321244A
Authority
CN
China
Prior art keywords
type
layer
ultraviolet
photodetector
deionized water
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810251477.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108321244B (zh
Inventor
吴正云
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xiamen San U Optronics Co ltd
Original Assignee
Xiamen Core Glory Photoelectric Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xiamen Core Glory Photoelectric Technology Co Ltd filed Critical Xiamen Core Glory Photoelectric Technology Co Ltd
Priority to CN201810251477.5A priority Critical patent/CN108321244B/zh
Publication of CN108321244A publication Critical patent/CN108321244A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108321244B publication Critical patent/CN108321244B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H01L31/101Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/102Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
    • H01L31/105Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PIN type
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/186Particular post-treatment for the devices, e.g. annealing, impurity gettering, short-circuit elimination, recrystallisation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/186Particular post-treatment for the devices, e.g. annealing, impurity gettering, short-circuit elimination, recrystallisation
    • H01L31/1864Annealing
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/186Particular post-treatment for the devices, e.g. annealing, impurity gettering, short-circuit elimination, recrystallisation
    • H01L31/1868Passivation
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

用于紫外红外双色探测的紫外光电探测器及其制备方法,涉及紫外光电探测器。探测器为p‑i‑n外延结构,在衬底的Si面上外延生长N型SiC缓冲层并作为p‑i‑n的N型欧姆接触层,在N型SiC缓冲层上外延生长i型层并作为光子吸收层,在i型层上外延一层P+型层并构成紫外探测芯片的p‑i‑n结构;在P+型层的钝化层上刻蚀P型电极窗口并设有P型电极和焊盘;在N型SiC缓冲层的钝化层上刻蚀N型电极窗口并设有N型电极与焊盘。对外延片清洗;先后制备隔离保护倾斜台面,红外信号的透过窗口,SiO2钝化层,P型电极、N型电极、P型焊盘和N型焊盘,红外抗反射层,得用于紫外红外双色探测的紫外光电探测器。

