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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Photodetektor-Array-Vorrichtung und insbesondere auf eine monolithisch integrierte Photodetektor-Array-Vorrichtung mit einer integrierten Ausleseschaltung (read-out integrated circuit, ROIC) für ein Laserradar-Bildsignal, die imstande ist, Herstellungsprozesse zu vereinfachen und den Ertrag wesentlich zu steigern, sowie auf ein Verfahren zum Herstellen derselben.
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Beschreibung des Standes der Technik
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In einer integrierten Photodetektor-Array-Schaltung (Photodetektor-Array-IC) zum Erfassen eines Laserradar-Bildsignals im augensicheren 1,55-μm-IR-Band sind Photodetektionsvorrichtungen elektrisch voneinander getrennt angeordnet. Zweidimensionale elektrische Signale der Photodetektionsvorrichtungen werden unabhängig als optische Stromsignale ausgelesen, worauf eine digitale Signalverarbeitung an den optischen Stromsignalen ausgeführt wird, um das Bildsignal zu reproduzieren.
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1 ist ein Schaltplan, der eine herkömmliche Photodetektor-Array-IC für ein Laserradar-Bildsignal zeigt.
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In 1 umfasst eine herkömmliche Photodetektor-Array-IC n × m Photodetektionspixel 110, die in einer Matrix angeordnet sind, um elektrische Signale zu erzeugen, deren Werte einer Menge des einfallenden Lichts entsprechen, und eine ROIC 120, die an einer Seite des Array aus n × m Photodetektionspixeln 110 angeordnet ist, um Ausgaben der n × m elektrischen Signale auszuwählen. Jedes der Photodetektionspixel 110 umfasst eine Photodiode PD. Die ROIC 120 umfasst m erste NMOSFET NM1 und n zweite NMOSFETs NM2.
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Jede Photodiode PD erzeugt einen Strom (oder eine Spannung), die einer Menge des einfallenden Lichts entspricht.
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Jeder erste NMOSFET NM1 wählt elektrische Signale aus, die den durch die Photodioden PD in der Zeile des Photodetektor-Array erzeugten Strömen entsprechen.
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Außerdem steuert jeder zweite NMOSFET NM2 Ausgaben der an die zweiten NMOSFETs NM2 angelegten elektrischen Signale in Reaktion auf die durch o-ctrl1 bis o-ctrln ausgewählten Ausgabesteuersignale.
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Bei der herkömmlichen Photodetektor-Array-Vorrichtungs-IC sind die Photodetektionsvorrichtungen mit InGaAs/InP-basierten Photodioden PD ausgeführt, die imstande sind, 1,55-μm-Licht zu erfassen. Die Steuervorrichtungen zum Auswählen der Lichterfassung und -ausgabe der Photodioden PD sind mit NMOSFETs NM1 und NM2 ausgeführt.
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Jedoch sind die NMOSFETs NM1 und NM2 durch Anwendung eines Silicium-CMOS-basierten Herstellungsprozess, der sich von jenem der InGaAs/InP-basierten Photodioden PD unterscheidet, hergestellt.
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Daher wird bei der herkömmlichen Photodetektor-Array-Vorrichtungs-IC das Fotodioden-Array in Flip-Chip-Form hergestellt, während die NMOSFETs NM1 und NM2 als Silicium-CMOS-basierte Schaltungen hergestellt werden. Als Nächstes werden diese Vorrichtungen untergebracht und zu einer Vorrichtung integriert.
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Jedoch werden das Photodioden-Array und die NMOSFET-basierte ROIC nach verschiedenen Herstellungsprozessen getrennt hergestellt, worauf das Photodioden-Array und die ROIC in einer Vorrichtung untergebracht werden. Daher ist ein sehr komplizierter, schwieriger hybrider Integrations-Ausrichtungs-Prozess erforderlich, um die Elektrodenstrukturen der Photodiode und der NMOSFETs räumlich auszurichten. Als Folge werden die Herstellungsprozesse für die Photodetektor-Array-IC kompliziert und schwierig. Zusätzlich wird deren Ausbeute sehr gering.
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Da eine Oberfläche des PN-Übergangs der Photodiode unmittelbar freiliegt, tritt mit hoher Wahrscheinlichkeit ein Oberflächenleckstrom auf. Daher ist es sehr schwierig, die ULSI (ultra large scale integration) der Photodetektor-Array-Vorrichtungs-IC durchzuführen.
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Stand der Technik:
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Die
US 5489798 A beschreibt eine optoelektronische integrierte Schaltung umfassend ein Halbleiter-Substrat, eine Pin-Typ-Photodiode ausgebildet auf einem ersten Oberflächenbereich des Halbleitersubstrats und einen Hetero-Bipolartransistor ausgebildet auf einem zweiten Oberflächenbereich des Halbleitersubstrats und elektrisch mit der Pin-Typ-Photodiode verbunden, wobei die Pin-Typ-Photodiode aus einer ersten Transistor-Schicht mit einer ersten Kollektor-Schicht, einer ersten Basisschicht, einer erste Tunnelbarrieren-Schicht und einer ersten Emitter-Deckschicht besteht, die alle nacheinander auf dem ersten Oberflächenbereich ausgebildet sind, eine Photodioden-Schicht mit einer Schicht eines ersten Leitungstyps, eine hochohmige Schicht und eine Schicht aus eines zweiten Leitungstyps, die alle die nacheinander auf der ersten Transistor-Schicht ausgebildet sind, wobei erste Elektrodenschichten auf den Schichten des ersten und zweiten Leitfähigkeitstyps ausgebildet sind. Der Hetero-Bipolartransistor wird gebildet durch eine zweiten Transistor-Schicht bestehend aus einer zweiten Kollektor-Schicht, einer zweiten Basisschicht, einer zweiten Tunnelbarrierenschicht und einer zweiten Emitter-Deckschicht, die alle nacheinander auf dem zweiten Flächenbereich getrennt von der ersten Transistor-Schicht und der zweiten Elektrodenschicht jeweils auf zweiten Kollektor-Schicht, der zweiten Basisschicht, und der zweiten Emitter-Deckschicht ausgebildet sind.
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Die
US 5689122 A betriffi einen monolithisch integrierten Demultiplex- Photoempfänger, der auf einem semi-isolierenden InP-Substrat (
16) gebildet wird. Eine Frequenz-Routing-Gerät ist auf dem Substrat ausgebildet und umfasst eine erste Vielzahl von InP/InGaAs-Halbleiterschichten. Mindestens eine pin-Photodiode ist ebenfalls auf dem Substrat ausgebildet und umfasst eine zweite Vielzahl von InP/InGaAs-Halbleiterschichten. Darüber hinaus ist mindestens ein Heterostruktur-Bipolartransistor auf dem Substrat ausgebildet und umfasst eine dritte Vielzahl von InP/InGaAs-Halbleiterschichten. Mindestens eine Schicht aus jeder der ersten, zweiten und dritten Schichten sind im Wesentlichen identisch zueinander.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung schafft eine monolithisch integrierte Photodetektor-Array-Vorrichtung mit ROIC für ein Laserradar-Bildsignal, die imstande ist, Herstellungsprozesse zu vereinfachen und den Ertrag wesentlich zu steigern, sowie ein Verfahren zum Herstellen derselben. Die vorliegende Erfindung schafft außerdem eine monolithisch integrierte Photodetektor-Array-Vorrichtung mit ROIC für ein Laserradar-Bildsignal, die imstande ist, durch Steigern des Integrationsgrads und der Betriebsgeschwindigkeit eines Photodetektionspixels und Verbessern ihrer Rauschcharakteristik ULSI durchzuführen. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Photodetektor-Array-IC für ein Laserradar-Bildsignal geschaffen, umfassend: mehrere Photodetektionspixel, wovon jedes eine Photodiode zum Umsetzen der Energie von einfallendem Licht in elektrische Energie und eine ROIC (integrierte Ausleseschaltung) umfasst, die einen ersten Heteroubergang-Bipolartransistor (heterojection bipolar transistor) zum Auswählen der elektrischer Energie der Photodiode in der Zeile des Photodioden-Array und einen zweiten Heteroübergang-Bipolartransistor zurm Auswählen der Ausgabe der elektrischen Signale, die von demn Photodetektor in der Spalte des Photodioden-Array übertragen werden, umfasst, und Metall-Verbindungsleitungen, die für die elektrische Verbindung zwischen einer n-Elektrode der Photodiode und einer Emitterelektrode des ersten Heteroübergang-Bipolartransistors sowie zwischen einer Kollektorelektrode des ersten Heteroübergang-Bipolartransistors und einer Emitterelektrode des zweiten Heteroübergang-Bipolartransistors vorgesehen sind, wobei die Photodiode, der erste Heteroübergang-Bipolartransistor und der zweite Heteroübergang-Bipolartransistor als monolithischer Chip auf einem semi-isolierenden InP-Substrat-Wafer integriert sind.
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In dem obigen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfassen der erste und der zweite Heteroübergang-Bipolartransistor jeweils: eine Pufferschicht, die auf dem semi-isolierenden InP-Substrat-Wafer gebildet ist, einen Subkollektor, der auf der Pufferschicht gebildet ist, einen Kollektor, der auf einem zentralen Bereich des Subkollektors gebildet ist, eine Basis, die auf dem Kollektor gebildet ist, einen Emitter, der auf einem zentralen Bereich der Basis gebildet ist, eine ohmsche Schicht, die auf dem Emitter gebildet ist, eine Emitterelektrode, die auf der ohmschen Schicht gebildet ist, eine Basiselektrode, die auf beiden Randbereichen der Basis gebildet ist, und eine Kollektorelektrode, die auf beiden Randbereichen des Subkollektors gebildet ist, ein Polyimid, das auf den Subkollektor, die Basis, die Emitterelektrode, die Basiselektrode und die Kollektorelektrode aufgebracht ist, und Oberflächen-Kontaktgebiete, die auf dem Polyimid gebildet sind, um mit der Emitterelektrode, der Basiselektrode und der Kollektorelektrode elektrisch verbunden zu werden.
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Außerdem sind die Emitterelektrode, die Basiselektrode und die Kollektorelektrode aus Ti und/oder Pt und/oder Au gefertigt.
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Außerdem ist die Pufferschicht aus n+-InP gefertigt, der Subkollektor aus n+-InGaAs, der Kollektor aus i-InGaAs, die Basis aus p+-InGaAs, der Emitter aus n+-InP und die ohmsche Schicht aus n+-InGaAs.
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Außerdem sind die Emitter-, Basis- und Kollektorelektroden durch Durchkontaktierungen, die ausgebildet sind, um das Polyimid zu durchdringen, elektrisch mit den Oberflächen-Kontaktgebieten verbunden.
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In dem obigen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die Photodiode: eine Pufferschicht, die auf dem semi-isolierenden InP-Substrat-Wafer gebildet ist, eine n-Schicht, die auf der Pufferschicht gebildet ist, eine Photoabsorptionsschicht, die auf einem zentralen Bereich der n-Schicht gebildet ist, eine p-Schicht, die auf der Photoabsorptionsschicht gebildet ist, eine p-Elektrode, die auf einem Randbereich der p-Schicht gebildet ist, n-Elektroden, die auf beiden Randbereichen der n-Schicht gebildet sind, ein Polyimid, das auf der n-Schicht, der p-Schicht, der p-Elektrode und den n-Elektroden gebildet ist, und Oberflächen-Kontaktgebiete, die auf dem Polyimid gebildet sind, um mit der p-Elektrode und der n-Elektrode elektrisch verbunden zu werden.
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Außerdem sind die p-Elektrode und die n-Elektrode aus Ti/Pt/Au gefertigt.
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Außerdem ist die Pufferschicht aus n+-InP gefertigt, die n-Schicht aus n+-InGaAs, die Photoabsorptionsschicht aus i-InGaAs und die p-Schicht aus p+-InGaAs.
