CN118016738A - 一种超晶格红外探测器焦平面芯片结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种超晶格红外探测器焦平面芯片结构及其制备方法，属于超晶格红外探测器焦平面芯片技术领域；所要解决的技术问题为：提供一种超晶格红外探测器焦平面芯片结构及其制备方法的改进；解决该技术问题采用的技术方案为：包括由GaSb材料制备的衬底，在衬底上依次生长有p型缓冲层、p型接触层和p型吸收层；在p型吸收层上还生长有M型势垒层，在M型势垒层上还生长有n型接触层；所述n型接触层上还生长有n型盖层；本发明应用于超晶格红外探测器。
Description
技术领域
本发明提供一种超晶格红外探测器焦平面芯片结构及其制备方法，属于超晶格红外探测器焦平面芯片技术领域。
背景技术
由于具备可穿透烟雾、抗干扰能力强以及全天候工作等功能优点，红外探测器在多个领域得到广泛应用；其中Ⅱ类超晶格红外探测器是近年来兴起的一种新型红外探测器，是制备新一代红外探测器的优选材料，随着新需求的不断发展，Ⅱ类超晶格红外探测器也呈现出良好的市场应用前景。
如图1所示，目前Ⅱ类超晶格红外探测器的制作流程主要为：在GaSb衬底上MBE外延生长所需的外延材料，涂胶光刻显影制作对应的焦平面图形掩膜，通过干法刻蚀刻出对应的焦平面台面，通过PECVD等离子体增强化学气相沉积工艺制作钝化膜，再次涂胶光刻显影制作所需的钝化膜开孔掩膜，通过RIE刻蚀钝化膜进行开孔，再次涂胶光刻显影制作金属电极所需的图形，电子束蒸发金属电极，用有机溶液剥离多余的光刻胶及其之上的多余金属完成所需特定图形的电极金属；之后进行铟柱图形光刻，蒸发金属铟，剥离后完成铟柱制作；铟柱制作后通过倒装焊与读出电路芯片进行互联，之后进行填胶工艺；填胶完成后通过CMP（机械化学研磨抛光）工艺进行GaSb衬底减薄工艺，最后在减薄的GaSb衬底上电子束蒸发抗反膜ZnS达到增加探测的红外信号入射效果；抗反膜制作后进行芯片封装，最终完成超晶格红外焦平面芯片的制作。
如图2所示，经过上述工艺技术制作的超晶格红外焦平面探测器芯片，其下电极位于焦平面的四周，为公用下电极，由于焦平面芯片一般有几十万个台面型微结构构成，因此在图2中用省略号代替未画出的小台面结构。
如图3所示，根据上述工艺技术制作的焦平面芯片，其吸收区产生的光生载流子需要通过下接触层传输到下电极进行收集，尤其是面阵中心台面吸收区产生的光生载流子需要通过较长的传输距离到达下电极，而传输过程中载流子会在下接触层外延材料缺陷处进行复合湮灭，这一过程会影响载流子寿命，降低焦平面芯片的信号强度；同时，由于焦平面芯片不同位置台面吸收区产生的光生载流子传输到下电极的距离不同，将会导致下电极接收到的不同焦平面芯片区域的信号强度不同，影响焦平面芯片的响应均匀性，最终影响焦平面芯片的综合性能。
发明内容
本发明为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种超晶格红外探测器焦平面芯片结构及其制备方法的改进。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种超晶格红外探测器焦平面芯片结构，包括由GaSb材料制备的衬底，在衬底上依次生长有p型缓冲层、p型接触层和p型吸收层；
在p型吸收层上还生长有M型势垒层，在M型势垒层上还生长有n型接触层；
所述n型接触层上还生长有n型盖层。
一种超晶格红外探测器焦平面芯片结构的制备方法，包括如下的制备步骤：
步骤一：制备和生长焦平面芯片上的外延材料结构：
步骤1.1：在400-800um厚的经过Te掺杂GaSb材料的衬底上，采用分子束外延设备生长经过Be掺杂GaSb材料的p型缓冲层1-10um，掺杂浓度为2×1018至3×1018/cm3；
步骤1.2：在p型缓冲层上采用分子束外延设备生长经过Be掺杂InAs或GaSb材料的p型接触层300-600nm，掺杂浓度为2×1018至3×1018/cm3；
步骤1.3：在p型接触层上采用分子束外延设备生长经过Be掺杂InAs或GaSb材料的p型吸收层1-5um，掺杂浓度为2×1016至3×1016/cm3；
步骤1.4：在p型吸收层上采用分子束外延设备生长经过Si掺杂InAs或GaSb或AlSb或GaSb材料的M型势垒层300-600nm；
步骤1.5：在M型势垒层上采用分子束外延设备生长经过Si掺杂InAs或GaSb或AlSb或GaSb材料的n型接触层300-600nm，掺杂浓度为2×1018至3×1018/cm3；
步骤1.6：在n型接触层上采用分子束外延设备生长经过Si掺杂InAs材料的n型盖层10-20nm，掺杂浓度为2×1018至3×1018/cm3；
步骤二：待外延材料结构生长完成后，用丙酮酒精异丙醇将外延材料清洗干净，用氮气枪将外延片吹干；
在外延材料上采用等离子体增强化学气相沉积工艺生长300-600nm氧化硅薄膜作为硬掩模刻蚀外延材料，通过光刻工艺将焦平面台面掩模版图案转移到氧化硅上；
之后以氧化硅为硬掩膜，采用感应耦合等离子刻蚀工艺干法刻蚀外延材料，将部分区域刻蚀到p型接触层，刻蚀后残余硬掩膜不去除直接钝化；
步骤三：台面刻蚀结束后，使用原子层沉积方法沉积30-60nm氧化硅，使用等离子体增强化学气相沉积工艺沉积100-300nm氧化硅作为复合钝化膜，之后进行钝化膜开孔光刻，将需要开孔的区域留出来，其他区域用光刻胶覆盖；
光刻后采用反应离子刻蚀钝化膜进行开孔；
氧化硅开孔刻蚀结束后，使用去胶液丙酮将氧化硅上剩余的光刻胶掩膜去除，形成所需的钝化膜开孔结果；
步骤四：使用光刻胶做掩膜，在钝化膜开孔之后的上下电极区域进行金属电极制作；
步骤五：外延材料结构焦平面工艺完成后，通过倒装焊接工艺完成与读出电路的键合，最后通过杜瓦瓶封装和制冷机降温，连接FPGA、摄像头及显示器后完成红外探测器的制备。
所述步骤二中采用的光刻工艺的具体方法为：
采用光刻胶正胶AZ6130匀胶厚度为4um，设定外延片烘水汽满足：95℃持续300s；
然后进行匀胶操作，设定匀胶转速为：4000rpm持续30s；
进行曝光操作，采用MJB4手动机台75mJ恒剂量模式，曝光时间设定为3s；
设定AZ300MIF溶液的显影时间为35s；
进行坚膜操作，坚膜操作满足：120℃持续10min；
之后采用反应离子刻蚀机台刻蚀500nm氧化硅，形成硬掩膜图案，其中将刻蚀工艺的条件设定为：
工艺气体为CHF3 25sccm、CF4 25sccm，RF功率为135W，工艺腔压力为30mTorr，刻蚀速率为40nm/min。
所述步骤二中采用感应耦合等离子刻蚀工艺的工艺条件具体设定为：
工艺气体采用氯气5sccm、甲烷12sccm、氩气5sccm，真空5mTorr，衬底温度为200℃，ICP功率为600W，RF功率为35W。
所述步骤三中进行钝化膜开孔光刻的条件具体设定为：
光刻胶使用正胶AZ6130，设定匀胶转速为：4000rpm持续30s，匀胶厚度为4um，外延片烘水汽满足：95℃持续300s；
采用MJB4手动机台75mJ恒剂量模式进行曝光，曝光时间设定为3s；
采用AZ300MIF溶液进行显影，显影时间设定为35s；坚膜满足：120℃持续10min。
所述步骤四中进行金属电极制作的具体方法为：
采用的光刻条件为：
光刻胶使用负胶L300，设定匀胶转速为：4000rpm持续30s，前烘95℃持续8min；
采用MJB4手动机台75mJ恒剂量模式进行曝光，曝光时间设定为9s，后烘105℃持续8min；
采用AZ300MIF溶液进行显影，显影时间设定为35s；
电极光刻结束后沉积电极金属，所用金属电极膜系为TiPtAu，厚度分别为50nm、50nm、300nm，然后采用电子束蒸发的方式对电极金属镀膜，设定TiPtAu蒸发速率分别为0.5nm/s、0.5nm/s、1nm/s；
镀膜结束后采用丙酮溶液作为剥离液将电极区域之外的金属剥离，形成所需的电极金属。
所述步骤四中进行金属电极制作的具体方法为：
采用的光刻条件为：
光刻胶使用负胶SUN1300，设定匀胶转速为：2000rpm持续30s，前烘95℃持续8min；
采用MJB4手动机台120mJ恒剂量模式进行曝光，曝光时间设定为9s，后烘110℃持续2min；
采用AZ300MIF溶液进行显影，显影时间设定为35s；
电极光刻结束后沉积电极金属，所用金属电极膜系为TiPtAu，厚度分别为50nm、50nm、300nm，然后采用电子束蒸发的方式对电极金属镀膜，设定TiPtAu蒸发速率分别为0.5nm/s、0.5nm/s、1nm/s；
镀膜结束后采用丙酮溶液作为剥离液将电极区域之外的金属剥离，形成所需的电极金属。
本发明相对于现有技术具备的有益效果为：本发明通过在焦平面芯片每个台面的四周制作下电极，通过金属薄膜的方式将每个台面的下电极连接到公用下电极，避免了光生载流子在外延材料中的长距离传输，可以增加光生载流子寿命，提升焦平面芯片的信号强度，该结构同时解决焦平面面阵在不同区域台面信号不均匀的问题，可以有效提升焦平面芯片的综合性能。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步说明：
图1为现有技术中制作超晶格红外探测器的结构示意图；
图2为现有技术中制作焦平面芯片的俯视结构示意图；
图3为现有技术中制作焦平面芯片的截面结构示意图；
图4为本发明制作的焦平面芯片的俯视结构示意图；
图5为本发明超晶格红外探测器外延材料的结构示意图；
图中：1为衬底、2为p型缓冲层、3为p型接触层、4为p型吸收层、5为M型势垒层、6为n型接触层、7为n型盖层。
具体实施方式
本发明提供一种超晶格红外探测器焦平面芯片结构及其制备方法，其中提供的Ⅱ类超晶格红外探测器焦平面芯片结构，其结构如图4所示，其中涉及的Ⅱ类超晶格红外探测器的外延材料结构，其结构如图5所示；
图5是结构为NMαP的一个Ⅱ类超晶格探测器外延材料结构，超晶格外延材料的主要成份是InAs或GaSb，使用GaSb作为衬底是因为该衬底和外延材料有较小的晶格失配，可以长出较好的外延材料；在衬底之上生长缓冲层也是为了长出较好的外延材料，吸收区可以在光照条件下产生光生载流子，然后产生电流信号；设置的M型势垒层插入AlSb材料，因为AlSb可以同时作为电子和空穴的势垒来抑制暗电流；n&p型接触层都为高掺杂，其中p型接触层是为了更好的光生载流子输送，n型接触层是为了和金属电极形成更好的欧姆接触；设置InAs盖层是因为MBE材料生长时需要用As来结束生长，所以引入InAs盖层；基于该外延材料结构将其通过上下电极之间加载偏压，即可达到检测红外信号的目的。
基于上述外延材料生长制备超晶格红外探测器焦平面芯片的具体方法如下：
首先制备超晶格红外探测器的外延材料结构：
在600um厚的Te掺杂GaSb衬底上利用分子束外延设备MBE生长Be掺杂的p型缓冲层GaSb 1um，掺杂浓度为2×1018/cm3。
在p型缓冲层GaSb上利用分子束外延设备生长Be掺杂的p型接触层InAs/GaSb530nm，掺杂浓度为3×1018/cm3。
在p型接触层上利用分子束外延设备生长Be掺杂的p型吸收层InAs/GaSb 2.1um，掺杂浓度为2×1016/cm3。
在p型吸收层上利用分子束外延设备生长Si掺杂的M型势垒层InAs/GaSb/AlSb/GaSb 520nm。
在M型势垒层上利用分子束外延设备生长Si掺杂的n型接触层InAs/GaSb/AlSb/GaSb 520nm，掺杂浓度为2×1018/cm3。
在n型接触层上利用分子束外延设备生长Si掺杂的n型盖层InAs 20nm，掺杂浓度为2×1018/cm3。
待外延材料生长完成后，用丙酮酒精异丙醇将外延材料清洗干净，之后用氮气枪将外延片吹干。之后在外延材料上PECVD生长500nm氧化硅薄膜作为硬掩模刻蚀外延材料，通过光刻工艺将焦平面台面掩模版图案转移到氧化硅上；
采用的光刻工艺流程步骤为：
采用光刻胶正胶AZ6130匀胶厚度为4um，设定外延片烘水汽满足：95℃持续300s；
然后进行匀胶操作，设定匀胶转速为：4000rpm持续30s；
进行曝光操作，采用MJB4手动机台75mJ恒剂量模式，曝光时间设定为3s；
设定AZ300MIF溶液的显影时间为35s；
进行坚膜操作，坚膜操作满足：120℃持续10min。
之后用RIE（反应离子刻蚀机台）刻蚀500nm氧化硅形成硬掩膜图案，其中将RIE刻蚀工艺条件设定为：
工艺气体采用CHF3 25sccm、CF4 25sccm，RF功率135W，工艺腔压力30mTorr，刻蚀速率约40nm/min。氧化硅刻蚀结束后使用去胶液丙酮将氧化硅上剩余的光刻胶掩膜去除，形成所需的氧化硅硬掩膜图案。
之后以氧化硅为硬掩膜，采用ICP（感应耦合等离子刻蚀）干法刻蚀外延材料，将部分区域刻蚀到图5下部分p型接触层；刻蚀掩膜过程中选用氧化硅硬掩膜，可以达到较好刻蚀效果；刻蚀后残余硬掩膜不去除直接钝化；其中ICP设定的工艺条件为：工艺气体采用氯气5sccm、甲烷12sccm、氩气5sccm，真空5mTorr，衬底温度200℃，ICP功率600W，RF功率35W。
台面刻蚀结束后使用ALD（原子层沉积）方法沉积50nm氧化硅，使用PECVD方法沉积200nm氧化硅作为复合钝化膜，之后进行钝化膜开孔光刻将需要开孔的区域留出来，其他区域用光刻胶覆盖，光刻工艺如前述步骤中流程。光刻后用RIE刻蚀钝化膜进行开孔，RIE工艺条件如前述步骤中流程。氧化硅开孔刻蚀结束后使用去胶液丙酮将氧化硅上剩余的光刻胶掩膜去除，形成所需的钝化膜开孔结果。
使用光刻胶做掩膜，在钝化膜开孔之后的上下电极区域进行金属电极制作，采用的光刻条件为：
光刻胶使用负胶L300，设定匀胶转速为：4000rpm持续30s，前烘95℃持续8min；
采用MJB4手动机台75mJ恒剂量模式进行曝光，曝光时间设定为9s，后烘105℃持续8min；
采用AZ300MIF溶液进行显影，显影时间设定为35s；
电极光刻结束后沉积电极金属，所用金属电极膜系为TiPtAu，厚度分别为50nm、50nm、300nm，然后采用电子束蒸发的方式对电极金属镀膜，设定TiPtAu蒸发速率分别为0.5nm/s、0.5nm/s、1nm/s；
镀膜结束后采用丙酮溶液作为剥离液将电极区域之外的金属剥离，最终形成所需的电极金属。
进一步的，使用光刻胶做掩膜，具体在制作好的上下电极区域制作金属铟柱，采用的光刻条件还可以设置为：
光刻胶使用负胶SUN1300，设定匀胶转速为：2000rpm持续30s，前烘95℃持续8min；
采用MJB4手动机台120mJ恒剂量模式进行曝光，曝光时间设定为9s，后烘110℃持续2min；
采用AZ300MIF溶液进行显影，显影时间设定为35s；
铟柱光刻结束后沉积金属铟，金属铟厚度为6um，此处金属铟镀膜采用电子束蒸发的方式，蒸发速率为3nm/s。镀膜结束后采用丙酮溶液作为剥离液将所需铟柱区域之外的金属剥离，最终形成所需的金属铟柱。
待外延材料结构（材料端）焦平面工艺完成后，通过倒装焊接工艺完成与读出电路的键合。
基于上述制备步骤，最后通过杜瓦瓶封装和制冷机降温，连接FPGA、摄像头及显示器后完成红外探测器的制备。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。
Claims (7)
1.一种超晶格红外探测器焦平面芯片结构，其特征在于：包括由GaSb材料制备的衬底（1），在衬底（1）上依次生长有p型缓冲层（2）、p型接触层（3）和p型吸收层（4）；
在p型吸收层（4）上还生长有M型势垒层（5），在M型势垒层（5）上还生长有n型接触层（6）；
所述n型接触层（6）上还生长有n型盖层（7）。
2.根据权利要求1所述的一种超晶格红外探测器焦平面芯片结构的制备方法，其特征在于：包括如下的制备步骤：
步骤一：制备和生长焦平面芯片上的外延材料结构：
步骤1.1：在400-800um厚的经过Te掺杂GaSb材料的衬底（1）上，采用分子束外延设备生长经过Be掺杂GaSb材料的p型缓冲层（2）1-10um，掺杂浓度为2×1018至3×1018/cm3；
步骤1.2：在p型缓冲层（2）上采用分子束外延设备生长经过Be掺杂InAs或GaSb材料的p型接触层（3）300-600nm，掺杂浓度为2×1018至3×1018/cm3；
步骤1.3：在p型接触层（3）上采用分子束外延设备生长经过Be掺杂InAs或GaSb材料的p型吸收层（4）1-5um，掺杂浓度为2×1016至3×1016/cm3；
步骤1.4：在p型吸收层（4）上采用分子束外延设备生长经过Si掺杂InAs或GaSb或AlSb或GaSb材料的M型势垒层（5）300-600nm；
步骤1.5：在M型势垒层（5）上采用分子束外延设备生长经过Si掺杂InAs或GaSb或AlSb或GaSb材料的n型接触层（6）300-600nm，掺杂浓度为2×1018至3×1018/cm3；
步骤1.6：在n型接触层（6）上采用分子束外延设备生长经过Si掺杂InAs材料的n型盖层（7）10-20nm，掺杂浓度为2×1018至3×1018/cm3；
步骤二：待外延材料结构生长完成后，用丙酮酒精异丙醇将外延材料清洗干净，用氮气枪将外延片吹干；
在外延材料上采用等离子体增强化学气相沉积工艺生长300-600nm氧化硅薄膜作为硬掩模刻蚀外延材料，通过光刻工艺将焦平面台面掩模版图案转移到氧化硅上；
之后以氧化硅为硬掩膜，采用感应耦合等离子刻蚀工艺干法刻蚀外延材料，将部分区域刻蚀到p型接触层（3），刻蚀后残余硬掩膜不去除直接钝化；
步骤三：台面刻蚀结束后，使用原子层沉积方法沉积30-60nm氧化硅，使用等离子体增强化学气相沉积工艺沉积100-300nm氧化硅作为复合钝化膜，之后进行钝化膜开孔光刻，将需要开孔的区域留出来，其他区域用光刻胶覆盖；
光刻后采用反应离子刻蚀钝化膜进行开孔；
氧化硅开孔刻蚀结束后，使用去胶液丙酮将氧化硅上剩余的光刻胶掩膜去除，形成所需的钝化膜开孔结果；
步骤四：使用光刻胶做掩膜，在钝化膜开孔之后的上下电极区域进行金属电极制作；
步骤五：外延材料结构焦平面工艺完成后，通过倒装焊接工艺完成与读出电路的键合，最后通过杜瓦瓶封装和制冷机降温，连接FPGA、摄像头及显示器后完成红外探测器的制备。
3.根据权利要求2所述的一种超晶格红外探测器焦平面芯片结构的制备方法，其特征在于：所述步骤二中采用的光刻工艺的具体方法为：
采用光刻胶正胶AZ6130匀胶厚度为4um，设定外延片烘水汽满足：95℃持续300s；
然后进行匀胶操作，设定匀胶转速为：4000rpm持续30s；
进行曝光操作，采用MJB4手动机台75mJ恒剂量模式，曝光时间设定为3s；
设定AZ300MIF溶液的显影时间为35s；
进行坚膜操作，坚膜操作满足：120℃持续10min；
之后采用反应离子刻蚀机台刻蚀500nm氧化硅，形成硬掩膜图案，其中将刻蚀工艺的条件设定为：
工艺气体为CHF3 25sccm、CF4 25sccm，RF功率为135W，工艺腔压力为30mTorr，刻蚀速率为40nm/min。
4.根据权利要求3所述的一种超晶格红外探测器焦平面芯片结构的制备方法，其特征在于：所述步骤二中采用感应耦合等离子刻蚀工艺的工艺条件具体设定为：
工艺气体采用氯气5sccm、甲烷12sccm、氩气5sccm，真空5mTorr，衬底温度为200℃，ICP功率为600W，RF功率为35W。
5.根据权利要求4所述的一种超晶格红外探测器焦平面芯片结构的制备方法，其特征在于：所述步骤三中进行钝化膜开孔光刻的条件具体设定为：
光刻胶使用正胶AZ6130，设定匀胶转速为：4000rpm持续30s，匀胶厚度为4um，外延片烘水汽满足：95℃持续300s；
采用MJB4手动机台75mJ恒剂量模式进行曝光，曝光时间设定为3s；
采用AZ300MIF溶液进行显影，显影时间设定为35s；坚膜满足：120℃持续10min。
6.根据权利要求5所述的一种超晶格红外探测器焦平面芯片结构的制备方法，其特征在于：所述步骤四中进行金属电极制作的具体方法为：
采用的光刻条件为：
光刻胶使用负胶L300，设定匀胶转速为：4000rpm持续30s，前烘95℃持续8min；
采用MJB4手动机台75mJ恒剂量模式进行曝光，曝光时间设定为9s，后烘105℃持续8min；
采用AZ300MIF溶液进行显影，显影时间设定为35s；
电极光刻结束后沉积电极金属，所用金属电极膜系为TiPtAu，厚度分别为50nm、50nm、300nm，然后采用电子束蒸发的方式对电极金属镀膜，设定TiPtAu蒸发速率分别为0.5nm/s、0.5nm/s、1nm/s；
镀膜结束后采用丙酮溶液作为剥离液将电极区域之外的金属剥离，形成所需的电极金属。
7.根据权利要求5所述的一种超晶格红外探测器焦平面芯片结构的制备方法，其特征在于：所述步骤四中进行金属电极制作的具体方法为：
采用的光刻条件为：
光刻胶使用负胶SUN1300，设定匀胶转速为：2000rpm持续30s，前烘95℃持续8min；
采用MJB4手动机台120mJ恒剂量模式进行曝光，曝光时间设定为9s，后烘110℃持续2min；
采用AZ300MIF溶液进行显影，显影时间设定为35s；
电极光刻结束后沉积电极金属，所用金属电极膜系为TiPtAu，厚度分别为50nm、50nm、300nm，然后采用电子束蒸发的方式对电极金属镀膜，设定TiPtAu蒸发速率分别为0.5nm/s、0.5nm/s、1nm/s；
镀膜结束后采用丙酮溶液作为剥离液将电极区域之外的金属剥离，形成所需的电极金属。
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Citations (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101937957A (zh) * | 2010-08-11 | 2011-01-05 | 中国科学院半导体研究所 | 氮化镓基垂直结构发光二极管电极结构的制作方法 |
| CN103887360A (zh) * | 2014-04-16 | 2014-06-25 | 中国科学院半导体研究所 | InAs/GaSb超晶格红外光电探测器及其制备方法 |
| US20160163850A1 (en) * | 2014-12-04 | 2016-06-09 | Stmicroelectronics, Inc. | Ldmos finfet device and method of manufacture using a trench confined epitaxial growth process |
| JP2016119373A (ja) * | 2014-12-19 | 2016-06-30 | 株式会社日立製作所 | 半導体記憶装置及びその製造方法 |
| CN106684200A (zh) * | 2016-12-30 | 2017-05-17 | 云南师范大学 | 一种三色红外探测器的制备方法 |
| CN106981550A (zh) * | 2017-03-29 | 2017-07-25 | 广东工业大学 | 一种易封装易散热倒装高压led芯片 |
| KR20180019269A (ko) * | 2016-08-16 | 2018-02-26 | 세미-컨덕터 디바이스-언 엘벗 시스템즈-라파엘 파트너쉽 | 반도체 장치 |
| CN207116465U (zh) * | 2017-03-29 | 2018-03-16 | 广东工业大学 | 一种易封装易散热倒装高压led芯片 |
| US20180342635A1 (en) * | 2017-05-24 | 2018-11-29 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Light receiving device and method of producing light receiving device |
| US20190259891A1 (en) * | 2018-02-16 | 2019-08-22 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Infrared light receiving device, method for fabricating infrared light receiving device |
| US20200035846A1 (en) * | 2018-07-27 | 2020-01-30 | The Government Of The United States, As Represented By The Secretary Of The Navy | Methods and apparatuses for improved barrier and contact layers in infrared detectors |
| CN110797424A (zh) * | 2019-11-15 | 2020-02-14 | 南京大学 | 一种具有暗电流抑制结构的锑化物超晶格甚长波红外探测器 |
| CN111584671A (zh) * | 2020-04-23 | 2020-08-25 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种基于微腔谐振选频的高性能窄带红外探测器 |
| CN111710732A (zh) * | 2020-06-11 | 2020-09-25 | 南京大学 | 一种锑化物超晶格甚长波红外探测器中抑制扩散暗电流的结构 |
| CN114256378A (zh) * | 2020-09-11 | 2022-03-29 | 上海丽恒光微电子科技有限公司 | 一种制冷红外探测器及其制备方法 |
| CN115764553A (zh) * | 2023-01-09 | 2023-03-07 | 苏州长光华芯光电技术股份有限公司 | 一种二维可寻址vcsel及其制备方法 |
| CN116705805A (zh) * | 2023-08-03 | 2023-09-05 | 太原国科半导体光电研究院有限公司 | 入射增强的超晶格红外探测器及其制备方法 |
-
2024
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Patent Citations (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101937957A (zh) * | 2010-08-11 | 2011-01-05 | 中国科学院半导体研究所 | 氮化镓基垂直结构发光二极管电极结构的制作方法 |
| CN103887360A (zh) * | 2014-04-16 | 2014-06-25 | 中国科学院半导体研究所 | InAs/GaSb超晶格红外光电探测器及其制备方法 |
| US20160163850A1 (en) * | 2014-12-04 | 2016-06-09 | Stmicroelectronics, Inc. | Ldmos finfet device and method of manufacture using a trench confined epitaxial growth process |
| JP2016119373A (ja) * | 2014-12-19 | 2016-06-30 | 株式会社日立製作所 | 半導体記憶装置及びその製造方法 |
| KR20180019269A (ko) * | 2016-08-16 | 2018-02-26 | 세미-컨덕터 디바이스-언 엘벗 시스템즈-라파엘 파트너쉽 | 반도체 장치 |
| CN106684200A (zh) * | 2016-12-30 | 2017-05-17 | 云南师范大学 | 一种三色红外探测器的制备方法 |
| CN106981550A (zh) * | 2017-03-29 | 2017-07-25 | 广东工业大学 | 一种易封装易散热倒装高压led芯片 |
| CN207116465U (zh) * | 2017-03-29 | 2018-03-16 | 广东工业大学 | 一种易封装易散热倒装高压led芯片 |
| US20180342635A1 (en) * | 2017-05-24 | 2018-11-29 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Light receiving device and method of producing light receiving device |
| US20190259891A1 (en) * | 2018-02-16 | 2019-08-22 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Infrared light receiving device, method for fabricating infrared light receiving device |
| US20200035846A1 (en) * | 2018-07-27 | 2020-01-30 | The Government Of The United States, As Represented By The Secretary Of The Navy | Methods and apparatuses for improved barrier and contact layers in infrared detectors |
| CN110797424A (zh) * | 2019-11-15 | 2020-02-14 | 南京大学 | 一种具有暗电流抑制结构的锑化物超晶格甚长波红外探测器 |
| CN111584671A (zh) * | 2020-04-23 | 2020-08-25 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种基于微腔谐振选频的高性能窄带红外探测器 |
| CN111710732A (zh) * | 2020-06-11 | 2020-09-25 | 南京大学 | 一种锑化物超晶格甚长波红外探测器中抑制扩散暗电流的结构 |
| CN114256378A (zh) * | 2020-09-11 | 2022-03-29 | 上海丽恒光微电子科技有限公司 | 一种制冷红外探测器及其制备方法 |
| CN115764553A (zh) * | 2023-01-09 | 2023-03-07 | 苏州长光华芯光电技术股份有限公司 | 一种二维可寻址vcsel及其制备方法 |
| CN116705805A (zh) * | 2023-08-03 | 2023-09-05 | 太原国科半导体光电研究院有限公司 | 入射增强的超晶格红外探测器及其制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| GREENHILL, C: "Influence of quantum dot morphology on the optical properties of GaSb/GaAs multilayers", APPLIED PHYSICS LETTERS, vol. 116, no. 25, 24 June 2020 (2020-06-24), pages 252107 - 252110, XP012248076, DOI: 10.1063/5.0011094 * |
| 陈建新;林春;何力;: "InAs/GaSbⅡ类超晶格红外探测技术", 红外与激光工程, vol. 40, no. 05, 25 May 2011 (2011-05-25), pages 786 - 790 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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