Description

用于紫外红外双色探测的紫外光电探测器及其制备方法
技术领域
本发明涉及紫外光电探测器,尤其是涉及在实现紫外信号探测的同时,又能保证有足够的红外透过率,以满足紧贴其后共轴的红外探测器能有效探测入射红外信号要求的用于紫外红外双色探测的紫外光电探测器及其制备方法。
背景技术
紫外探测技术已经越来越显示出其重要性,并在高压输电变电系统的紫外电弧检测、医用紫外荧光检测、环境污染监测等方面得到应用,半导体材料的紫外探测器具有成本低、无需高压、体积小和能实现焦平面探测等优势有利于受到重视。现有的半导体紫外探测器采用硅基、氮化镓(GaN)基或碳化硅(SiC)材料。其中碳化硅(SiC)材料由于其独特的材料特性,使其具有在紫外探测的独特优势([1]王玉霞,何海平,汤洪高.宽带隙半导体材料SiC研究进展及其应用.硅酸盐学报,2002,30(3):372-381;[2]X.P.Chen,H.L.Zhu,J.F.Cai,Z.Y.Wu.High-performance 4H-SiC-based ultraviolet p-i-n photodetector[J].J.Appl.Phys.,2007,(102):024505)。在实际应用中,有许多场合经常要求实现紫外与红外的同时双色探测,即完成对深紫外波段和远红外波段信号同时实现高灵敏度的探测,最佳的解决方案是采用两个分别可以在紫外和红外波段具有高探测率的探测器共轴紧贴构成双色探测系统,以实现对紫外与红外的信号高效探测。采用SiC材料制备的紫外探测器具有非常高的紫外探测效率,因此,采用SiC材料作为双色探测系统中的紫外探测器是最佳选项之一。然而常规的碳化硅紫外半导体探测器,一般采用高掺杂的衬底材料,在实现紫外探测的同时,红外信号被SiC的掺杂外延层及衬底严重吸收,导致透过SiC的紫外探测器后入射到紧贴在其后面的红外探测器信号非常微弱,无法满足红外的探测要求。
发明内容
本发明的目的是提供可解决紫外探测器中红外信号透过困难的难题,提高双色探测系统红外探测效果的用于紫外红外双色探测的紫外光电探测器及其制备方法。
所述用于紫外红外双色探测的紫外光电探测器为p-i-n外延结构,衬底采用双抛4H-SiC衬底,在双抛4H-SiC衬底的Si面上外延生长N型SiC缓冲层,所述N型SiC缓冲层作为p-i-n的N型欧姆接触层,在N型SiC缓冲层上外延生长i型层,所述i型层作为器件的光子吸收层,在i型层上外延一层P+型层并构成紫外探测芯片的p-i-n结构;在P+型层的钝化层上刻蚀P型电极窗口,所述P型电极窗口上设有P型电极和P型焊盘;在N型SiC缓冲层的钝化层上刻蚀N型电极窗口,在N型电极窗口上设有N型电极与N型焊盘。
所述双抛4H-SiC衬底可采用高纯偏轴4°的双抛4H-SiC衬底,由于其杂质浓度较低(N元素浓度小于1×1015cm-3),红外的透光率可达75%。
所述N型SiC缓冲层的厚度可为0.5μm,掺杂浓度可为2×1018cm-3,N型SiC缓冲层可以有效抑制后续外延过程中产生的缺陷。
所述i型层的SiC非刻意掺杂厚度可为0.8μm,掺杂浓度可为5×1014cm-3
所述P+型层的厚度可为0.2μm,掺杂浓度可为1×1019cm-3
所述P型电极窗口可为P型环状电极窗口。
在所述紫外探测器的正面和反面生长一层700~800nm的二氧化硅红外抗反射层。最后在P型焊盘和N型焊盘上方将二氧化硅红外抗反射层刻蚀出两个凹槽,裸露出焊盘,以备器件测试与器件封装测试。
为了保证红外信号能有效透射,在紫外探测器上刻蚀出红外入射通道(面积约为紫外探测器光敏面积的50%),其深度直达高纯双抛4H-SiC衬底,紫外探测器的两面采用LPCVD生长700~800nm的SiO2作为红外的抗反射增透层,最终实现红外入射透过率达到75%以上。入射的短波紫外信号大部分在i层被吸收转变为电子空穴对,在i层的耗尽层电场驱动下分离运动到紫外探测器的两端电极,在紫外探测器外部负载中复合形成电信号。而入射的长波红外信号大部分可通过特殊的紫外探测器结构透射出衬底,被紧贴在本紫外探测器下表面中心对准的紧贴其后共轴的红外探测器吸收并转化为电信号,从而实现对紫外红外信号双色的探测。
