CN117334776B - 基于周期应变的光电探测器及其制作方法 - Google Patents
基于周期应变的光电探测器及其制作方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117334776B CN117334776B CN202311147126.7A CN202311147126A CN117334776B CN 117334776 B CN117334776 B CN 117334776B CN 202311147126 A CN202311147126 A CN 202311147126A CN 117334776 B CN117334776 B CN 117334776B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- inp
- ingaas
- transition layer
- epitaxial structure
- 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.)
- Active
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 title claims abstract description 21
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 77
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 31
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 28
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 claims description 27
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 18
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 claims description 17
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims description 16
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 14
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 claims description 13
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 11
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 10
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 claims description 10
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 9
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 9
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 8
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims description 8
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims description 8
- 229910004205 SiNX Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 5
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 5
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000003780 insertion Methods 0.000 claims description 4
- 230000037431 insertion Effects 0.000 claims description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 4
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 claims description 4
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 abstract description 120
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 13
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 7
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 5
- 230000004044 response Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 2
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor 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
- H01L31/08—Semiconductor 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
- H01L31/10—Semiconductor 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
- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
- H01L31/105—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PIN type
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor 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
- H01L31/0248—Semiconductor 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 characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0352—Semiconductor 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 characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
- H01L31/035272—Semiconductor 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 characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
- H01L31/03529—Shape of the potential jump barrier or surface barrier
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor 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
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/184—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIIBV compounds, e.g. GaAs, InP
- H01L31/1844—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIIBV compounds, e.g. GaAs, InP comprising ternary or quaternary compounds, e.g. Ga Al As, In Ga As P
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing 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)
Abstract
本申请涉及光电芯片制造技术领域，提出了一种基于周期应变的光电探测器及其制作方法，光电探测器包括：外延结构和分别形成于外延结构正面和背面的P面和N面电极层；外延结构从下至上依次包括：N型掺杂的InP衬底、形成于InP衬底上的N型InP过渡层、形成于N型InP过渡层上的第一InGaAs过渡层、形成于第一InGaAs过渡层上的周期插入匹配InGaAs层的应变InGaAs层、形成于周期插入匹配InGaAs层的应变InGaAs层上的第二InGaAs过渡层、形成于第二InGaAs过渡层上的InP过渡层、形成于InP过渡层上的P型掺杂的InGaAs接触层。通过该方案，有效地降低芯片的暗电流并提升其可靠性。
Description
【技术领域】
本申请涉及光电芯片制造技术领域，尤其涉及一种基于周期应变的光电探测器及其制作方法。
【背景技术】
InGaAs光电探测器因其优异的性能早已广泛应用于通信传感相关的领域。随着社会对生产及生活环境的安全及健康等方面日益增长的需求，诸多监测技术应运而生，其中激光探测是一种快速且安全的无接触式检测技术。光电探测器(PD)芯片便是激光探测系统中的重要组成部分，可以通过监测调谐激光穿透被测物或经被测物反射后的变化，再结合特征波长来分析样品。为了一些特征波长超出常规InGaAs光电探测器吸收范围的样品，需要设法拓宽PD芯片的应用波长范围，比如施加应变结构等方式。但这些方法会对芯片的性能和可靠性产生一定的影响，在生产成本方面相较于常规结构也有不同程度的提升
对于InP基InGaAs探测器芯片，外延结构的禁带宽度Eg决定了探测器芯片可吸收的波长范围。即可通过调整吸收层材料的Eg，来达到调整探测器的响应波长范围的效果。改变Eg的常用方法包括材料掺杂、应变结构、温度调控和超表面结构等。其中，施加应变对于PIN型光电探测器芯片是一种能稳定、低成本且有效地改变吸收层Eg的方法。但基于这种方法的吸收层InGaAs材料的晶格长度与衬底InP材料的晶格长度存在失配，即在生长外延结构的过程中会产生更多的晶格缺陷。随着晶格缺陷增多，探测器芯片的主要性能参数如暗电流也会随之升高，这将使后续器件的背景噪声等参数受到影响。与此同时，探测器芯片的可靠性也会在一定程度上劣化。因此有必要采取措施降低生长应变结构时产生的晶格缺陷。
InxGa1-xAs的晶格常数受其组分比例影响，对于晶格常数为的InP衬底材料，与之晶格匹配的InxGa1-xAs外延层，其组分为x＝0.532。随着组分x偏离该值，InxGa1- xAs外延层的晶格常数会增大或缩小，即InxGa1-xAs外延层与InP衬底层间会产生应变，禁带宽度Eg也随之发生变化。此时，在InxGa1-xAs外延层于InP衬底上的生长过程中，弹性应变会随着厚度的增加而累积。当外延层的厚度达到临界厚度后，累积的失配应力会造成晶格弛豫，生长由层状生长变成三维岛状生长。这会使生长出的外延结构产生更多的晶格缺陷，影响成品的性能表现和可靠性。为了缓解失配应力，外延层的设计通常会采用组分线性渐变、阶梯渐变或超晶格等方式。但这些方式的外延制作复杂度及成本相对较大。
【发明内容】
本申请实施例提供了一种基于周期应变的光电探测器及其制作方法，旨在解决相关技术中存在的上述技术问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种基于周期应变的光电探测器，包括：外延结构和分别形成于所述外延结构正面和背面的P面电极层和N面电极层；
所述外延结构从下至上依次包括：N型掺杂的InP衬底、形成于所述InP衬底上的N型InP过渡层、形成于所述N型InP过渡层上的第一InGaAs过渡层、形成于所述第一InGaAs过渡层上的周期插入匹配InGaAs层的应变InGaAs层、形成于所述周期插入匹配InGaAs层的应变InGaAs层上的第二InGaAs过渡层、形成于所述第二InGaAs过渡层上的InP过渡层、形成于所述InP过渡层上的P型掺杂的InGaAs接触层。
在一个实施例中，可选的，所述周期插入匹配InGaAs层的应变InGaAs层包括：多个周期性设置的匹配InGaAs层和应变InGaAs层。
在一个实施例中，可选的，周期插入匹配InGaAs层的应变InGaAs层的周期数为3～30。
在一个实施例中，可选的，所述N型掺杂的InP衬底的厚度大于或等于300μm，所述N型InP过渡层和InP过渡层的厚度为0.1～2μm，所述InGaAs接触层的厚度为50～400nm，所述匹配InGaAs层的厚度为10～300nm，晶格长度与InP相匹配，所述应变InGaAs层的组分为0.4≤x≤0.65，厚度为50～600nm，所述第一InGaAs过渡层、所述第二InGaAs过渡层、所述InGaAs接触层和所述匹配InGaAs层的组分均为0.532。
第二方面，本申请实施例提供了一种基于周期应变的光电探测器的制作方法，所述方法还包括：
在N型掺杂的InP衬底上依次外延生长N型InP过渡层、第一InGaAs过渡层、周期插入匹配InGaAs层的应变InGaAs层、第二InGaAs过渡层、InP过渡层、P型掺杂的InGaAs接触层；
在所述P型掺杂的InGaAs接触层上进行第一次光刻和第一次湿法腐蚀，得到预设尺寸的InGaAs接触层；
通过第二次光刻和第二次湿法腐蚀，围绕所述InGaAs接触层形成Zn掺杂的P型InP导电区；
通过第三次光刻和第三次湿法腐蚀打开P电极窗口；
通过第四次光刻和PVD法，在所述InGaAs接触层上沉积P面电极层；
减薄处理后，在所述外延结构的背面沉积N面电极层。
在一个实施例中，可选的，在所述P型掺杂的InGaAs接触层上进行第一次光刻和第一次湿法腐蚀，得到预设尺寸的InGaAs接触层，包括：
在所述P型掺杂的InGaAs接触层上涂覆光刻胶，使用光刻机曝光后，显影得到第一目标图形窗口；
使用预设浓度的硫酸系溶液按照所述第一目标图形窗口进行腐蚀，得到预设尺寸的InGaAs接触层。
在一个实施例中，可选的，通过第二次光刻和第二次湿法腐蚀，围绕所述InGaAs接触层形成Zn掺杂的P型InP导电区，包括：
沉积SiO2作为腐蚀阻挡层，涂覆光刻胶并使用光刻机进行曝光，显影得到第二目标图形窗口；
使用BOE腐蚀液按照所述第二目标图形窗口进行腐蚀阻挡层的腐蚀，打开扩散孔；
通过开管扩散对扩散孔区域进行Zn掺杂，形成Zn掺杂的P型InP导电区。
在一个实施例中，可选的，通过第三次光刻和第三次湿法腐蚀打开P电极窗口，包括：
沉积SiNx介质膜层，涂覆光刻胶并使用光刻机进行曝光，显影得到第三目标图形窗口；
使用BOE腐蚀液按照所述第三目标图形窗口进行腐蚀，打开P电极窗口。
在一个实施例中，可选的，通过第四次光刻和PVD法，在所述InGaAs接触层上沉积P面电极层，包括：
使用PVD法中的热蒸发沉积法，在所述P电极窗口上沉积P极金属层，得到覆盖有P极金属的InGaAs接触区。
在一个实施例中，可选的，减薄处理后，在所述外延结构的背面沉积N面电极层，包括：
将所述外延结构减薄处理至预设厚度，得到处理后的外延结构；
在所述处理后的外延结构的背面沉积N极金属。
以上基于周期应变的光电探测器及其制作方法所实现的方案中，基于周期应变的光电探测器，包括：外延结构和分别形成于所述外延结构正面和背面的P面电极层和N面电极层；所述外延结构从下至上依次包括：N型掺杂的InP衬底、形成于所述InP衬底上的N型InP过渡层、形成于所述N型InP过渡层上的第一InGaAs过渡层、形成于所述第一InGaAs过渡层上的周期插入匹配InGaAs层的应变InGaAs层、形成于所述周期插入匹配InGaAs层的应变InGaAs层上的第二InGaAs过渡层、形成于所述第二InGaAs过渡层上的InP过渡层、形成于所述InP过渡层上的P型掺杂的InGaAs接触层。在本发明中，通过在光电探测器外延结构的应变吸收层中周期性地加入匹配缓冲层，可以在保证探测响应度的同时降低外延应变带来的晶格缺陷。这种减少晶格缺陷的方法能够有效地降低芯片的暗电流并提升其可靠性。在生产上，随着晶圆的晶格缺陷得到优化，生产良率也会因暗电流及可靠性不良品的减少而得到明显提升。
【附图说明】
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1示出了根据本申请的一个实施例的基于周期应变的光电探测器的示意结构图。
图2示出了根据本申请的一个实施例的基于周期应变的光电探测器的外延结构的示意结构图。
图3示出了根据本申请的周期插入匹配InGaAs层的应变InGaAs层的示意结构图。
图4示出了根据本申请的一个实施例的基于周期应变的光电探测器的制作方法的流程图。
【具体实施方式】
为了更好的理解本申请的技术方案，下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。
应当明确，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
为了解决相关技术中外延制作复杂度及成本相对较大等技术问题，本申请提出了一种基于周期应变的光电探测器及其制作方法。
下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
图1示出了根据本申请的一个实施例的基于周期应变的光电探测器的示意结构图。
如图1所示，根据本申请的一个实施例的基于周期应变的光电探测器10，包括：外延结构和分别形成于所述外延结构正面和背面的P面电极层和N面电极层；
如图2所示，所述外延结构从下至上依次包括：N型掺杂的InP衬底1、形成于所述InP衬底上的N型InP过渡层2、形成于所述N型InP过渡层上的第一InGaAs过渡层3、形成于所述第一InGaAs过渡层上的周期插入匹配InGaAs层的应变InGaAs层4、形成于所述周期插入匹配InGaAs层的应变InGaAs层上的第二InGaAs过渡层5、形成于所述第二InGaAs过渡层上的InP过渡层6、形成于所述InP过渡层上的P型掺杂的InGaAs接触层7。
如图3所示，在一个实施例中，可选的，所述周期插入匹配InGaAs层的应变InGaAs层包括：多个周期性设置的匹配InGaAs层8和应变InGaAs层9。通过在应变InGaAs层中插入匹配InGaAs层，避免每层应变层的厚度超过晶格弛豫的临界厚度，有效地降低整体的晶格缺陷。
在一个实施例中，可选的，周期插入匹配InGaAs层的应变InGaAs层的周期数为3～30。
在一个实施例中，可选的，所述N型掺杂的InP衬底的厚度大于或等于300μm，所述N型InP过渡层和InP过渡层的厚度为0.1～2μm，所述InGaAs接触层的厚度为50～400nm，所述匹配InGaAs层的厚度为10～300nm，晶格长度与InP相匹配，所述应变InGaAs层的组分为0.4≤x≤0.65，厚度为50～600nm，所述第一InGaAs过渡层、所述第二InGaAs过渡层、所述InGaAs接触层和所述匹配InGaAs层的组分均为0.532。
在该实施例中，通过在光电探测器外延结构的应变吸收层中周期性地加入匹配缓冲层，使周期内每层应变吸收层的生长厚度小于会引起晶格弛豫的临界厚度，达到降低外延结构晶格缺陷的效果。随着晶格缺陷的减少，探测器芯片的暗电流、可靠性及晶圆良率能够得到明显的优化。又由于当入射方式、入射光面积及光敏面大小确定时，InGaAs探测器芯片的响应度主要受InGaAs吸收层的有效厚度影响。当不改变InGaAs吸收层的总厚度时，探测器芯片的响应度不会受到明显影响。
图4示出了根据本申请的一个实施例的基于周期应变的光电探测器的制作方法的流程图。
如图4所示，第二方面，本申请实施例提供了一种基于周期应变的光电探测器的制作方法，包括：
步骤101，在N型掺杂的InP衬底上依次外延生长N型InP过渡层、第一InGaAs过渡层、周期插入匹配InGaAs层的应变InGaAs层、第二InGaAs过渡层、InP过渡层、P型掺杂的InGaAs接触层；
对于本实施例，在具体应用场景中，可利用等离子体增强化学气相沉积设备在各层上依次生长形成对应的外延层结构。
步骤102，在所述P型掺杂的InGaAs接触层上进行第一次光刻和第一次湿法腐蚀，得到预设尺寸的InGaAs接触层；
在一个实施例中，可选的，在所述P型掺杂的InGaAs接触层上进行第一次光刻和第一次湿法腐蚀，得到预设尺寸的InGaAs接触层，包括：
在所述P型掺杂的InGaAs接触层上涂覆光刻胶，使用光刻机曝光后，显影得到第一目标图形窗口；
使用预设浓度的硫酸系溶液按照所述第一目标图形窗口进行腐蚀，得到预设尺寸的InGaAs接触层。
对于本实施例，在具体应用场景中，可通过光刻和湿法腐蚀实现预设的InGaAs接触层图形。具体的，在晶圆表面旋涂上光刻胶，使用光刻机曝光后，显影得到目标图形。再使用一定浓度的硫酸系溶液按照光刻形成的图形窗口进行腐蚀，主要腐蚀InGaAs接触层7。最后去除光刻胶后得到预设图形的InGaAs接触层。
步骤103，通过第二次光刻和第二次湿法腐蚀，围绕所述InGaAs接触层形成Zn掺杂的P型InP导电区；
在一个实施例中，可选的，通过第二次光刻和第二次湿法腐蚀，围绕所述InGaAs接触层形成Zn掺杂的P型InP导电区，包括：
沉积SiO2作为腐蚀阻挡层，涂覆光刻胶并使用光刻机进行曝光，显影得到第二目标图形窗口；
使用BOE腐蚀液按照所述第二目标图形窗口进行腐蚀阻挡层的腐蚀，打开扩散孔；
通过开管扩散对扩散孔区域进行Zn掺杂，形成Zn掺杂的P型InP导电区。
对于本实施例，在具体应用场景中，首先沉积SiO2介质膜作为腐蚀阻挡层，再在晶圆表面旋涂上光刻胶，使用光刻机曝光后，显影得到目标图形。接着使用BOE溶液按照光刻形成的图形窗口进行腐蚀，主要腐蚀SiO2腐蚀阻挡层，暴露出需要掺杂的InP过渡层区域。继续去除光刻胶后，对扩散孔区域进行Zn扩散工序，形成Zn掺杂的P型InP导电区。
步骤104，通过第三次光刻和第三次湿法腐蚀打开P电极窗口；
在一个实施例中，可选的，通过第三次光刻和第三次湿法腐蚀打开P电极窗口，包括：
沉积SiNx介质膜层，涂覆光刻胶并使用光刻机进行曝光，显影得到第三目标图形窗口；
使用BOE腐蚀液按照所述第三目标图形窗口进行腐蚀，打开P电极窗口。
对于本实施例，在具体应用场景中，首先沉积SiNx介质膜层，再在晶圆表面旋涂上光刻胶，使用光刻机曝光后，显影得到目标图形。接着使用BOE溶液按照光刻形成的图形窗口进行腐蚀，主要腐蚀SiNx介质膜层，暴露出需要覆盖P极金属的InGaAs接触层区域。最后去除光刻胶后得到暴露出的InGaAs接触层的窗口。
步骤105，通过第四次光刻和PVD法，在所述InGaAs接触层上沉积P面电极层；
在一个实施例中，可选的，通过第四次光刻和PVD法，在所述InGaAs接触层上沉积P面电极层，包括：
使用PVD法中的热蒸发沉积法，在所述P电极窗口上沉积P极金属层，得到覆盖有P极金属的InGaAs接触区。
对于本实施例，在具体应用场景中，可使用PVD法中的热蒸发沉积法，在暴露出的窗口上沉积P极金属层。最后去除光刻胶后得到覆盖有P极金属的InGaAs接触区。
步骤106，减薄处理后，在所述外延结构的背面沉积N面电极层。
在一个实施例中，可选的，减薄处理后，在所述外延结构的背面沉积N面电极层，包括：
将所述外延结构减薄处理至预设厚度，得到处理后的外延结构；
在所述处理后的外延结构的背面沉积N极金属。
对于本实施例，在具体应用场景中，将晶圆使用CMP法减薄至预设厚度后，在背面沉积N极金属层。最后得到整个背面覆盖有N极金属的晶圆。
以上基于周期应变的光电探测器及其制作方法所实现的方案中，基于周期应变的光电探测器，包括：外延结构和分别形成于所述外延结构正面和背面的P面电极层和N面电极层；所述外延结构从下至上依次包括：N型掺杂的InP衬底、形成于所述InP衬底上的N型InP过渡层、形成于所述N型InP过渡层上的第一InGaAs过渡层、形成于所述第一InGaAs过渡层上的周期插入匹配InGaAs层的应变InGaAs层、形成于所述周期插入匹配InGaAs层的应变InGaAs层上的第二InGaAs过渡层、形成于所述第二InGaAs过渡层上的InP过渡层、形成于所述InP过渡层上的P型掺杂的InGaAs接触层。在本发明中，通过在光电探测器外延结构的应变吸收层中周期性地加入匹配缓冲层，可以在保证探测响应度的同时降低外延应变带来的晶格缺陷。这种减少晶格缺陷的方法能够有效地降低芯片的暗电流并提升其可靠性。在生产上，随着晶圆的晶格缺陷得到优化，生产良率也会因暗电流及可靠性不良品的减少而得到明显提升。
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
应当理解，尽管在本申请实施例中可能采用术语第一、第二等来描述设置单元，但这些设置单元不应限于这些术语。这些术语仅用来将设置单元彼此区分开。例如，在不脱离本申请实施例范围的情况下，第一设置单元也可以被称为第二设置单元，类似地，第二设置单元也可以被称为第一设置单元。
取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于周期应变的光电探测器，其特征在于，包括：外延结构和分别形成于所述外延结构正面和背面的P面电极层和N面电极层；
所述外延结构从下至上依次包括：N型掺杂的InP衬底、形成于所述InP衬底上的N型InP过渡层、形成于所述N型InP过渡层上的第一InxGa1-xAs过渡层、形成于所述第一InxGa1-xAs过渡层上的周期插入匹配InxGa1-xAs层的应变InxGa1-xAs层、形成于所述周期插入匹配InxGa1- xAs层的应变InxGa1-xAs层上的第二InxGa1-xAs过渡层、形成于所述第二InxGa1-xAs过渡层上的InP过渡层、形成于所述InP过渡层上的P型掺杂的InxGa1-xAs接触层；
所述周期插入匹配InxGa1-xAs层的应变InxGa1-xAs层包括：多个周期性设置的匹配InxGa1-xAs层和应变InxGa1-xAs层；
所述N型掺杂的InP衬底的厚度大于或等于300μm，所述N型InP过渡层和InP过渡层的厚度为0.1～2μm，所述InxGa1-xAs接触层的厚度为50～400nm，所述匹配InxGa1-xAs层的厚度为10～300nm，晶格长度与InP相匹配，所述应变InxGa1-xAs层的组分为0.4≤x≤0.65，厚度为50～600nm，所述第一InxGa1-xAs过渡层、所述第二InxGa1-xAs过渡层、所述InxGa1-xAs接触层和所述匹配InxGa1-xAs层的组分均为0.532。
2.根据权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，周期插入匹配InxGa1-xAs层的应变InxGa1-xAs层的周期数为3～30。
3.一种基于周期应变的光电探测器的制作方法，其特征在于，所述方法还包括：
在N型掺杂的InP衬底上依次外延生长N型InP过渡层、第一InxGa1-xAs过渡层、周期插入匹配InxGa1-xAs层的应变InxGa1-xAs层、第二InxGa1-xAs过渡层、InP过渡层、P型掺杂的InxGa1-xAs接触层，形成外延结构，其中，所述周期插入匹配InxGa1-xAs层的应变InxGa1-xAs层包括：多个周期性设置的匹配InxGa1-xAs层和应变InxGa1-xAs层；
所述N型掺杂的InP衬底的厚度大于或等于300μm，所述N型InP过渡层和InP过渡层的厚度为0.1～2μm，所述InxGa1-xAs接触层的厚度为50～400nm，所述匹配InxGa1-xAs层的厚度为10～300nm，晶格长度与InP相匹配，所述应变InxGa1-xAs层的组分为0.4≤x≤0.65，厚度为50～600nm，所述第一InxGa1-xAs过渡层、所述第二InxGa1-xAs过渡层、所述InxGa1-xAs接触层和所述匹配InxGa1-xAs层的组分均为0.532；
在所述P型掺杂的InxGa1-xAs接触层上进行第一次光刻和第一次湿法腐蚀，得到预设尺寸的InxGa1-xAs接触层；
通过第二次光刻和第二次湿法腐蚀，围绕所述InxGa1-xAs接触层形成Zn掺杂的P型InP导电区；
通过第三次光刻和第三次湿法腐蚀打开P电极窗口；
通过第四次光刻和PVD法，在所述InxGa1-xAs接触层上沉积P面电极层；
减薄处理后，在所述外延结构的背面沉积N面电极层。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述P型掺杂的InxGa1-xAs接触层上进行第一次光刻和第一次湿法腐蚀，得到预设尺寸的InxGa1-xAs接触层，包括：
在所述P型掺杂的InxGa1-xAs接触层上涂覆光刻胶，使用光刻机曝光后，显影得到第一目标图形窗口；
使用预设浓度的硫酸系溶液按照所述第一目标图形窗口进行腐蚀，得到预设尺寸的InxGa1-xAs接触层。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过第二次光刻和第二次湿法腐蚀，围绕所述InxGa1-xAs接触层形成Zn掺杂的P型InP导电区，包括：
沉积SiO2作为腐蚀阻挡层，涂覆光刻胶并使用光刻机进行曝光，显影得到第二目标图形窗口；
使用BOE腐蚀液按照所述第二目标图形窗口进行腐蚀阻挡层的腐蚀，打开扩散孔；
通过开管扩散对扩散孔区域进行Zn掺杂，形成Zn掺杂的P型InP导电区。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过第三次光刻和第三次湿法腐蚀打开P电极窗口，包括：
沉积SiNx介质膜层，涂覆光刻胶并使用光刻机进行曝光，显影得到第三目标图形窗口；
使用BOE腐蚀液按照所述第三目标图形窗口进行腐蚀，打开P电极窗口。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，通过第四次光刻和PVD法，在所述InxGa1-xAs接触层上沉积P面电极层，包括：
使用PVD法中的热蒸发沉积法，在所述P电极窗口上沉积P极金属层，得到覆盖有P极金属的InxGa1-xAs接触区。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，减薄处理后，在所述外延结构的背面沉积N面电极层，包括：
将所述外延结构减薄处理至预设厚度，得到处理后的外延结构；
在所述处理后的外延结构的背面沉积N极金属。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311147126.7A CN117334776B (zh) | 2023-09-05 | 2023-09-05 | 基于周期应变的光电探测器及其制作方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311147126.7A CN117334776B (zh) | 2023-09-05 | 2023-09-05 | 基于周期应变的光电探测器及其制作方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117334776A CN117334776A (zh) | 2024-01-02 |
| CN117334776B true CN117334776B (zh) | 2024-05-14 |
Family
ID=89281952
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311147126.7A Active CN117334776B (zh) | 2023-09-05 | 2023-09-05 | 基于周期应变的光电探测器及其制作方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117334776B (zh) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106847933A (zh) * | 2017-01-16 | 2017-06-13 | 中国工程物理研究院电子工程研究所 | 单片集成紫外‑红外双色雪崩光电二极管及其制备方法 |
| CN206541827U (zh) * | 2017-01-16 | 2017-10-03 | 中国工程物理研究院电子工程研究所 | 单片集成紫外‑红外双色雪崩光电二极管 |
| CN107611195A (zh) * | 2017-08-03 | 2018-01-19 | 天津大学 | 吸收层变掺杂InGaAs雪崩光电二极管及制备方法 |
| CN109119508A (zh) * | 2018-08-08 | 2019-01-01 | 镇江镓芯光电科技有限公司 | 一种背入射日盲紫外探测器及其制备方法 |
| CN114023831A (zh) * | 2021-10-30 | 2022-02-08 | 南京中电芯谷高频器件产业技术研究院有限公司 | 一种高速高响应光电探测器及其制作方法 |
| CN114203853A (zh) * | 2021-11-10 | 2022-03-18 | 武汉敏芯半导体股份有限公司 | 一种高速光电探测器芯片的制备方法 |
| CN114242825A (zh) * | 2021-11-12 | 2022-03-25 | 武汉敏芯半导体股份有限公司 | 侧面进光式背光监测光电探测器及其制作方法 |
| CN114823947A (zh) * | 2022-03-28 | 2022-07-29 | 上海科技大学 | 一种InP基超宽光谱光电探测器及其制备方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2454760A2 (en) * | 2009-07-17 | 2012-05-23 | Lockheed Martin Corporation | Strain-balanced extended-wavelength barrier photodetector |
-
2023
- 2023-09-05 CN CN202311147126.7A patent/CN117334776B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106847933A (zh) * | 2017-01-16 | 2017-06-13 | 中国工程物理研究院电子工程研究所 | 单片集成紫外‑红外双色雪崩光电二极管及其制备方法 |
| CN206541827U (zh) * | 2017-01-16 | 2017-10-03 | 中国工程物理研究院电子工程研究所 | 单片集成紫外‑红外双色雪崩光电二极管 |
| CN107611195A (zh) * | 2017-08-03 | 2018-01-19 | 天津大学 | 吸收层变掺杂InGaAs雪崩光电二极管及制备方法 |
| CN109119508A (zh) * | 2018-08-08 | 2019-01-01 | 镇江镓芯光电科技有限公司 | 一种背入射日盲紫外探测器及其制备方法 |
| CN114023831A (zh) * | 2021-10-30 | 2022-02-08 | 南京中电芯谷高频器件产业技术研究院有限公司 | 一种高速高响应光电探测器及其制作方法 |
| CN114203853A (zh) * | 2021-11-10 | 2022-03-18 | 武汉敏芯半导体股份有限公司 | 一种高速光电探测器芯片的制备方法 |
| CN114242825A (zh) * | 2021-11-12 | 2022-03-25 | 武汉敏芯半导体股份有限公司 | 侧面进光式背光监测光电探测器及其制作方法 |
| CN114823947A (zh) * | 2022-03-28 | 2022-07-29 | 上海科技大学 | 一种InP基超宽光谱光电探测器及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117334776A (zh) | 2024-01-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2011511443A (ja) | 放射受光器およびその製造方法 | |
| CN117334776B (zh) | 基于周期应变的光电探测器及其制作方法 | |
| US10608138B2 (en) | Reducing dark current in germanium photodiodes by electrical over-stress | |
| WO2004027439A1 (en) | Measurement of lateral diffusion of diffused layers. | |
| DE19838439C1 (de) | Dünnfilmphotodiode und Verfahren zur Herstellung | |
| DE112019002037B4 (de) | Lichtemittierende Halbleiterelemente und Verfahren zu deren Herstellung | |
| US8927965B2 (en) | Light receiving element and optical device | |
| US20040057052A1 (en) | Measurement of lateral diffusion of diffused layers | |
| US6756613B2 (en) | Shallow-mesa structure for planar PIN and APD photodiodes | |
| US10043848B2 (en) | Semiconductor device and a method of manufacturing a semiconductor device | |
| JP5368007B2 (ja) | 受光素子アレイ | |
| CN106340553B (zh) | 电子输运通道为斜跃迁‑微带型的量子级联红外探测器 | |
| US10741714B2 (en) | Infrared detection device, infrared detection apparatus, and manufacturing method of infrared detection device | |
| DE102015108402A1 (de) | Halbleiterbauelemente, ein Fluidsensor und ein Verfahren zum Bilden eines Halbleiterbauelements | |
| DE19838430C2 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Arrays von Photodetektoren | |
| EP1705716A1 (de) | Halbleiter-Photodetektor und Verfahren zum Herstellen desselben | |
| Sednev et al. | Current–Voltage Characteristics of nBp Structures with Absorbing In 0.53 Ga 0.47 As Layer | |
| US20210164901A1 (en) | Device and method for determining a wavelength of a radiation | |
| DE102018128983B4 (de) | Verfahren zur Temperaturbestimmung sowie zugehöriges Spektral-Reflexionsmesssystem | |
| US6936526B2 (en) | Method of disordering quantum well heterostructures | |
| Gravrand et al. | Status of very long infrared-wave focal plane array development at DEFIR | |
| RU2647979C1 (ru) | Способ изготовления диодов средневолнового ик диапазона спектра | |
| Walker et al. | Minority carrier diffusion in InGaAs/InP P–i–N heterojunctions for photodetector arrays | |
| CN114864618A (zh) | 一种基于锑化物材料选区外延生长的外延片生长方法 | |
| KR101950114B1 (ko) | 반도체 나노와이어 광전 소자 |
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 | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |