專利名稱：光伏型多量子阱紅外探測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及紅外探測器，具體是指一種光伏型多量子阱紅外探測器。
背景技術(shù)：
根據(jù)工作模式，半導(dǎo)體紅外探測器可以分為光導(dǎo)型和光伏型二類。光導(dǎo)型 紅外探測器由于需要外加電場，所以暗電流比較大；光伏型紅外探測器由于內(nèi) 建電場的存在，暗電流比較小。目前，研究的比較多的是光導(dǎo)型多量子阱紅外 探測器和光伏型碲鎘汞、InSb紅外探測器。與光伏型碲鎘汞紅外探測器相比， 光導(dǎo)型量子阱紅外探測器的優(yōu)點(diǎn)是材料的均勻性好，器件制作工藝成熟、抗輻 照、成本低、尤其對(duì)焦平面列陣探測器，這些優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)的更為明顯。但是，由 于光導(dǎo)型量子阱紅外探測器有較大的暗電流，因而在應(yīng)用上受到了很大的限制， 也正是由于該暗電流隨溫度呈指數(shù)式上升，導(dǎo)致了光導(dǎo)型量子阱紅外探測器工 作溫度比碲鎘汞紅外探測器更低，給制冷帶來了更大的負(fù)擔(dān)。相對(duì)光導(dǎo)型多量 子阱紅外探測器，對(duì)光伏型量子阱紅外探測器的研究則較少，究其原因雖然 光伏型量子阱紅外探測器暗電流較小，但其工作溫度、響應(yīng)率以及探測率方面 都不及光導(dǎo)型探測器。因此，任何一種能夠有效抑制多量子阱紅外探測器喑電 流的方法都是很有實(shí)用價(jià)值的。

發(fā)明內(nèi)容
基于上述已有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的是要提出一種能夠保持光導(dǎo) 型多量子阱紅外探測器優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)又能夠在光伏模式下工作的光伏型多量子阱
紅外探測器，從而有效抑制多量子阱紅外探測器的暗電流。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的光伏型多量子阱紅外探測器由SOI晶片，鍵
合在SOI晶片的頂層Si上的光導(dǎo)型多量子阱紅外探測器組成。
所說的SOI晶片是一種通過高能粒子輻照處理后，在埋氧層中產(chǎn)生固定電
荷的晶片。
所說的光導(dǎo)型多量子阱紅外探測器為GaAs/AlGaAs、 GaAs/InGaAs或 Si/GeSi多量子阱紅外探測器。
本發(fā)明基于的工作原理是(為了便于說明，下面以n型多量子阱探測器為 例，埋氧層中固定電荷以正電荷為例加以說明)由于富含固定電荷的埋氧層上 的頂層Si和n型多量子阱的電極層鍵合后共同構(gòu)成器件的一個(gè)電極層，該電極 層下的埋氧層提供了正固定電荷形成的靜電場，該電場在器件工作中將類似光 伏器件中pn結(jié)那樣起到內(nèi)建電場的作用。當(dāng)沒有光照時(shí)，探測器兩端電壓就等 于由此內(nèi)建電場得到的電勢差。當(dāng)有紅外光入射時(shí)，摻雜量子阱中位于基態(tài)的 電子被激發(fā)到激發(fā)態(tài)，形成探測器的光電子。光電子在內(nèi)建電場的作用下向高 電勢區(qū)漂移，這一漂移過程與光導(dǎo)型的多量子阱探測器中的光電子行為是相同 的。光電子漂移到頂層與埋氧層的界面處堆積，與量子阱中的雜質(zhì)正電荷之間 形成光生電壓，從而改變了內(nèi)建電場的分布。由于埋氧層的存在，器件并不能 形成光生電流，只能形成光生電壓。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于該探測器不僅具備了光導(dǎo)型多量子阱紅外探測器的基 本優(yōu)越性能，同時(shí)也解決了光導(dǎo)探測器暗電流較大的缺陷，從而進(jìn)一步提高了 器件的性能。同時(shí)，器件的制備也比較簡單、易于操作。


圖1為本發(fā)明的光伏型多量子阱紅外探測器的光電響應(yīng)能帶示意圖。圖2為本實(shí)施例的光伏型多量子阱紅外探測器的材料結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3為本發(fā)明的光伏型多量子阱紅外探測器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面以n型GaAs/AlGaAs多量子阱探測器為例，結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí) 施方式做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
1. n型GaAs/AlGaAs多量子阱2的制備 采用薄膜生長技術(shù)在GaAs襯底201上依次生長 100nm的Al。.15Ga。.85As刻蝕阻擋層202;
N型摻雜的GaAs上電極層203，摻雜濃度為10'7crn3，厚度為l戶； 先勢壘后勢阱交替排列60個(gè)周期形成多量子阱層204，其中勢壘205為60nm 厚的Al。.15Ga。.85As層，勢阱為6皿厚的n摻雜的GaAs層，摻雜濃度為107cm3; 60nm厚的Alo.Us層205;
N型摻雜的GaAs下電極層206，摻雜濃度為107cm3,厚度為l;an，完成多 量子阱的制備。
2. SOI晶片1采用外購，對(duì)購買來的SOI晶片表面進(jìn)行伽馬射線的輻照， 埋氧層中產(chǎn)生的固定電荷量與輻照能量的大小和時(shí)間有關(guān)。在此，可以通過控 制輻照能量的大小和時(shí)間來控制埋氧層中的固定電荷量，進(jìn)而有效地控制固定 電荷附近的靜電場強(qiáng)度。要實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案，靜電場強(qiáng)度的范圍為 5 8Kv/cm。
3. 利用晶片鍵合工藝將多量子阱的下電極層206與SOI晶片的頂層Si 103 鍵合在一起。晶片鍵合工藝可以是低溫真空鍵合、化學(xué)溶液表面改性鍵合或者 熱鍵合。鍵合后，刻蝕掉GaAs襯底201和刻蝕阻擋層202，僅保留帶有上下電 極層的多量子阱，此時(shí)的襯底就是SOI晶片的Si襯底lOl，頂層Si與多量子阱
的下電極層206鍵合后共同構(gòu)成本發(fā)明器件的一個(gè)下電極層，該下電極層下的 埋氧層102提供了固定電荷形成的靜電場，該電場在器件工作中將類似光伏器 件中pn結(jié)那樣起到內(nèi)建電場的作用。
4.采用常規(guī)的器件制備工藝在GaAs上電極層203上刻蝕光柵207,接著刻 蝕臺(tái)面至GaAs下電極層206，在下電極層上形成一個(gè)多量子阱臺(tái)面。利用真空 蒸發(fā)鍍膜技術(shù)在GaAs下電極層206上蒸鍍下電極2061，在GaAs上電極層203 上蒸鍍上電極2031。到此完成了一個(gè)以硅材料為襯底的光伏型多量子阱紅外探 領(lǐng)!j器。
如果要做成紅外焦平面器件，依然是上述工藝，將上電極2031做成銦柱與 讀出電路互聯(lián)。同時(shí)現(xiàn)在的單元器件應(yīng)該是一種完全相同的單元組成的陣列器 件，并最終按半導(dǎo)體器件的標(biāo)準(zhǔn)工藝將SOI晶片中的硅襯底101去掉，留下埋 氧層102即可。
權(quán)利要求
1.一種光伏型多量子阱紅外探測器，其特征在于該探測器由SOI晶片(1)，鍵合在SOI晶片的頂層Si(103)上的光導(dǎo)型多量子阱紅外探測器(2)組成；所說的SOI晶片是一種通過高能粒子輻照處理后，在埋氧層(102)中產(chǎn)生固定電荷的晶片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的一種光伏型多量子阱紅外探測器，其特征在于所說的光導(dǎo)型多量子阱紅外探測器為GaAs/AlGaAs、 GaAs/InGaAs或Si/GeSi多量子阱紅外探測器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光伏型多量子阱紅外探測器，該探測器由SOI晶片，鍵合在SOI晶片上的光導(dǎo)型多量子阱紅外探測器組成。所說的SOI晶片是一種通過高能粒子輻照處理后，在埋氧層中產(chǎn)生固定電荷的晶片。所說的光導(dǎo)型多量子阱紅外探測器為GaAs/AlGaAs、GaAs/InGaAs或Si/GeSi多量子阱紅外探測器。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于該探測器不僅具備了光導(dǎo)型多量子阱紅外探測器的基本優(yōu)越性能，同時(shí)也解決了光導(dǎo)探測器暗電流較大的缺陷，從而進(jìn)一步提高了器件的性能。同時(shí)，器件的制備也比較簡單、易于操作。
文檔編號(hào)H01L31/111GK101170148SQ20071017138
公開日2008年4月30日 申請(qǐng)日期2007年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月30日
發(fā)明者波 張, 寧 李, 李天信, 李志鋒, 王文娟, 甄紅樓, 衛(wèi) 陸, 陳平平, 陳效雙 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所