所述用于紫外红外双色探测的紫外光电探测器的制备方法包括以下步骤:
1)对外延生长完毕的碳化硅外延片进行RCA标准清洗;
在步骤1)中,所述对外延生长完毕的碳化硅外延片进行RCA标准清洗的具体方法包括以下步骤:
(1)用甲苯、丙酮和乙醇超声5min,重复2遍,再用去离子水冲洗干净;
(2)用三号液于250℃下煮20min后,用热去离子水和冷去离子水冲洗;所述三号液按体积比的配比为H2SO4∶H2O2=4∶1;
(3)将样品放入稀释氢氟酸浸泡4min,再用热去离子水和冷去离子水冲洗;所述稀释氢氟酸按体积比的配比为HF∶H2O=1∶20;
(4)用一号液煮10min后,用热去离子水和冷去离子水冲洗;所述一号液按体积比的配比NH3·H2OH2O2∶H2O=1∶1∶4;
(5)将样品放入稀释氢氟酸中浸泡4min,再用热去离子水和冷去离子水冲洗;
(6)用二号液煮10min后,用热去离子水和冷去离子水冲洗,然后用氮气吹干待用;所述二号液按体积比的配比为HCl∶H2O2∶H2O=1∶1∶4。
2)制备紫外探测器隔离保护倾斜台面;
在步骤2)中,所述制备紫外探测器隔离保护倾斜台面的具体方法可为:使用光刻胶在样品表面旋涂上一层厚的光刻胶作为干法刻蚀的阻挡层,采用ICP刻蚀,刻蚀气体为CF4或SF6,利用光刻胶和4H-SiC对刻蚀气体的刻蚀速率不同,使得P+型层和N型层形成一倾斜圆台,深度约1.4~1.6μm,使N型层暴露出来,且圆台的斜面和水平面的夹角为θ,且夹角θ≤10°。
3)制备红外信号的透过窗口;
在步骤3)中,所述制备红外信号的透过窗口的具体方法可为:采用ICP干法刻蚀与光刻工艺在圆台上对称地制备出5个可用于透过红外信号的窗口(面积约为探测器光敏面积的50%),使红外信号能直接到达高纯偏轴4°的双抛4H-SiC衬底上。
4)制备SiO2钝化层;
在步骤4)中,所述制备SiO2钝化层的具体方法可为:将刻蚀后的样品用250℃的三号液(三号液按体积比的配比为H2SO4∶H2O2=4∶1)煮20min后,用热去离子水和冷去离子水冲洗,除去前述工艺中可能残留的油污与光刻胶;再经如前所述的RCA标准清洗干燥后,装片到热氧化炉,第一次生长的氧化层做为牺牲层,具体是采用干氧、湿氧和干氧交替氧化;取出样品,放入缓冲氢氟酸溶液中腐蚀,去除第一次生长的氧化层,用冷热去离子水冲洗干净并干燥后将样品再次放进氧化炉进行第二次氧化,采用干氧、湿氧、干氧和氮气氛围交替,生成厚度约60nm的SiO2钝化层。
5)制备P型电极、N型电极、P型焊盘和N型焊盘;
在步骤5)中,所述制备P型电极、N型电极、P型焊盘和N型焊盘的具体方法可为:采用光刻工艺,以光刻胶为保护层,用缓冲氢氟酸分别在台阶上表面的P层和台阶下方N型外延缓冲层上SiO2钝化层刻蚀出环形的P型电极区与N型电极区,然后通过磁控溅射工艺制备Ti/Ni/Al/Au薄膜金属,再经剥离工艺形成P型电极与N型电极,高温下退火后,最后形成良好的P型与N型欧姆接触。在此基础上,在经光刻工艺、磁控溅射工艺与剥离工艺形成与电极接触的金属P型焊盘和N型焊盘,金属种类为Ti/Au。
6)制备红外抗反射层,得用于紫外红外双色探测的紫外光电探测器。
在步骤6)中,所述制备红外抗反射层的具体方法可为:采用LPCVD方法在器件的正面和反面各生长一层700~800nm的二氧化硅红外抗反射层,为了将P型焊盘和N型焊盘裸露出来,以备器件测试与器件封装测试,将二氧化硅红外抗反射层刻蚀出两个凹槽直达焊盘,形成用于紫外红外双色探测的紫外光电探测器,可保证足够强度的红外辐射信号通过所制备的用于紫外红外双色探测的紫外光电探测器被紧贴其后共轴的红外探测器接收。
本发明针对现有的紫外探测器存在的上述不足,提供一种采用高红外透过率的高纯偏轴4°的双抛4H-SiC衬底的p-i-n外延结构。首先通过抑制高纯衬底的杂质浓度提高了红外信号在衬底中的透射效果,将衬底中N元素浓度抑制到小于1×1015cm-3,使衬底的红外透过率大于75%;此外,通过制备工艺,对紫外探测器的光路结构改进,在探测器中制备了红外信号通道,在保证良好紫外探测性能的基础上,从入射光敏面上刻蚀出直达衬底的红外入射通道,保证有足够的红外透射通过本发明入射至紧贴的红外探测器上,达到高效双色探测的目的。