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Außerdem sind die p-Elektrode und die n-Elektrode durch Durchkontaktierungen, die ausgebildet sind, um das Polyimid zu durchdringen, elektrisch mit den Oberflächen-Kontaktgebiete verbunden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer monolithisch integrierten Photodetektor-Array-Vorrichtung mit ROIC für ein Laserradar-Bildsignal geschaffen, umfassend: Bilden auf einem semi-isolierenden InP-Substrat-Wafer einer Photodiode zum Umsetzen der Energie von einfallendem Licht in elektrische Energie, eines ersten Heteroübergang-Bipolartransistors zum selektiven Auswählen der elektrischen Energie der Photodiode in der Zeile des Photodetektor-Array und eines zweiten Heteroübergang-Bipolartransistors zum Auswählen der Ausgabe der elektrischen Signale der Photodioden in der Spalte des Photodioden-Array übertragen werden, Aufbringen von Polyimid auf den semi-isolierenden InP-Substrat-Wafer derart, dass die Photodiode sowie der erste und der zweiter Heteroübergang-Bipolartransistor abgedeckt sind, Bilden der Oberflächen-Kontaktgebiete auf dem Polyimid, wobei die Oberflächen-Kontaktgebiete mit Elektroden der Photodiode sowie des ersten und des zweiten Heteroübergang-Bipolartransistors elektrisch verbunden werden, und Bilden der Metall-Verbindungsleitungen auf dem Polyimid, wobei die Metall-Verbindungsleitungen für die elektrische Verbindung zwischen dem Oberflächen-Kontaktgebiet einer n-Elektrode der Photodiode und dem Oberflächen-Kontaktgebiet einer Emitterelektrode des ersten Heteroübergang-Bipolartransistors sowie zwischen dem Oberflächen-Kontaktgebiet einer Kollektorelektrode des ersten Heteroübergang-Bipolartransistors und dem Oberflächen-Kontaktgebiet einer Emitterelektrode des zweiten Heteroübergang-Bipolartransistors vorgesehen sind.
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In dem obigen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst das Bilden der Photodiode, des ersten Heteroübergang-Bipolartransistors und des zweiten Heteroübergang-Bipolartransistors: aufeinander folgende Züchtung von n+-InP-, n+-InGaAs-, i-InGaAs-, p+-InGaAs-, n+-InP-, n+-InGaAs-Kristallstrukturen auf dem semi-isolierenden InP-Substrat Wafer, Bilden der Emitterelektroden des ersten und des zweiten Heteroübergang-Bipolartransistors auf dem n+-InGaAs, Bilden der Emitter und der ohmschen Schichten des ersten und des zweiten Heteroübergang-Bipolartransistors durch partielles Ätzen, Bilden auf dem p+-InGaAs der Basiselektroden des ersten und des zweiten Heteroübergang-Bipolartransistors derart, dass sie um einen vorgegebenen Abstand von den Emittern getrennt sind, und Bilden einer p-Elektrode der Photodiode, Bilden der Basisschichten und der Kollektorschichten des ersten und des zweiten Heteroübergang-Bipolartransistors sowie einer Photoabsorptionsschicht und einer p-Schicht der Photodiode durch partielles Ätzen des i-InGaAs und des p+-InGaAs, Ausbilden auf dem n+-InGaAs der Kollektorelektroden-Kontaktgebiete für den ersten und den zweiten Heteroübergang-Bipolartransistor derart, dass sie um einen vorgegebenen Abstand von den Basisschichten getrennt sind, und Bilden einer n-Elektrode der Photodiode derart, dass sie um einen vorgegebenen Abstand von der Photoabsorptionsschicht getrennt ist, und Bilden der Pufferschichten und der Subkollektoren des ersten und des zweiten Heteroübergang-Bipolartransistors und der Pufferschicht und der n-Schicht der Photodiode durch partielles Ätzen des n+-InP und des n+-InGaAs.
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Außerdem umfasst das Bilden der Oberflächen-Kontaktgebiete: Bilden der Durchkontaktierungen, die das auf alle Elektroden aufgebrachte Polyimid durchdringen derart, dass die Oberflächen-Kontaktgebiete für den ersten und den zweiten Heteroübergang-Bipolartransistor sowie die Photodiode gebildet sind, Bilden einer Photodiode des Oberflächeneinfalltyps durch Ätzen und Entfernen des auf einen Lichteinfallsbereich der Photodiode aufgebrachten Polyimids und Bilden der Oberflächen-Kontaktgebiete auf den Durchkontaktierungen derart, dass sie mit allen Elektroden des ersten und des zweiten Heteroübergang-Bipolartransistors sowie der Photodiode elektrisch verbunden sind.
