專利名稱：碲銦汞光電探測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種采用半導(dǎo)體體晶材料制造的結(jié)構(gòu)的光電探測器制造。
背景技術(shù)：
碲銦汞(Hg3-3xIn2XTe3)是一種三元化合物半導(dǎo)體材料，其能帶結(jié)構(gòu)為直接帶隙，具有高的內(nèi)量子效率，禁帶寬度可調(diào)，與組份x呈正比線性關(guān)系，在工作溫度T＝300K時(shí)，Hg3In2Te6(x＝0.5)的禁帶寬度為0.74eV，對應(yīng)的截止波長為1.67μm。該材料對電離輻射具有很高的參數(shù)穩(wěn)定性，對濃度在5×1019cm-3以下的輸入雜質(zhì)具有電鈍性。采用該材料研制的近紅外光電探測器靈敏度高，具有較強(qiáng)的抗輻射能力，可在惡劣的環(huán)境條件下正常工作，在工作波長為1.55μm的大容量光纖傳輸與通訊領(lǐng)域具有廣闊的市場前景。近年來，國際上對它的研究剛剛起步。
在此前報(bào)道的相關(guān)文獻(xiàn)資料中，由碲銦汞材料的制作的光電探測器均采用了單肖特基p-n結(jié)結(jié)構(gòu)，由于其結(jié)電容較大，對器件的響應(yīng)速度、帶寬均帶來了不利的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是提供一種響應(yīng)速度更快、帶寬更寬的碲銦汞光電探測器，更加適用于各種大容量光纖傳輸系統(tǒng)及其它工作于0.8～1.7μm波段的光電探測領(lǐng)域。
為實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明的技術(shù)方案是采用一種碲銦汞光電探測器，包括碲銦汞晶片，在碲銦汞晶片的正面生長有鈍化保護(hù)層，在鈍化保護(hù)層上設(shè)有一對形狀對應(yīng)的刻槽，刻槽貫透鈍化保護(hù)層，在兩刻槽內(nèi)碲銦汞晶體的表面生長有碲銦汞本征氧化層和透明金屬電極。
所述的兩刻槽為一對梳狀刻槽，兩梳狀刻槽的梳指相互間隔構(gòu)成叉指結(jié)構(gòu)，兩梳狀刻槽內(nèi)的透明金屬電極相應(yīng)成為梳狀透明金屬電極，兩梳狀透明電極的梳指相互間隔構(gòu)成一對叉指結(jié)構(gòu)的梳狀透明金屬電極。
所述的碲銦汞材料為Hg3-3xIn2xTe3晶體材料，所述的透明金屬電極為ITO透明金屬電極。
所述的梳狀透明金屬電極的梳指寬度為1-20μm，梳指間距為1-20μm，梳指長度為10-5000μm。
所述的ITO透明金屬電極采用熱蒸發(fā)或磁控濺射方法形成，其厚度在1000-2000μm之間。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的采用的另一種碲銦汞光電探測器，包括碲銦汞晶片，在碲銦汞晶片的正面生長有鈍化保護(hù)層，在鈍化保護(hù)層上設(shè)有一對形狀對應(yīng)的刻槽，刻槽貫透鈍化保護(hù)層，在兩刻槽內(nèi)碲銦汞晶體的表面生長有一層陽極氧化層，在刻槽內(nèi)陽極氧化層的表面還生長有透明金屬電極層，形成一對透明金屬電極。
所述的兩刻槽為一對梳狀刻槽，兩梳狀刻槽的梳指相互間隔構(gòu)成叉指結(jié)構(gòu)，兩刻槽內(nèi)的陽極氧化層及其表面的透明金屬電極也對應(yīng)成為一對疊層的梳指狀結(jié)構(gòu)，從而形成兩叉指結(jié)構(gòu)的梳狀透明金屬電極。
所述的碲銦汞材料為Hg3-3xIn2xTe3晶體材料，所述的陽極氧化層為碲銦汞本征氧化層，所述的透明金屬電極為ITO透明金屬電極。
所述的梳狀透明金屬電極的梳指寬度為1-20μm，梳指間距為1-20μm，梳指長度為10-5000μm。
所述的ITO透明金屬電極采用熱蒸發(fā)或磁控濺射方法形成，其厚度在1000-5000μm之間。
可見本發(fā)明通過采用MSM(金屬-半導(dǎo)體-金屬)雙肖特基結(jié)構(gòu)，可以減小肖特基結(jié)的結(jié)面積，從而減小探測器的結(jié)電容，提高其響應(yīng)速度，增加工作帶寬。如果在電極上通過加上適當(dāng)?shù)钠秒妷?，使MSM探測器一個(gè)p-n結(jié)處于耗盡狀態(tài)，可進(jìn)一步減小探測器的結(jié)電容，提高響應(yīng)速度，其響應(yīng)時(shí)間可達(dá)ns量級(jí)。通過采用MSM雙肖特基結(jié)結(jié)構(gòu)，可使探測器具有一定的光電導(dǎo)增益，提高探測器的靈敏度。通過采用MSM雙肖特基結(jié)構(gòu)，探測器的電極引出線從晶片的單一表面引出，避免了單一肖特基結(jié)由于碲銦汞晶體材料的體電阻所帶來的信號(hào)損耗。另外，本發(fā)明的探測器制造工藝總體上與目前普通的采用單肖特基結(jié)結(jié)構(gòu)的碲銦汞光電探測器制造工藝相同，在不增加制造難度的情況下，可大大提高探測器的性能。


圖1為普通單肖特基碲銦汞光電探測器芯片結(jié)構(gòu)；圖2為圖1的縱向剖面圖；圖3為本發(fā)明的碲銦汞光電探測器芯片結(jié)構(gòu)；圖4為圖3的縱向剖面圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1、圖2所示，現(xiàn)有的單一肖特基結(jié)的光電探測器中，標(biāo)號(hào)1為透明金屬電極，2為鈍化保護(hù)層，3為陽極氧化層，4為碲銦汞晶片，5為背引出電極。
如圖3、圖4所示，其中I為梳狀電極梳指長度(指長)，w梳狀電極梳指寬度(指寬)，t為梳狀電極梳指間距(指間距)，2為鈍化保護(hù)層，3為陽極氧化層，4為碲銦汞晶片，5為背引出電極，6為電極引線焊接區(qū)，7為ITO透明梳狀電極的梳指。
總體上，本發(fā)明在已生長有鈍化保護(hù)層的碲銦汞晶片上，利用光刻技術(shù)及濕法腐蝕工藝，去除鈍化保護(hù)層，形成叉指狀肖特基接觸窗口，然后利用陽極氧化方法或等離子體氧化方法，在肖特基接觸窗口內(nèi)生長一定厚度的碲銦汞本征氧化層，最后通過熱蒸發(fā)或磁控濺射技術(shù)以及光刻技剝離術(shù)，在接觸電極窗口蒸鍍或?yàn)R射上一定厚度的ITO透明金屬電極，從而與碲銦汞晶體材料形成對0.5～3.0μm波長范圍輻射透明的叉指狀雙肖特基接觸電極結(jié)構(gòu)。探測器的光敏區(qū)叉指電極和電極間的隔離透光區(qū)共同組成，光敏區(qū)大小、形狀可根據(jù)具體的使用需求確定，除采用附圖3中的方形光敏區(qū)外，也可設(shè)計(jì)成圓形或其它形狀。光敏區(qū)內(nèi)的叉指電極寬度及指間距由光敏區(qū)大小、對器件的性能要求以及工藝中的光刻、腐蝕工藝精度等參數(shù)共同確定，引線焊接區(qū)的大小以能夠滿足引線焊接的需求為準(zhǔn)。與普通的單肖特基p-n結(jié)碲銦汞光電探測器相比，本發(fā)明可顯著減小探測器的結(jié)電容，提高器件的響應(yīng)速度、擴(kuò)展工作帶寬并提高靈敏度。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的1)開接觸窗口在已生長有鈍化保護(hù)層2的碲銦汞晶片4上，利用光刻技術(shù)及濕法腐蝕工藝，去除鈍化保護(hù)層，形成梳狀肖特基結(jié)接觸窗口。
2)生長氧化層利用陽極氧化方法或等離子體氧化方法，在肖特基結(jié)接觸窗口內(nèi)生長一定厚度的碲銦汞本征氧化層3。
3)接觸電極制備利用熱蒸發(fā)或磁控濺射方法，在晶片表面蒸發(fā)或?yàn)R射上一定厚度的透明金屬電極7(ITO)薄膜，從而與碲銦汞形成肖特基結(jié)接觸。
4)接觸電極成型利用光刻技術(shù)及剝離工藝，去除電極以外區(qū)域的ITO膜形成叉指狀雙肖特基結(jié)接觸電極結(jié)構(gòu)。
5)測試、封裝通過晶片切割、測試篩選、引線焊接、封裝形成MSM結(jié)構(gòu)碲銦汞光電探測器。
具體的實(shí)施例為實(shí)施例11)在已生長有碲銦汞本征氧化膜+SiO2鈍化保護(hù)層的碲銦汞晶片上，利用光刻技術(shù)及緩沖氫氟酸腐蝕，去除氧化膜+SiO2鈍化保護(hù)層，形成指寬10μm、指間距10μm、指長2500μm的叉指狀肖特基結(jié)接觸窗口。
2)利用PECVD等離子體氧化方法，在肖特基接觸窗口內(nèi)生長15nm的碲銦汞本征氧化層。
3)利用磁控濺射方法，在晶片表面蒸發(fā)或?yàn)R射上150nm的透明金屬電極(ITO)薄膜，從而與碲銦汞形成肖特基結(jié)接觸。
4)利用光刻技術(shù)及剝離工藝，去除電極以外區(qū)域的ITO膜形成叉指狀雙肖特基結(jié)接觸電極結(jié)構(gòu)，5)測試、封裝通過晶片切割、測試篩選、引線焊接、封裝形成MSM結(jié)構(gòu)碲銦汞光電探測器。探測器光譜響應(yīng)范圍為0.8～1.7μm。
實(shí)施例2在已生長有氧化層+SiO2鈍化保護(hù)層的碲銦汞晶片上，利用光刻技術(shù)及緩沖氫氟酸腐蝕，去除碲銦汞氧化膜+SiO2鈍化保護(hù)層，形成指寬2μm、指間距10μm、指長1000μm的叉指狀肖特基結(jié)接觸窗口后，其余工藝步驟、參數(shù)與實(shí)施例1相同。
最后所應(yīng)說明的是以上實(shí)施例僅用以說明而非限制本發(fā)明的技術(shù)方案，盡管參照上述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解依然可以對本發(fā)明進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍的任何修改或局部替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種碲銦汞光電探測器，包括碲銦汞晶片，在碲銦汞晶片的正面生長有鈍化保護(hù)層，其特征在于在鈍化保護(hù)層上設(shè)有一對形狀對應(yīng)的刻槽，刻槽貫透鈍化保護(hù)層，在兩刻槽內(nèi)碲銦汞晶體的表面生長有碲銦汞本征氧化層和透明金屬電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的探測器，其特征在于所述的兩刻槽為一對梳狀刻槽，兩梳狀刻槽的梳指相互間隔構(gòu)成叉指結(jié)構(gòu)，兩梳狀刻槽內(nèi)的透明金屬電極相應(yīng)成為梳狀透明金屬電極，兩梳狀透明電極的梳指相互間隔構(gòu)成一對叉指結(jié)構(gòu)的梳狀透明金屬電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的探測器，其特征在于所述的碲銦汞材料為Hg3-3xIn2xTe3晶體材料，所述的透明金屬電極為ITO透明金屬電極。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的探測器，其特征在于所述的梳狀透明金屬電極的梳指寬度為1-20μm，梳指間距為1-20μm，梳指長度為10-5000μm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的探測器，其特征在于所述的ITO透明金屬電極采用熱蒸發(fā)或磁控濺射方法形成，其厚度在1000-2000μm之間。
6.一種碲銦汞光電探測器，包括碲銦汞晶片，在碲銦汞晶片的正面生長有鈍化保護(hù)層，其特征在于在鈍化保護(hù)層上設(shè)有一對形狀對應(yīng)的刻槽，刻槽貫透鈍化保護(hù)層，在兩刻槽內(nèi)碲銦汞晶體的表面生長有一層陽極氧化層，在刻槽內(nèi)陽極氧化層的表面還生長有透明金屬電極層，形成一對透明金屬電極。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的探測器，其特征在于所述的兩刻槽為一對梳狀刻槽，兩梳狀刻槽的梳指相互間隔構(gòu)成叉指結(jié)構(gòu)，兩刻槽內(nèi)的陽極氧化層及其表面的透明金屬電極也對應(yīng)成為一對疊層的梳指狀結(jié)構(gòu)，從而形成兩叉指結(jié)構(gòu)的梳狀透明金屬電極。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的探測器，其特征在于所述的碲銦汞材料為Hg3-3xIn2xTe3晶體材料，所述的陽極氧化層為碲銦汞本征氧化層，所述的透明金屬電極為ITO透明金屬電極。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的探測器，其特征在于所述的梳狀透明金屬電極的梳指寬度為1-20μm，梳指間距為1-20μm，梳指長度為10-5000μm。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的探測器，其特征在于所述的ITO透明金屬電極采用熱蒸發(fā)或磁控濺射方法形成，其厚度在1000-5000μm之間。
全文摘要
本發(fā)明屬于光電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種碲銦汞光電探測器，包括碲銦汞晶片，在碲銦汞晶片的正面生長有鈍化保護(hù)層，在鈍化保護(hù)層上設(shè)有一對形狀對應(yīng)的刻槽，刻槽貫透鈍化保護(hù)層，在兩刻槽內(nèi)碲銦汞晶體的表面生長有一層陽極氧化層，在刻槽內(nèi)陽極氧化層的表面還生長有透明金屬電極層，形成一對透明金屬電極。與普通的單肖特基p－n結(jié)碲銦汞光電探測器相比，本發(fā)明可顯著減小探測器的結(jié)電容，提高器件的響應(yīng)速度、擴(kuò)展工作帶寬并提高靈敏度。
文檔編號(hào)H01L31/08GK101060142SQ20061001766
公開日2007年10月24日 申請日期2006年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月19日
發(fā)明者孫維國, 魯正雄, 張亮, 趙嵐, 成彩晶, 趙鴻燕 申請人:中國空空導(dǎo)彈研究院