CN215869403U - 像元偏压可控的铟镓砷阵列光敏芯片 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种像元偏压可控的铟镓砷光敏芯片，所述铟镓砷光敏芯片包括依次设置于衬底的缓冲层、吸收层、帽层、钝化层、电极层以及像元阵列，所述像元阵列包含多个像元，每个像元之间电极独立；所述每个像元内的电极独立。本实用新型的像元偏压可控的铟镓砷阵列光敏芯片及其制备方法通过合理地设置阵列中各像元间的隔离结构，可对像元形成独立可控的偏压用于读取相应的电信号，从而获取感光探测数据。同时，外接电路也可根据实际应用场景自定义对接电极层中的若干电极，以获取需要的像元参数。本实施例通过像元的偏压独立控制以及像元信号片上均匀性校正，显著地提高了红外探测的准确性及模块化工作的可操作性。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体技术领域，尤其涉及一种像元偏压可控的铟镓砷阵列光敏芯片及其制备方法。
背景技术
铟镓砷探测器凭借其可近室温工作、高探测率、高可靠性成为短波江外探测的理想选择，基于该类探测器的短波红外成像技术在航天遥感、安防监控、工业检测、医疗影像等领域具有重要的应用价值。并且随着微纳制造技术的不断发展，通过与微透镜、滤光微结构、微型偏振片等光学调制结构的组合可实现多光谱及偏振探测，进一步拓宽了短波红外探测技术的应用领域。
对于常规铟镓砷阵列探测器，为了实现较高的占空因子，通常采用共N 电极或共P电极设计，从而减少信号输入端口的数量，但在某些应用场景中，如一个光敏芯片与多个入射光调制结构进行耦合时，常规铟镓砷阵列探测器无法实现分区域的模块化偏压调控，从而难以满足不同有效信号的探测。同时由于受到芯片制造过程中工艺均匀性的影响，为了准确获取场景中的短波红外信号，通常需在后端系统中进行均匀性校正，这也一定程度上增加了后端信号处理量、降低了成像速度。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有技术中铟镓砷阵列探测器为实现较高的占空因子而难以满足不同有效信号的探测的缺陷，提供一种像元偏压可控的铟镓砷阵列光敏芯片及其制备方法。
本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
本实用新型提供了一种像元偏压可控的铟镓砷光敏芯片，所述铟镓砷光敏芯片包括依次设置于衬底的缓冲层、吸收层、帽层、钝化层、电极层以及像元阵列，所述像元阵列包含多个像元，每个像元之间电极独立；所述每个像元内的电极独立。
较佳地，所述每个像元之间的所述帽层、所述吸收层和所述缓冲层不接触；
所述每个像元包括感光区和非感光区，所述感光区和所述非感光区之间的所述帽层、所述吸收层不接触。
较佳地，所述衬底、所述缓冲层、所述帽层均为InP材料；所述吸收层为InGaAs材料；所述钝化层为氮化硅材料。
较佳地，
所述衬底为半绝缘型材料；
和/或，
所述缓冲层为n型材料；
和/或，
所述吸收层为n型材料。
较佳地，
所述缓冲层的电子浓度范围包括1×1018cm-3-5×1018cm-3；
和/或，
所述吸收层的电子浓度范围包括1×1015cm-3-1×1017cm-3。
较佳地，
所述衬底的厚度范围包括300μm-800μm；
和/或，
所述缓冲层的厚度范围包括1μm-3μm；
和/或，
所述吸收层的厚度范围包括1μm-3μm；
和/或，
所述帽层的厚度范围包括0.5μm-2μm；
和/或，
所述钝化层的厚度范围包括0.2μm-1μm。
较佳地，所述电极层包括p型欧姆接触电极和/或n型欧姆接触电极。
较佳地，所述p型欧姆接触电极位于所述帽层；所述n型欧姆接触电极位于所述缓冲层。
较佳地，所述像元阵列中的相邻像元之间的中心距大于单个像元在所述像元阵列的轴向的感光区长度。
本实用新型还提供了一种铟镓砷光敏芯片的制备方法，用于制备上述的像元偏压可控的铟镓砷光敏芯片；所述制备方法包括步骤：
按像元轴向垂直方向使帽层形成若干凹槽，以在像元轴向划分为若干依次邻接的感光区和非感光区；
去除所述凹槽内的吸收层，以使每个像元内的p电极和n电极隔离；
去除所述凹槽内的缓冲层，以使相邻像元电极隔离；
在所述铟镓砷光敏芯片表面淀积氮化硅材料的钝化层；
生长p型欧姆接触电极于帽层；生长n型欧姆接触电极于缓冲层。
本实用新型的积极进步效果在于：本实用新型的像元偏压可控的铟镓砷阵列光敏芯片及其制备方法通过合理地设置阵列中各像元间的隔离结构，实现了像元的偏压独立控制以及像元信号片上均匀性校正，从而显著地提高了红外探测的准确性及模块化工作的可操作性。
附图说明
图1为本实用新型实施例中的像元偏压可控的铟镓砷阵列光敏芯片的结构示意图。
图2为本实用新型实施例中的像元偏压可控的铟镓砷阵列光敏芯片的制备方法的流程图。
图3为本实用新型实施例中的256×2元像元偏压可控的铟镓砷线列光敏芯片的平面结构示意图。
图4为本实用新型实施例中的128×128元像元偏压可控的铟镓砷面阵光敏芯片的平面结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本实用新型，但并不因此将本实用新型限制在所述的实施例范围之中。
实施例
参见图1所示，本实施例具体提供了一种像元偏压可控的铟镓砷光敏芯片，包括依次设置于衬底1的缓冲层2、吸收层3、帽层4、钝化层5、电极层以及像元阵列，像元阵列包含多个像元，每个像元之间电极独立；每个像元内的电极独立。
作为较佳的实施方式，每个像元之间的帽层4、吸收层3和缓冲层2不接触；每个像元包括感光区10和非感光区11，感光区10和非感光区11之间的帽层4、吸收层3不接触。
作为较佳的实施方式，衬底1、缓冲层2、帽层4均为InP材料；吸收层 3为InGaAs材料；钝化层5为氮化硅材料。
作为较佳的实施方式，衬底1为半绝缘型材料；缓冲层2为n型材料；吸收层3为n型材料。
作为较佳的实施方式，缓冲层2的电子浓度范围为1×1018cm-3-5×1018 cm-3；吸收层3的电子浓度范围为1×1015cm-3-1×1017cm-3。
作为较佳的实施方式，衬底1的厚度范围为300μm-800μm；缓冲层2的厚度范围为1μm-3μm；吸收层3的厚度范围为1μm-3μm；帽层4的厚度范围为0.5μm-2μm；钝化层5的厚度范围为0.2μm-1μm。
作为较佳的实施方式，电极层包括p型欧姆接触电极6和n型欧姆接触电极7，p型欧姆接触电极6位于帽层4；n型欧姆接触电极7位于缓冲层2。本实施方式中，设置的p型欧姆接触电极6和n型欧姆接触电极7之间电极独立，可对所在的像元形成独立可控的偏压用于读取相应的电信号，从而获取感光探测数据。同时，基于电极层由分别独立的p型欧姆接触电极6和n 型欧姆接触电极7构成，在外接其他电路时也可以根据实际应用场景进行自定义对接以获取需要的像元参数。
作为较佳的实施方式，像元阵列中的相邻像元之间的中心距大于单个像元在所述像元阵列的轴向的感光区10的长度。
参见图2所示，本实施例提供了一种像元偏压可控的铟镓砷光敏芯片的制备方法用于制备上述光敏芯片；包括步骤：
S1.按像元轴向垂直方向使帽层形成若干凹槽，以在像元阵列轴向划分为若干依次邻接的感光区和非感光区；
S2.去除凹槽内的吸收层，以使每个像元内的p电极和n电极隔离；
S3.去除凹槽内的缓冲层，以使相邻像元电极隔离；
S4.在铟镓砷光敏芯片表面淀积氮化硅材料的钝化层；
S5.生长p型欧姆接触电极于帽层；生长n型欧姆接触电极于缓冲层。
参见图3所示，本实施例具体提供了一种256×2元的铟镓砷线列光敏芯片，其材料结构为：InP衬底的厚度350μm，n型InP缓冲层浓度3×1018cm-3、厚度2μm，n型In0.53Ga0.47As吸收层浓度5×1015cm-3、厚度2.5μm，n型 InP帽层浓度1.25×1016cm-3、厚度1μm。
具体光敏芯片制作步骤如下：
1)形成感光区：通过光刻及扩散工艺，在n型InP帽层中进行p型掺杂，由p型掺杂区尺寸确定感光区尺寸为30μm×30μm；
2)制作PN电极隔离结构：通过光刻、湿法腐蚀及ICP刻蚀工艺，将特定区域的InGaAs吸收层完全刻蚀去除，从而实现单个像元内的P电极和N 电极的隔离；
3)制作像元隔离结构：通过光刻、湿法腐蚀及ICP、IBE刻蚀工艺，将特定区域的InP缓冲层完全刻蚀去除，从而实现相邻像元间的隔离；
4)淀积钝化层：通过ICPCVD工艺在光敏芯片表面淀积一层厚度400nm 的氮化硅；
5)生长p型欧姆接触电极：通过光刻、ICP刻蚀及离子束溅射工艺，在特定区域生长100nm厚度的金属电极，并采用退火工艺获得与p型InP帽层的欧姆接触；
6)生长n型欧姆接触电极：通过光刻、ICP刻蚀及离子束溅射工艺，在特定区域生长200nm厚度的金属电极，并从刻槽处的InP缓冲层引出至钝化层表面。
参见图4所示，本实施例还提供了一种128×128元铟镓砷面阵光敏芯片，其材料结构为：InP衬底的厚度600μm，n型InP缓冲层浓度2×1018cm-3、厚度2.2μm，n型In0.83Ga0.17As吸收层浓度2×1016cm-3、厚度1.5μm，p型InP帽层浓度5×1018cm-3、厚度0.6μm。
光敏芯片的具体制作步骤如下：
1)形成感光区：通过光刻、PECVD、ICP刻蚀及湿法工艺，将特定区域的p型InP帽层完全刻蚀去除，从而确定感光区尺寸为30μm×25μm；
2)制作PN电极隔离结构：通过光刻、湿法腐蚀及ICP刻蚀工艺，将特定区域的InGaAs吸收层完全刻蚀去除，从而实现单个像元内的P电极和N 电极的隔离；
3)制作像元隔离结构：通过光刻、湿法腐蚀及ICP、IBE刻蚀工艺，将特定区域的InP缓冲层完全刻蚀去除，从而实现相邻像元间的隔离；
4)淀积钝化层：通过ICPCVD工艺在光敏芯片表面淀积一层厚度600nm 的氮化硅；
5)生长p型欧姆接触电极：通过光刻、ICP刻蚀及离子束溅射工艺，在特定区域生长80nm厚度的金属电极，并采用退火工艺获得与p型InP帽层的欧姆接触；
6)生长n型欧姆接触电极：通过光刻、ICP刻蚀及离子束溅射工艺，在特定区域生长250nm厚度的金属电极，并从刻槽处的InP缓冲层引出至钝化层表面。
本实施例的像元偏压可控的铟镓砷阵列光敏芯片及其制备方法通过合理地设置阵列中各像元间的隔离结构，可对像元形成独立可控的偏压用于读取相应的电信号，从而获取感光探测数据。同时，外接电路也可根据实际应用场景自定义对接电极层中的若干电极，以获取需要的像元参数。本实施例通过像元的偏压独立控制以及像元信号片上均匀性校正，显著地提高了红外探测的准确性及模块化工作的可操作性。
虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。
Claims (9)
1.一种像元偏压可控的铟镓砷光敏芯片，其特征在于，所述铟镓砷光敏芯片包括依次设置于衬底的缓冲层、吸收层、帽层、钝化层、电极层以及像元阵列，所述像元阵列包含多个像元，每个像元之间电极独立；所述每个像元内的电极独立。
2.如权利要求1所述的像元偏压可控的铟镓砷光敏芯片，其特征在于，所述每个像元之间的所述帽层、所述吸收层和所述缓冲层不接触；
所述每个像元包括感光区和非感光区，所述感光区和所述非感光区之间的所述帽层、所述吸收层不接触。
3.如权利要求1所述的像元偏压可控的铟镓砷光敏芯片，其特征在于，所述衬底、所述缓冲层、所述帽层均为InP材料；所述吸收层为InGaAs材料；所述钝化层为氮化硅材料。
4.如权利要求2所述的像元偏压可控的铟镓砷光敏芯片，其特征在于，
所述衬底为半绝缘型材料；
和/或，
所述缓冲层为n型材料；
和/或，
所述吸收层为n型材料。
5.如权利要求1所述的像元偏压可控的铟镓砷光敏芯片，其特征在于，
所述缓冲层的电子浓度范围包括1×1018cm-3-5×1018cm-3；
和/或，
所述吸收层的电子浓度范围包括1×1015cm-3-1×1017cm-3。
6.如权利要求1所述的像元偏压可控的铟镓砷光敏芯片，其特征在于，
所述衬底的厚度范围包括300μm-800μm；
和/或，
所述缓冲层的厚度范围包括1μm-3μm；
和/或，
所述吸收层的厚度范围包括1μm-3μm；
和/或，
所述帽层的厚度范围包括0.5μm-2μm；
和/或，
所述钝化层的厚度范围包括0.2μm-1μm。
7.如权利要求1所述的像元偏压可控的铟镓砷光敏芯片，其特征在于，所述电极层包括p型欧姆接触电极和/或n型欧姆接触电极。
8.如权利要求7所述的像元偏压可控的铟镓砷光敏芯片，其特征在于，所述p型欧姆接触电极位于所述帽层；所述n型欧姆接触电极位于所述缓冲层。
9.如权利要求1所述的像元偏压可控的铟镓砷光敏芯片，其特征在于，所述像元阵列中的相邻像元之间的中心距大于单个像元在所述像元阵列的轴向的感光区长度。
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