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Außerdem sind alle Elektroden des ersten und des zweiten Heteroübergang-Bipolartransistors sowie der Photodiode aus Ti/Pt/Au gefertigt.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die obigen und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlicher, indem beispielhafte Ausführungsformen von ihr genau beschrieben werden, wobei Bezug auf die beigefügte Zeichnung genommen wird, worin:
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1 ein Schaltplan ist, der eine herkömmliche Photodetektor-Array-Vorrichtungs-IC zeigt;
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2 ein Schaltplan ist, der eine Photodetektor-Array-IC gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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3 eine Ansicht ist, die ein Beispiel der Photodetektor-Array-IC gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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4 eine Querschnittsansicht zur Erläuterung der Strukturen von Photodetektionspixeln und einer ROIC gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist; und
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5A bis 5F Querschnittsansichten zur Erläuterung eines Verfahrens zum Herstellen der Photodetektionspixel und einer ROIC gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind.
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GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Nachstehend werden unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung genau beschrieben, so dass der gewöhnliche Fachmann die Ausführungsformen ohne weiteres implementieren kann. Jedoch ist bei der genauen Beschreibung von Funktionsprinzipien der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine genaue Beschreibung wohlbekannter Konstruktionen und Funktionen weggelassen, um die vorliegende Erfindung klarzustellen.
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Außerdem sind in den Abbildungen Elemente mit ähnlichen Funktionen und Arbeitsweisen mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
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2 ist ein Schaltplan, der eine Photodetektor-Array-IC gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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In 2 umfasst die Photodetektor-Array-IC n × m Photodetektionspixel 210, die ähnlich wie bei einer herkömmlichen Struktur in einer Matrix angeordnet sind, und eine ROIC 220, die an einer Seite des Array aus n × m Photodetektionspixeln 210 angeordnet ist. Jedoch umfasst jedes Photodetektionspixel 210 eine Photodiode PD, während die ROIC 220 m erste Heteroübergang-Bipolartransistoren (im Folgenden als HBT bezeichnet) HBT1 und n zweite HBT HBT2 umfasst.
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Das heißt, dass die Photodetektor-Array-IC gemäß der vorliegenden Erfindung einer herkömmlichen Photodetektor-Array-Vorrichtungs-IC ähnlich n × m Photodetektionspixel 210 und die ROIC 220 umfasst. Jedoch sind bei der Photodetektor-Array-IC gemäß der vorliegenden Erfindung herkömmliche MOSFETs durch InGaAs/Inp-basierte HBTs ersetzt, die durch Anwendung eines Herstellungsprozesses für eine Photodiode PD hergestellt sind.
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Wie in 3 gezeigt ist, werden bei der Photodetektor-Array-IC gemäß der vorliegenden Erfindung die n × m Photodetektionspixel 210 und die ROIC 220 gleichzeitig auf demselben Substrat, nämlich einem semi-isolierenden InP-Substrat, gebildet. Als Nächstes werden die Photodetektionspixel 210 und die ROIC 220 unter Verwendung eines Polyimids elektrisch voneinander isoliert. Als Nächstes werden die Photodetektionspixel 210 und die ROIC 220 unter Verwendung von Metall-Verbindungsleitungen elektrisch miteinander verbunden.
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Im Ergebnis kann eine zweidimensionale Photodetektor-Array-IC als ebene monolithische Struktur ausgeführt sein und auch die Metall-Verbindungsstruktur vereinfacht sein.
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4 ist eine Querschnittsansicht zur Erläuterung der Strukturen der Photodetektionspixel und der ROIC gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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In 4 umfasst die Photodiode PD des Photodetektionspixels 210 eine Pufferschicht 11-1, die auf einem semi-isolierenden InP-Substrat-Wafer 10 gebildet ist, eine n-Schicht 12-1, die auf der Pufferschicht 11-1 gebildet ist, eine Photoabsorptionsschicht 13-1, die auf einem zentralen Bereich der n-Schicht 12-1 gebildet ist, eine p-Schicht 14-1, die auf der Photoabsorptionsschicht 13-1 gebildet ist, eine p-Elektrode 18-1, die auf einem Randbereich der p-Schicht 14-1 gebildet ist, n-Elektroden 19-1, die auf beiden Randbereichen der n-Schicht 12-1 gebildet sind, ein Polyimid 20, das auf die n-Schicht 12-1, die p-Schicht 14-1, die p-Elektrode 18-1 und die n-Elektroden 19-1 aufgebracht ist, derart, dass der Höhenunterschied zwischen dem ersten und dem zweiten HBT, HBT1 und HBT2, beseitigt ist, Durchkontaktierungen 21-1, die ausgebildet sind, um das auf die p-Elektrode 18-1 und die n-Elektroden 19-1 aufgebrachte Polyimid zu durchdringen, und p- und n-Oberflächen-Kontaktgebiete 18-1 und 19-1', die auf den Durchkontaktierungen 21-1 gebildet sind.
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Der erste HBT HBT1 umfasst eine Pufferschicht 11-2, die auf dem semi-isolierenden InP-Substrat-Wafer 10 gebildet ist, einen Subkollektor 12-2, der auf der Pufferschicht 11-2 gebildet ist, einen Kollektor 13-2, der auf einem zentralen Bereich des Subkollektors 12-2 gebildet ist, eine Basis 14-2, die auf dem Kollektor 13-2 gebildet ist, einen Emitter 15-2, der auf einem zentralen Bereich der Basis 14-2 gebildet ist, eine ohmsche Schicht 16-2, die auf dem Emitter 15-2 gebildet ist, eine Emitterelektrode 17-2, die auf der ohmschen Schicht 16-2 gebildet ist, Basiselektroden 18-2, die auf beiden Randbereichen der Basis 14-2 gebildet sind, Kollektorelektroden 19-2, die auf beiden Randbereichen des Subkollektors 12-2 gebildet sind, das Polyimid, das auf den Subkollektor 12-2, die Basis 14-2, die Emitterelektrode 17-2, die Basiselektrode 18-2 und die Kollektorelektrode 19-2 aufgebracht ist, derart, dass der Höhenunterschied zur Photodiode PD beseitigt ist, Durchkontaktierungen 21-2, die ausgebildet sind, um das auf die Emitterelektrode, die Basiselektrode und die Kollektorelektroden 17-2, 18-2 und 19-2 aufgebrachte Polyimid 20 zu durchdringen, und Emitter-, Basis- und Kollektor-Oberflächen-Kontaktgebiete 17-2', 18-2' und 19-2', die auf den Durchkontaktierungen 21-2 gebildet sind.
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Der zweite HBT HBT2 der ROIC 220 umfasst eine Pufferschicht 11-3, die auf dem semi-isolierenden InP-Substrat-Wafer 10 gebildet ist, einen Subkollektor 12-3, der auf der Pufferschicht 11-3 gebildet ist, einen Kollektor 13-3, der auf einem zentralen Bereich des Subkollektors 12-3 gebildet ist, eine Basis 14-3, die auf dem Kollektor 13-3 gebildet ist, einen Emitter 15-3, der auf einem zentralen Bereich der Basis 14-3 gebildet ist, eine ohmsche Schicht 16-3, die auf dem Emitter 15-3 gebildet ist, eine Emitterelektrode 17-3, die auf der ohmschen Schicht 16-3 gebildet ist, Basiselektroden 18-3, die auf beiden Randbereichen der Basis 14-3 gebildet sind, Kollektorelektroden 19-3, die auf beiden Randbereichen des Subkollektors 12-3 gebildet sind, das Polyimid 20, das auf den Subkollektor 12-3, die Basis 14-3, die Emitterelektrode 17-3, die Basiselektrode 18-3 und die Kollektorelektrode 19-3 aufgebracht ist, derart, dass der Höhenunterschied zur Photodiode PD beseitigt ist, Durchkontaktierungen 21-3, die ausgebildet sind, um das auf die Emitterelektrode, die Basiselektrode und die Kollektorelektrode 17-3, 18-3 und 19-3 aufgebrachte Polyimid 20 zu durchdringen, und Emitter-, Basis- und Kollektor-Oberflächen-Kontaktgebiete 17-3', 18-3' und 19-3', die auf den Durchkontaktierungen 21-3 gebildet sind.
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Außerdem sind ferner Metall-Verbindungsleitungen 22 für die elektrische Verbindung zwischen dem n-Oberflächen-Kontaktgebiet 19-1' der Photodiode PD und dem Emitter-Oberflächen-Kontaktgebiet 17-2' des ersten HBT HBT1 sowie zwischen der Kollektorelektrode 19-2' des ersten HBT HBT1 und dem Emitter-Oberflächen-Kontaktgebiet 17-3' des zweiten HBT HBT2 vorgesehen.
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Die 5A bis 5F sind Querschnittsansichten zur Erläuterung eines Verfahrens zum Herstellen der Photodetektionspixel und der ROIC gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Zuerst, wie in 5A gezeigt ist, werden in einem Züchtungsverfahren durch metallorganische chemische Dampfabscheidung (metal organic chemical vapor deposition, MOCVD) aufeinander folgend Kristallstrukturen aus n+-InP 11, n+-InGaAs 12, i-InGaAs 13, p+-InGaAs 14, n+-InP 15 und n+-InGaAs 16 auf dem semi-isolierenden InP-Substrat-Wafer 10 gezüchtet.
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Als Nächstes, wie in 5B gezeigt ist, wird zum Herstellen des ersten und des zweiten HBT, HBT1 und HBT2, durch Anwendung eines Photolithographie- und Abhebungsprozesses Ti/Pt/Au auf den Bereichen aus n+-InGaAs des ersten und des zweiten HBT abgeschieden, um die Emitterelektroden 17-2 und 17-3 des ersten und des zweiten HBT, HBT1 und HBT2, zu bilden.
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Als Nächstes werden durch partielles Ätzen des n+-InP 15 und des n+-InGaAs 16 dort, wo die Emitterelektroden 17-2 und 17-3 nicht gebildet sind, die Emitter 15-2 und 15-3 und die ohmschen Schichten 16-2 und 16-3 des ersten und des zweiten HBT, HBT1 und HBT2, gebildet.
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Als Nächstes, wie in 5C gezeigt ist, werden durch Abscheidung von Ti/Pt/Au auf dem p+-InGaAs 14 die Basiselektroden 18-2 und 18-3 des ersten und des zweiten HBT, HBT1 und HBT2, gebildet, derart, dass sie um einen vorgegebenen Abstand von den Emittern 15-2 und 15-3 getrennt sind, wobei gleichzeitig durch Abscheidung von Ti/Pt/Au auf einem Photodiodenbereich des p+-InGaAs 14 die p-Elektrode 18-1 der Photodiode PD gebildet wird.
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Als Nächstes werden durch partielles Ätzen des i-InGaAs 13 und des p+-InGaAs 14 die Basisschichten 13-2 und 13-3 und die Kollektorschichten 14-2 und 14-3 des ersten und des zweiten HBT, HBT1 und HBT2, sowie die Photoabsorptionsschicht 13-1 und die p-Schicht 14-1 der Photodiode PD gebildet.
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Genauer werden das i-InGaAs 13 und das p+-InGaAs 14 partiell geätzt, derart, dass das i-InGaAs 13 und das p+-InGaAs 14, die unter den Basiselektroden 18-2 und 18-3 sowie der p-Elektrode 18-1 abgelagert sind, belassen werden.
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Als Nächstes, wie in 5D gezeigt ist, werden durch Abscheidung von Ti/Pt/Au auf dem n+-InGaAs 12 die Kollektorelektroden-Kontaktgebiete 19-2 und 19-3 des ersten und des zweiten HBT, HBT1 und HBT2, und die n-Elektrode 19-1 der Photodiode gebildet, derart, dass sie um vorgegebene Abstände von den Basisschichten 13-2 und 13-3 und der Photoabsorptionsschicht 13-1 getrennt sind.
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Als Nächstes werden durch partielles Ätzen des n+-InP 11 und des n+-InGaAs 12 in einem Reaktiv-Ionen-Dampfätzverfahren die Bildungsbereiche des ersten HBT, des zweiten HBT und der Photodiode räumlich voneinander getrennt.
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Genauer werden das n+-InP 11 und das n+-InGaAs 12 partiell geätzt, derart, dass das n+-InP 11 und das n+-InGaAs 12, die unter den Kollektorelektroden-Kontaktgebieten 19-2 und 19-3 sowie der n-Elektrode 19-1 abgelagert sind, belassen werden.
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Als Nächstes, wie in 5E gezeigt ist, wird das Polyimid 20 auf den semi-isolierenden InP-Substrat-Wafer 10 aufgebracht, derart, dass der erste HBT HBT1, der zweite HBT HBT2 und die Photodiode PD abgedeckt sind. Als Nächstes werden durch Ätzen des auf sämtliche der Elektroden 17-2, 17-3, 18-1, 18-2, 18-3, 19-1 19-2 und 19-3 des ersten HBT HBT1, des zweiten HBT HBT2 und der Photodiode PD sowie einen Lichteinfallbereich der Photodiode PD aufgebrachten Polyimids 20 in einem Lithographieprozess und einem Trockenätzprozess die Durchkontaktierungen gebildet.
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Als Nächstes, wie in 5F gezeigt ist, werden die Bereiche, in denen das Polyimid 20 entfernt ist, durch Anwendung eines Au-Galvanisierprozesses mit Au galvanisiert. Nach dem Bilden der Durchkontaktierungen 21-1, 21-2 und 21-3 werden die Oberflächen-Kontaktgebiete 17-2', 18-2', 19-2', 17-3', 18-3' und 19-3' des ersten und des zweiten HBT, HBT1 und HBT2, und die Oberflächen-Kontaktgebiete 18-1' und 19-1' der Photodiode PD auf den Durchkontaktierungen 21-1, 21-2 und 21-3 gebildet.
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Schließlich werden die Metall-Verbindungsleitungen für die elektrische Verbindung zwischen dem n-Oberflächen-Kontaktgebiet 19-1' der Photodiode PD und dem Emitter-Oberflächen-Kontaktgebiet 17-2' des ersten HBT HBT1 sowie zwischen der Kollektorelektrode 19-2' des ersten HBT HBT1 und dem Emitter-Oberflächen-Kontaktgebiet 17-3' des zweiten HBT HBT2 auf dem Polyimid 20 gebildet.
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Gemäß den oben erwähnten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist es aufgrund dessen, dass eine Photodiode und Steuervorrichtungen zum Auswählen und Ausgeben eines Laserradar-Bildsignals gleichzeitig auf einem InP-Substrat gebildet werden, möglich, Herstellungsprozesse zu vereinfachen und den Ertrag zu steigern.
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Bei den oben erwähnten Ausführungsformen werden nach dem Bilden der Oberflächen-Kontaktgebiete für den ersten und den zweiten HBT, HBT1 und HBT2, sowie die Photodiode PD entsprechend den Elektroden, die unter dem Polyimid liegen, die Oberflächen-Kontaktgebiete durch die Metall-Verbindungsleitungen elektrisch miteinander verbunden. Jedoch werden gemäß den Herstellungsprozessen und den Vorrichtungscharakteristika die Elektroden des ersten und des zweiten HBT, HBT1 und HBT2, und der Photodiode PD direkt miteinander verbunden.
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Gemäß einer monolithisch integrierten Photodetektor-Array-Vorrichtung mit ROIC und einem Herstellungsverfahren derselben gemäß der vorliegenden Erfindung ist aufgrund dessen, dass eine Photodiode und Steuervorrichtungen zum Auswählen und Ausgeben eines Laserradar-Bildsignals gleichzeitig auf einem InP-Substrat gebildet werden, kein zusätzlicher hybrider Flip-Chip-Unterbringungs-Prozess notwendig, so dass es möglich ist, Herstellungsprozesse zu vereinfachen und den Ertrag wesentlich zu steigern.
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Außerdem werden nach dem gleichzeitigen Bilden der Photodiode und der Steuervorrichtungen zum Auswählen und Ausgeben eines Laserradar-Bildsignals auf einem InP-Substrat die Photodiode und die Steuervorrichtungen durch Verwendung eines Polyimids elektrisch voneinander getrennt. Daher ist die PN-Übergangsoberfläche der Photodiode eingebettet, so dass der Oberflächenleckstrom verringert werden kann und die elektrische Zuverlässigkeit erhöht werden kann. Außerdem kann die Struktur der Steuervorrichtungen vereinfacht werden, so dass die Bildsignalempfangscharakteristika verbessert werden können.
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Daher ist es möglich, die ULSI (ultra sarge scale integration) einer Photodetektor-Array-IC für ein Laserradar-Bildsignal durchzuführen.