附图说明
图1为本发明所述用于紫外红外双色探测的紫外光电探测器实施例的外延结构剖视示意图。
图2为本发明所述用于紫外红外双色探测的紫外光电探测器实施例的剖视示意图。
图3为本发明所述用于紫外红外双色探测的紫外光电探测器实施例的俯视示意图。
具体实施方式
以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。
参见图1~3,所述用于紫外红外双色探测的紫外光电探测器实施例为p-i-n外延结构,其衬底采用双抛4H-SiC衬底1,在双抛4H-SiC衬底1的Si面上外延生长N型SiC缓冲层2,所述N型SiC缓冲层2作为p-i-n的N型欧姆接触层,在N型SiC缓冲层2上外延生长i型层3,所述i型层3作为器件的光子吸收层,在i型层3上外延一层P+型层4,构成紫外探测芯片的p-i-n结构;在P+型层4的钝化层上刻蚀P型电极窗口,所述P型电极窗口上设有P型电极7和P型焊盘8;在N型SiC缓冲层2的钝化层上刻蚀N型电极窗口,在N型电极窗口上设有N型电极与N型焊盘9。
所述双抛4H-SiC衬底采用高纯偏轴4°的双抛4H-SiC衬底,由于其杂质浓度较低(N元素浓度小于1×1015cm-3),红外的透光率可达75%。
所述N型SiC缓冲层的厚度为0.5μm,掺杂浓度为2×1018cm-3,N型SiC缓冲层有效抑制后续外延过程中产生的缺陷。
所述i型层的SiC非刻意掺杂厚度为0.8μm,掺杂浓度为5×1014cm-3
所述P+型层的厚度为0.2μm,掺杂浓度为1×1019cm-3
所述P型电极窗口为P型环状电极窗口。
在紫外探测器的正面和反面生长一层700~800nm的二氧化硅红外抗反射层10。最后在P型焊盘8和N型焊盘9上方将二氧化硅红外抗反射层刻蚀出两个凹槽,裸露出焊盘,以备器件测试与器件封装测试。
为了保证红外信号能有效透射,在紫外探测器上刻蚀出红外入射通道(面积约为探测器光敏面积的50%),其深度直达高纯双抛4H-SiC衬底,紫外探测器的两面采用LPCVD生长700~800nm的SiO2作为红外的抗反射增透层,最终实现红外入射透过率达到75%以上。入射的短波紫外信号大部分在i层被吸收转变为电子空穴对,在i层的耗尽层电场驱动下分离运动到紫外探测器的两端电极,在紫外探测器外部负载中复合形成电信号。而入射的长波红外信号大部分可通过特殊的紫外探测器结构透射出衬底,被紧贴在所制备的用于紫外红外双色探测的紫外光电探测器下表面中心对准的紧贴其后共轴的红外探测器吸收并转化为电信号,从而实现对紫外红外信号双色的探测。
在高纯偏轴4°的双抛4H-SiC衬底1上依次采用物理气相传输法外延同质生长N型缓冲层2、i型层3(或i型吸收层,i型外延吸收层)和P+型层4。所述N型外延缓冲层的厚度和掺杂浓度可分别为0.5μm和5×1018/cm3、i型层的厚度和掺杂浓度为1.0μm和1×1015/cm3、P+型层的厚度和掺杂浓度为0.2μm和1×1019/cm3。采用ICP干法刻蚀形成从P+型层至N型外延缓冲层的斜面圆台,斜面和水平面的夹角为θ,且角θ≤10°,使得P+型层和i型层为圆台面结构。再采用ICP干法刻蚀与光刻工艺在圆台上制备出可用于透过红外信号的通道5,通道5的深度直达高纯偏轴4°的双抛4H-SiC衬底1上。在紫外探测器的表面热生长二氧化硅层6作为紫外探测器的钝化层;在P+型层的钝化层上刻蚀出P型环状电极窗口,并制备环状P型电极7和P型焊盘8,在N型外延缓冲层的钝化层上刻蚀出N型电极窗口,并溅射形成N型电极与N型焊盘9,在器件的正面和反面生长一层700~800nm的二氧化硅红外抗反射层10。最后在P型焊盘和N型焊盘上方将二氧化硅红外抗反射层刻蚀出两个凹槽,裸露出焊盘,以备器件测试与器件封装测试。
本发明所述双色探测的4H-SiC紫外光电探测器的制备方法,包括以下步骤:
1)对生长好的外延片进行RCA标准清洗,步骤如下:
(1)用甲苯、丙酮和乙醇超声5min,重复2遍,再用去离子水冲洗干净;
(2)用三号液于250℃下煮20min后,用热去离子水和冷去离子水冲洗;所述三号液按体积比的配比为H2SO4∶H2O2=4∶1;
(3)将样品放入稀释氢氟酸浸泡4min,再用热去离子水和冷去离子水冲洗;所述稀释氢氟酸按体积比的配比为HF∶H2O=1∶20;
(4)用一号液煮10min后,用热去离子水和冷去离子水冲洗;所述一号液按体积比的配比NH3·H2OH2O2∶H2O=1∶1∶4;
(5)将样品放入稀释氢氟酸中浸泡4min,再用热去离子水和冷去离子水冲洗;
(6)用二号液煮10min后,用热去离子水和冷去离子水冲洗,然后用氮气吹干待用;所述二号液按体积比的配比为HCl∶H2O2∶H2O=1∶1∶4。
2)倾斜台面的制备:使用光刻胶在样品表面旋涂上一层厚的光刻胶作为干法刻蚀的阻挡层,采用ICP刻蚀,刻蚀气体为CF4或SF6,利用光刻胶和4H-SiC对刻蚀气体的刻蚀速率不同,使得P+型层和N型层形成一倾斜圆台,深度约1.4~1.6μm,使N型层暴露出来,且圆台的斜面和水平面的夹角为θ,且夹角θ≤10°。
3)红外信号的透过窗口制备:采用ICP干法刻蚀与光刻工艺在圆台上对称地制备出5个可用于透过红外信号的窗口(面积约为探测器光敏面积的50%),如图3所示,使红外信号能直接到达高纯4H-SiC衬底上。
4)钝化层的制备:将刻蚀后的样品用250℃的三号液(三号液按体积比的配比为H2SO4∶H2O2=4∶1)煮20min后,用热去离子水和冷去离子水冲洗,除去前述工艺中可能残留的油污与光刻胶;再经如前所述的RCA标准清洗干燥后,装片到热氧化炉,第一次生长的氧化层做为牺牲层,具体是采用干氧、湿氧和干氧交替氧化;取出样品,放入缓冲氢氟酸溶液中腐蚀,去除第一次生长的氧化层,用冷热去离子水冲洗干净并干燥后将样品再次放进氧化炉进行第二次氧化,采用干氧、湿氧、干氧和氮气氛围交替,生成厚度约60nm的SiO2钝化层。
5)电极与焊盘的制备:采用光刻工艺,以光刻胶为保护层,用缓冲氢氟酸分别在台阶上表面的P层和台阶下方N型外延缓冲层上SiO2钝化层刻蚀出环形的P型电极区与N型电极区,然后通过磁控溅射工艺制备Ti/Ni/Al/Au薄膜金属,再经剥离工艺形成P型与N型接触电极,高温下退火后,最后形成良好的P型与N型欧姆接触。在此基础上,在经光刻工艺、磁控溅射工艺与剥离工艺形成与电极接触的金属焊盘,金属种类为Ti/Au。
6)红外抗反射层的制备:采用LPCVD方法在器件的正面和反面各生长一层700~800nm的二氧化硅红外抗反射层,为了将P型焊盘和N型焊盘裸露出来,以备器件测试与器件封装测试,在其上方将二氧化硅红外抗反射层刻蚀出两个凹槽直达焊盘。
上述6个步骤结束后,完成用于紫外红外双色探测的紫外光电探测器的研制,在实现高效紫外信号探测的同时,可保证足够强度的红外辐射信号通过用于紫外红外双色探测的紫外光电探测器被紧贴其后共轴的红外探测器接收,从而达到实现紫外红外双色探测的目的。
本发明公开了一种可用于紫外红外双色探测的4H-SiC紫外光电探测器及制备方法。探测器的芯片结构从下到上依次设计LPCVD生长的SiO2层、双抛高纯4H-SiC衬底、N型缓冲层、i型吸收层、P+型层、热氧化SiO2层、欧姆接触电极层和LPCVD生长的SiO2层。入射的短波紫外信号在i型吸收层被吸收转变为电子空穴对,在i型吸收层的耗尽层电场驱动下分离运动到器件的两端电极,在探测器外部负载中复合形成电信号。在完成对紫外信号良好探测的同时,为保证待测红外信号的透光率可达75%以上,采用了高纯偏轴4°的双抛4H-SiC衬底(其红外透射率接近70%),此外还在探测器光敏面上刻蚀出约占探测器面积50%的红外入射通道,其深度直达衬底表面,用于红外信号的透射,保证有足够的红外信号可被紧贴在碳化硅紫外探测器下表面中心对准的红外探测器吸收并转化为电信号。此外,器件上下表面采用LPCVD生长的SiO2层可有效地提高红外信号抗反射和增透效果。从而实现了可用于紫外红外双色探测的紫外光电探测器。

Claims (10)

1.用于紫外红外双色探测的紫外光电探测器,其特征在于为p-i-n外延结构,衬底采用双抛4H-SiC衬底,在双抛4H-SiC衬底的Si面上外延生长N型SiC缓冲层,所述N型SiC缓冲层作为p-i-n的N型欧姆接触层,在N型SiC缓冲层上外延生长i型层,所述i型层作为器件的光子吸收层,在i型层上外延一层P+型层并构成紫外探测芯片的p-i-n结构;在P+型层的钝化层上刻蚀P型电极窗口,所述P型电极窗口上设有P型电极和P型焊盘;在N型SiC缓冲层的钝化层上刻蚀N型电极窗口,在N型电极窗口上设有N型电极与N型焊盘。
2.如权利要求1所述用于紫外红外双色探测的紫外光电探测器,其特征在于所述双抛4H-SiC衬底采用高纯偏轴4°的双抛4H-SiC衬底;所述N型SiC缓冲层的厚度可为0.5μm,掺杂浓度可为2×1018cm-3;所述i型层的SiC非刻意掺杂厚度可为0.8μm,掺杂浓度可为5×1014cm-3;所述P+型层的厚度可为0.2μm,掺杂浓度可为1×1019cm-3
3.如权利要求1所述用于紫外红外双色探测的紫外光电探测器,其特征在于所述P型电极窗口为P型环状电极窗口。
4.如权利要求1~3所述用于紫外红外双色探测的紫外光电探测器的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
1)对外延生长完毕的碳化硅外延片进行RCA标准清洗;
2)制备紫外探测器隔离保护倾斜台面;
3)制备红外信号的透过窗口;
4)制备SiO2钝化层;
5)制备P型电极、N型电极、P型焊盘和N型焊盘;
6)制备红外抗反射层,得用于紫外红外双色探测的紫外光电探测器。
5.如权利要求4所述用于紫外红外双色探测的紫外光电探测器的制备方法,其特征在于在步骤1)中,所述对外延生长完毕的碳化硅外延片进行RCA标准清洗的具体方法包括以下步骤:
(1)用甲苯、丙酮和乙醇超声5min,重复2遍,再用去离子水冲洗干净;
(2)用三号液于250℃下煮20min后,用热去离子水和冷去离子水冲洗;所述三号液按体积比的配比为H2SO4∶H2O2=4∶1;
(3)将样品放入稀释氢氟酸浸泡4min,再用热去离子水和冷去离子水冲洗;所述稀释氢氟酸按体积比的配比为HF∶H2O=1∶20;
(4)用一号液煮10min后,用热去离子水和冷去离子水冲洗;所述一号液按体积比的配比NH3·H2OH2O2∶H2O=1∶1∶4;
(5)将样品放入稀释氢氟酸中浸泡4min,再用热去离子水和冷去离子水冲洗;
(6)用二号液煮10min后,用热去离子水和冷去离子水冲洗,然后用氮气吹干待用;所述二号液按体积比的配比为HCl∶H2O2∶H2O=1∶1∶4。
6.如权利要求4所述用于紫外红外双色探测的紫外光电探测器的制备方法,其特征在于在步骤2)中,所述制备紫外探测器隔离保护倾斜台面的具体方法为:使用光刻胶在样品表面旋涂上一层厚的光刻胶作为干法刻蚀的阻挡层,采用ICP刻蚀,刻蚀气体为CF4或SF6,利用光刻胶和4H-SiC对刻蚀气体的刻蚀速率不同,使得P+型层和N型层形成一倾斜圆台,深度约1.4~1.6μm,使N型层暴露出来,且圆台的斜面和水平面的夹角为θ,且夹角θ≤10°。
7.如权利要求4所述用于紫外红外双色探测的紫外光电探测器的制备方法,其特征在于在步骤3)中,所述制备红外信号的透过窗口的具体方法为:采用ICP干法刻蚀与光刻工艺在圆台上对称地制备出5个用于透过红外信号的窗口,使红外信号能直接到达高纯偏轴4°的双抛4H-SiC衬底上。
8.如权利要求4所述用于紫外红外双色探测的紫外光电探测器的制备方法,其特征在于在步骤4)中,所述制备SiO2钝化层的具体方法为:将刻蚀后的样品用250℃的三号液煮20min后,用热去离子水和冷去离子水冲洗,除去前述工艺中残留的油污与光刻胶;再经如前所述的RCA标准清洗干燥后,装片到热氧化炉,第一次生长的氧化层做为牺牲层,具体是采用干氧、湿氧和干氧交替氧化;取出样品,放入缓冲氢氟酸溶液中腐蚀,去除第一次生长的氧化层,用冷热去离子水冲洗干净并干燥后将样品再次放进氧化炉进行第二次氧化,采用干氧、湿氧、干氧和氮气氛围交替,生成SiO2钝化层;所述三号液按体积比的配比为H2SO4∶H2O2=4∶1。
9.如权利要求4所述用于紫外红外双色探测的紫外光电探测器的制备方法,其特征在于在步骤5)中,所述制备P型电极、N型电极、P型焊盘和N型焊盘的具体方法为:采用光刻工艺,以光刻胶为保护层,用缓冲氢氟酸分别在台阶上表面的P层和台阶下方N型外延缓冲层上SiO2钝化层刻蚀出环形的P型电极区与N型电极区,然后通过磁控溅射工艺制备Ti/Ni/Al/Au薄膜金属,再经剥离工艺形成P型电极与N型电极,退火后,最后形成P型与N型欧姆接触。
10.如权利要求4所述用于紫外红外双色探测的紫外光电探测器的制备方法,其特征在于在步骤6)中,所述制备红外抗反射层的具体方法为:采用LPCVD方法在器件的正面和反面各生长一层700~800nm的二氧化硅红外抗反射层,为了将P型焊盘和N型焊盘裸露出来,以备器件测试与器件封装测试,将二氧化硅红外抗反射层刻蚀出两个凹槽直达焊盘,形成用于紫外红外双色探测的紫外光电探测器。
CN201810251477.5A 2018-03-26 2018-03-26 用于紫外红外双色探测的紫外光电探测器及其制备方法 Active CN108321244B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810251477.5A CN108321244B (zh) 2018-03-26 2018-03-26 用于紫外红外双色探测的紫外光电探测器及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810251477.5A CN108321244B (zh) 2018-03-26 2018-03-26 用于紫外红外双色探测的紫外光电探测器及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108321244A true CN108321244A (zh) 2018-07-24
CN108321244B CN108321244B (zh) 2024-03-29

