專利名稱：平面型銦鎵砷紅外焦平面探測器及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及平面型銦鎵砷紅外焦平面探測器，具體涉及器件結(jié)構(gòu)及制備方法。
背景技術(shù)：
平面型銦鎵砷探測器是銦鎵砷探測器的主流結(jié)構(gòu)，它主要采用Zn擴(kuò)散的方 法在n-InP/ InGaAs / n-InP外延材料中實現(xiàn)p型摻雜以制備光敏元的pn結(jié)區(qū)。 這種方法得到的器件暗電流小、探測率高、壽命長，適合在航空遙感領(lǐng)域應(yīng)用。 但它具有一些不可避免的缺點l)pn結(jié)的熱穩(wěn)定性較差，由于Zn元素在InP中 的擴(kuò)散系數(shù)較大，這使得它很容易在后續(xù)的熱處理中向外擴(kuò)散而造成pn結(jié)的穩(wěn) 定性變差。2)光敏元擴(kuò)大，InP中較長的少子壽命致使pn結(jié)的側(cè)向收集效應(yīng)十 分顯著，最終造成實際光敏元相對設(shè)計值偏大，為了使其與設(shè)計值相等，通常 采用縮小擴(kuò)散窗口的方法，可是這種方法因受到擴(kuò)散誤差的限制而不易控制， 同時會引入較大的非均勻性。3)p電極接觸工藝復(fù)雜，在銦鎵砷二極管器件中， Au/Zn/Au是最重要的p電極接觸，這一金屬體系可以與p-InP形成很好的歐姆 接觸，可是，它與InP的粘附性較差，而且其生長過程較為復(fù)雜；特別是由于 Zn的蒸氣壓較大，在生長過程中Zn的厚度不易控制。

發(fā)明內(nèi)容
基于上述已有器件存在的問題，本發(fā)明的目的是提出一種可克服pn結(jié)成結(jié) 困難、光敏元擴(kuò)大以及p電極體系工藝復(fù)雜等問題的平面型銦鎵砷紅外焦平面 探測器及制備方法。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是l)在器件熱處理過程之前生長Si02鈍化膜來阻止Zn在熱處理過程中的向外擴(kuò)散，2)在Zn擴(kuò)散區(qū)域表面周圍 設(shè)置環(huán)型的加厚Cr/Au電極層，通過Au層對入射光的反射來實現(xiàn)光敏元區(qū)的限 定，3)采用Au作為器件的p電極，通過在Si02層保護(hù)下的熱退火過程得到性能 優(yōu)良的歐姆接觸。
本發(fā)明的平面型銦鎵砷紅外焦平面探測器，包括n-InP襯底l，在n-InP 襯底上通過外延方法依次排列生長n-InP2/ InGaAs本征層3/ n-InP帽層4， 在n-InP帽層上通過光刻、Zn擴(kuò)散形成平面型pn結(jié)，在Zn擴(kuò)散區(qū)域6及n-InP 帽層上生長有一層Si02鈍化增透膜7，在n-InP襯底的另一面生長有一底電極 層9，其特征在于在Si02鈍化增透層上，對著Zn擴(kuò)散區(qū)域上方周圍有一環(huán)形 電極8,被環(huán)形電極圍成的Zn擴(kuò)散區(qū)域為光敏元區(qū)域lO。在光敏元區(qū)域有一從 Zn擴(kuò)散區(qū)域引出的P電極8-l， P電極與環(huán)形電極聯(lián)接，P電極通過環(huán)形電極將 探測信號引出。P電極由Au制成，環(huán)形電極采用Cr/Au，其厚度為3000-8000A。 所說的光敏元為線列或面陣。Si02鈍化增透膜7的厚度2100-2500A。 本發(fā)明的平面型銦鎵砷紅外焦平面探測器的制備方法，其步驟如下 §1.將生長好的外延片依次用三氯甲垸、乙醚、丙酮、乙醇超聲清洗，氮 氣吹干；
§2.正膠(厚膠)光刻，光刻后烘干；Ar+離子刻蝕形成光刻標(biāo)記；丙酮 去光刻膠，去離子水沖洗，氮氣吹干；
§3.生長Si02掩膜，正膠(厚膠)光刻Zn擴(kuò)散窗口； HF酸緩沖液腐蝕Si02 擴(kuò)散窗口掩膜，丙酮去光刻膠，去離子水沖洗，氮氣吹干；
§4.閉管擴(kuò)散將上述樣品與Zri3P2粉末真空密封于石英管中，然后加熱進(jìn) 行擴(kuò)散，形成平面pn結(jié)；其特征在于
§ 5.在Zn擴(kuò)散區(qū)域上光刻電極孔，孔內(nèi)生長與p-InP歐姆接觸的P電極;
§ 6. P電極上、Zn擴(kuò)散區(qū)域上及n-InP帽層上生長Si02鈍化增透膜，然 后在450-49(TC的溫度下，退火處理，時間10-15s;
§7.正膠(厚膠)光刻，光刻后65。C烘干20分鐘，HF酸緩沖液腐蝕掉P 電極上的Si02鈍化增透膜，丙酮去光刻膠，去離子水沖洗，氮氣吹干；
§8.正膠(厚膠)光刻，離子束濺射法生長Cr/Au加厚環(huán)形電極，其厚度 為200-300/2800-7700A;
§9.襯底背面拋光，生長Au層作為n電極。 本發(fā)明的優(yōu)點是
1. 由于Si02膜是良好的Zn擴(kuò)散掩膜，熱處理前生長Si02鈍化增透膜，成 功阻止了 Zn元素在熱處理過程中的向外擴(kuò)散，增強了 pn結(jié)區(qū)的熱穩(wěn)定性，并 且可以使電極在退火中保持良好形貌，同時，通過控制Si02膜的厚度實現(xiàn)對器 件表面的鈍化以及對光的增透；
2. 環(huán)型加厚電極上的Au層對入射光的反射，阻止了這一區(qū)域光生載流子 的形成，實現(xiàn)了對有效光敏元的控制，與傳統(tǒng)的方法相比，它在工藝上更容易 實現(xiàn)，而且由于加厚電極的形狀可以由光刻圖形決定，所以這種方法對有效光 敏元的控制更加精確；
3. p電極采用單層的Au層，與Au/Zn/Au多層體系相比，它簡化了器件的 p電極生長工藝，這對工藝的穩(wěn)定性以及器件性能的均勻性都有非常重要的作 用，而且，單層Au層與InP粘附性更好，更重要的是，通過Si02層保護(hù)下的熱 退火過程，它完全可以實現(xiàn)與Au/Zn/Au體系同樣良好的歐姆接觸。


圖1為銦鎵砷線列探測器的剖面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為圖1的俯視圖3為銦鎵砷線列探測器的制備工藝流程圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的具體實施方式
作進(jìn)一步的詳細(xì)說明
見圖3a，本實施例所用的外延片結(jié)構(gòu)為厚度為650tx m的n型InP襯底1， 載流子濃度3-4X 1018cm—3;用M0CVD技術(shù)在襯底1上依次生長厚度為0. 5 u m的 n型InP層2，載流子濃度2-3X 1018cm 3; 厚度為2. 5 u m的In。.53Ga。.47As本征 吸收層3，載流子濃度5-6 X 10lficnf3;厚度為1 u m的n型InP帽層4，載流子 濃度大于5X10"cm—3。然后依次用三氯甲垸、乙醚、丙酮、乙醇超聲清洗外延片， 氮氣吹干；正膠(厚膠)光刻，光刻后65'C烘干20分鐘；
見圖3b， Ar+離子刻蝕形成光刻標(biāo)記，離子能量為300eV，束流為8。cm—3， 刻蝕10分鐘；
丙酮去光刻膠，去離子水沖洗，氮氣吹干；
生長Si02擴(kuò)散掩膜7-1，厚度為2300A，正膠(厚膠)光刻，光刻后65。C烘 干20分鐘；
HF酸緩沖液(HF:NH4F:H20=3:6:9)腐蝕Si02擴(kuò)散窗口掩膜，丙酮去光刻膠， 去離子水沖洗，氮氣吹干；
閉管擴(kuò)散將樣品與適量的Zn3P2粉末真空密封于石英管中，然后加熱進(jìn)行 擴(kuò)散，形成Zn的擴(kuò)散區(qū)6;
見圖3c，正膠(厚膠)光刻，光刻后65。C烘干20分鐘，生長p-InP歐姆 接觸的Au p電極8;
見圖3d，生長Si02鈍化膜7-2，厚度為2300A，然后在49(TC下退火，時間
12s;
正膠(厚膠)光刻，光刻后65。C烘干20分鐘，HF酸緩沖液
(HF:NH4F:H20=3:6:9)腐蝕Si02鈍化膜，丙酮去光刻膠，去離子水沖洗，氮氣 吹干；
正膠(厚膠)光刻，離子束濺射法生長Cr/Au加厚電極8，厚度為200/4000A; 見圖l，樣品背面拋光，生長Au層作為n電極9， Si02擴(kuò)散掩膜7-l和Si02 鈍化膜7-2 —起構(gòu)成Si02鈍化增透膜7。
權(quán)利要求
1.一種平面型銦鎵砷紅外焦平面探測器，包括n-InP襯底(1)，在n-InP襯底上通過外延方法依次排列生長n-InP(2)/InGaAs本征層(3)/n-InP帽層(4)，在n-InP帽層上通過光刻、Zn擴(kuò)散形成平面型pn結(jié)，在Zn擴(kuò)散區(qū)域(6)及n-InP帽層上生長有一層SiO2鈍化增透膜(7)，在n-InP襯底的另一面生長有一底電極層(9)，其特征在于在SiO2鈍化增透膜(7)上，對著Zn擴(kuò)散區(qū)域上方周圍有一環(huán)形電極(8)，被環(huán)形電極圍成的Zn擴(kuò)散區(qū)域為光敏元區(qū)域(10)，在光敏元區(qū)域有一從Zn擴(kuò)散區(qū)域引出的P電極(8-1)，P電極與環(huán)形電極聯(lián)接，P電極通過環(huán)形電極將探測信號引出。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的一種平面型銦鎵砷紅外焦平面探測器，其特征在于 所說的P電極由Au制成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的一種平面型銦鎵砷紅外焦平面探測器，其特征在于 所說的環(huán)形電極采用Cr/Au。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的一種平面型銦鎵砷紅外焦平面探測器，其特征在于 所說的光敏元為線列或面陣。
5. —種平面型銦鎵砷紅外焦平面探測器的制備方法，其步驟如下§A.將生長好的外延片依次用三氯甲烷、乙醚、丙酮、乙醇超聲清洗，氮 氣吹干；§B.正膠(厚膠)光刻，光刻后烘干；Ar+離子刻蝕形成光刻標(biāo)記；丙酮 去光刻膠，去離子水沖洗，氮氣吹干；§C.生長Si02掩膜，厚度為2100-2500A，正膠(厚膠)光刻Zn擴(kuò)散窗口； HF酸緩沖液腐蝕Si02擴(kuò)散窗口掩膜，丙酮去光刻膠，去離子水沖洗，氮氣吹干; §D.閉管擴(kuò)散將上述樣品與Zri3P2粉末真空密封于石英管中，然后加熱進(jìn) 行擴(kuò)散，形成平面pn結(jié)；其特征在于§ E.在Zn擴(kuò)散區(qū)域上光刻電極孔，孔內(nèi)生長與p-InP歐姆接觸的Au P電極；§ F. P電極上、Zn擴(kuò)散區(qū)域上及n-InP帽層上生長Si02鈍化增透膜，厚 度為2100-2500A,然后在450-49(TC的溫度下，退火處理，時間10_15s;§G.正膠(厚膠)光刻，光刻后65。C烘干20分鐘，HF酸緩沖液腐蝕掉P 電極上的Si02鈍化增透膜，丙酮去光刻膠，去離子水沖洗，氮氣吹干；§H.正膠(厚膠)光刻，離子束濺射法生長Cr/Au加厚環(huán)形電極，厚度 200-300/2800-7700人；§1.襯底背面拋光，生長Au層作為n電極。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種平面型銦鎵砷紅外焦平面器件，包括在外延片上通過Zn擴(kuò)散形成平面型pn結(jié)，其特征是在Zn擴(kuò)散區(qū)域上方周圍有一加厚Cr/Au環(huán)形電極，通過Au層對入射光的反射來實現(xiàn)光敏元區(qū)的限定。由于加厚電極的形狀由光刻圖形決定，所以有效光敏元的面積可以得到精確控制。器件制備方法的特征是在熱處理前先生長SiO₂鈍化膜來阻止Zn在熱處理過程中的向外擴(kuò)散，增強了pn結(jié)的熱穩(wěn)定性，而且通過控制SiO₂膜的厚度實現(xiàn)了對器件表面的鈍化以及對光的增透。p電極采用單層Au層，簡化了p電極生長工藝，這對工藝的穩(wěn)定性以及器件的均勻性都有重要的意義，Au與InP粘附性較好，而且，通過SiO₂層保護(hù)下的熱退火過程，可以實現(xiàn)與Au/Zn/Au良好的歐姆接觸。
文檔編號H01L31/103GK101170142SQ20071017071
公開日2008年4月30日 申請日期2007年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月21日
發(fā)明者吳小利, 唐恒敬, 張可峰, 雪 李, 龔海梅 申請人:中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所