Family

ID=62900139

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810251477.5A Active CN108321244B (zh) 2018-03-26 2018-03-26 用于紫外红外双色探测的紫外光电探测器及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108321244B (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108963752A (zh) * 2018-09-27 2018-12-07 青岛科技大学 基于圆环形光子晶体纳米梁谐振腔的电驱动激光器
CN109659378A (zh) * 2018-12-25 2019-04-19 深圳市芯思杰智慧传感技术有限公司 正入射式共面电极光电芯片及其制备方法
CN109659379A (zh) * 2018-12-25 2019-04-19 深圳市芯思杰智慧传感技术有限公司 正入射式多单元光电芯片及其制备方法
CN109801983A (zh) * 2018-12-25 2019-05-24 深圳市芯思杰智慧传感技术有限公司 背入射式共面电极光电芯片及其制备方法
CN109801985A (zh) * 2018-12-25 2019-05-24 深圳市芯思杰智慧传感技术有限公司 正入射式光电芯片及其制备方法
CN109860210A (zh) * 2018-12-25 2019-06-07 深圳市芯思杰智慧传感技术有限公司 正入射共面电极阵列光电芯片及其制备方法
CN118588773A (zh) * 2024-08-02 2024-09-03 浙江日月光能科技有限公司 一种提高电池片耐uv衰减性能的电池片结构及其制备方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1988185A (zh) * 2006-12-20 2007-06-27 厦门大学 4H-SiC雪崩光电探测器及其制备方法
CN201032635Y (zh) * 2006-12-23 2008-03-05 厦门三优光机电科技开发有限公司 一种PIN结构4H-SiC紫外光电探测器
CN101419996A (zh) * 2008-12-04 2009-04-29 中国电子科技集团公司第十三研究所 红外—紫外多色探测器及其制备方法
CN101894831A (zh) * 2009-05-20 2010-11-24 中国科学院半导体研究所 紫外-红外双波段探测器及其制作方法
CN103258869A (zh) * 2013-05-07 2013-08-21 哈尔滨工业大学 基于氧化锌材料的紫外红外双色探测器及其制作方法
CN105914252A (zh) * 2016-06-12 2016-08-31 中国科学院上海技术物理研究所 紫外红外双色焦平面探测器阵列及其性能设计和制备方法
CN207977337U (zh) * 2018-03-26 2018-10-16 厦门芯荣光电科技有限公司 一种用于紫外红外双色探测的紫外光电探测器

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1988185A (zh) * 2006-12-20 2007-06-27 厦门大学 4H-SiC雪崩光电探测器及其制备方法
CN201032635Y (zh) * 2006-12-23 2008-03-05 厦门三优光机电科技开发有限公司 一种PIN结构4H-SiC紫外光电探测器
CN101419996A (zh) * 2008-12-04 2009-04-29 中国电子科技集团公司第十三研究所 红外—紫外多色探测器及其制备方法
CN101894831A (zh) * 2009-05-20 2010-11-24 中国科学院半导体研究所 紫外-红外双波段探测器及其制作方法
CN103258869A (zh) * 2013-05-07 2013-08-21 哈尔滨工业大学 基于氧化锌材料的紫外红外双色探测器及其制作方法
CN105914252A (zh) * 2016-06-12 2016-08-31 中国科学院上海技术物理研究所 紫外红外双色焦平面探测器阵列及其性能设计和制备方法
CN207977337U (zh) * 2018-03-26 2018-10-16 厦门芯荣光电科技有限公司 一种用于紫外红外双色探测的紫外光电探测器

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108963752A (zh) * 2018-09-27 2018-12-07 青岛科技大学 基于圆环形光子晶体纳米梁谐振腔的电驱动激光器
CN108963752B (zh) * 2018-09-27 2023-07-25 青岛科技大学 基于圆环形光子晶体纳米梁谐振腔的电驱动激光器
CN109659378A (zh) * 2018-12-25 2019-04-19 深圳市芯思杰智慧传感技术有限公司 正入射式共面电极光电芯片及其制备方法
CN109659379A (zh) * 2018-12-25 2019-04-19 深圳市芯思杰智慧传感技术有限公司 正入射式多单元光电芯片及其制备方法
CN109801983A (zh) * 2018-12-25 2019-05-24 深圳市芯思杰智慧传感技术有限公司 背入射式共面电极光电芯片及其制备方法
CN109801985A (zh) * 2018-12-25 2019-05-24 深圳市芯思杰智慧传感技术有限公司 正入射式光电芯片及其制备方法
CN109860210A (zh) * 2018-12-25 2019-06-07 深圳市芯思杰智慧传感技术有限公司 正入射共面电极阵列光电芯片及其制备方法
CN109659379B (zh) * 2018-12-25 2024-05-24 芯思杰技术(深圳)股份有限公司 正入射式多单元光电芯片及其制备方法
CN109801983B (zh) * 2018-12-25 2024-07-05 芯思杰技术(深圳)股份有限公司 背入射式共面电极光电芯片及其制备方法
CN118588773A (zh) * 2024-08-02 2024-09-03 浙江日月光能科技有限公司 一种提高电池片耐uv衰减性能的电池片结构及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108321244B (zh) 2024-03-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108321244A (zh) 用于紫外红外双色探测的紫外光电探测器及其制备方法
CN105304748B (zh) 双工作模式的4H‑SiC紫外光电探测器及其制备方法
CN106169516B (zh) 一种基于石墨烯的硅基紫外光电探测器及其制备方法
CN104465676B (zh) 4H‑SiC PIN紫外光电二极管一维阵列芯片及其制备方法
US9222837B2 (en) Black silicon-based high-performance MEMS thermopile IR detector and fabrication method
US9117949B2 (en) Structure and fabrication method of a high performance MEMS thermopile IR detector
CN108400197B (zh) 具有球冠结构的4H-SiC紫外光电探测器及制备方法
CN100438083C (zh) δ掺杂4H-SiC PIN结构紫外光电探测器及其制备方法
CN106409987B (zh) 基于Ir2O3/Ga2O3的深紫外APD探测二极管及其制作方法
CN101527308B (zh) 一种平面结构铟镓砷阵列红外探测器
CN107195701B (zh) 台面式砷化镓掺硅阻挡杂质带太赫兹探测器及其制作方法
CN104157720B (zh) 一种混合结构的石墨烯硅基雪崩光电探测器及制备方法
CN107768452A (zh) 一种增强型石墨烯‑硅异质结光电探测芯片及其制备方法
CN102393249A (zh) 一种热释电红外探测器及其制备方法
CN108231919A (zh) 一种具有石墨烯透明电极的碳化硅雪崩光电探测器
CN103137773A (zh) 以黑硅为光敏层的Si-APD光电探测器及其制备方法
CN111463308B (zh) 一种碳化硅同轴紫外光电探测器及其制备方法
CN108630782B (zh) 一种宽探测波段双重等离子工作光电探测器的制备方法
CN207977337U (zh) 一种用于紫外红外双色探测的紫外光电探测器
CN108461571B (zh) 8×8二维面阵SiC紫外光电探测器及其制备方法
CN107195700A (zh) 电场分布均匀的硅掺磷阻挡杂质带探测器及其制作方法
CN110611010B (zh) 一种硅纳米晶/石墨烯宽光谱光电探测器及其制备方法
CN104659152A (zh) 一种基于扭转双层石墨烯的光电探测器及其制备方法
CN207977336U (zh) 一种8×8二维面阵SiC紫外光电探测器
CN105161486B (zh) 苝四甲酸二酐有机层光电耦合器及其制作方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20210507

Address after: Room n505, Weiye building, Pioneer Park, torch hi tech Zone, Xiamen, Fujian, 361000

Applicant after: XIAMEN SAN-U OPTRONICS Co.,Ltd.

Address before: No.n504, Weiye building, Pioneer Park, torch hi tech Zone, Xiamen, Fujian, 361005

Applicant before: XIAMEN XINRONG PHOTOELECTRIC TECHNOLOGY Co.,Ltd.

TA01 Transfer of patent application right
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant