本发明专利技术属于半导体光电子器件领域，具体涉及一种小尺寸像元量子阱红外焦平面光敏元芯片，包括自下而上的顺序依次设置的GaAs衬底、由在金薄膜中刻蚀出M×N个凹字型光栅孔，并在光栅孔中填充GaAs构成的透射光栅、n型GaAs下接触层、金/锗/镍合金公共下电极、M×N个像元、二氧化硅钝化层；像元包括自下而上的GaAs/AlGaAs多量子阱层、n型GaAs上接触层、金反射层、金/锗/镍合金上电极。本发明专利技术采用分子束外延方法和常规半导体工艺将凹字型光栅孔构成的透射光栅置于多量子阱层的底部，既提高了量子阱红外焦平面光敏元芯片的光耦合效率和探测率，又减小了像元的尺寸，提高了光敏元芯片的成像分辨率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体光电子器件领域，特别是一种小尺寸像元量子阱红外焦平面光 敏元芯片。
技术介绍
GaAs/AlGaAs量子讲红外探测器（QuantumWellInfraredPhotodetector，简称 QWIP)具有材料生长和制备工艺成熟，易于大面阵集成、稳定性好、器件均匀性好、成本低、 抗辐照等优点，在红外制导、天文探测、森林防火、工业监控及医疗卫生等领域有广泛的应 用前景。目前，QWIP器件正朝着多波长探测和大面阵焦平面的方向发展。 然而，由于QWIP器件对正入射的红外光具有禁戒性，在QWIP焦平面光敏元芯片 中必须采用光栅耦合的方式，使入射光的电场方向平行于量子阱的生长方向来激发子带跃 迀，实现红外光的探测。这为QWIP焦平面光敏元芯片性能的提高带来了两方面的问题。 首先，由于QWIP焦平面光敏元芯片中普遍采用的二维周期光栅耦合效率较低，使 得其探测率和灵敏度较低，限制了其进一步的应用。 其次，为了提高QWIP焦平面光敏元芯片的成像分辨率，必须要减小QWIP焦平面光 敏元芯片中像元的尺寸。但是，由于QWIP焦平面光敏元芯片中的每个像元上均有二维周期 光栅，二维周期光栅的耦合效率是和周期数密切相关的，为了保证QWIP焦平面光敏元芯片 的灵敏度和探测率，每个像元上的二维周期光栅周期数不宜过少。因此，目前QWIP焦平面 光敏元芯片中像元的尺寸多在20微米以上，像元尺寸较大，这极大限制了QWIP焦平面器件 的成像分辨率。 基于以上两点，针对QWIP焦平面器件的改进和创新势在必行。
技术实现思路
针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本专利技术之目的就是提供一种小尺寸像元 量子阱红外焦平面光敏元芯片，可有效改进GaAs/AlGaAs量子阱红外焦平面光敏元芯片的 光栅親合效率和成像分辨率。 本专利技术解决的技术方案是，小尺寸像元量子阱红外焦平面光敏元芯片其结构是由 自下而上的几部分组合在一起构成： 在GaAs衬底上面有透射光栅，透射光栅是在金薄膜中刻蚀出MXN个凹字型光栅孔并 在凹字型光栅孔中填充GaAs构成；透射光栅上面有n型GaAs下接触层，n型GaAs下接触 层上面有金/锗/镍合金公共下电极，该金/锗/镍合金公共下电极是一环形电极，其环绕 整个光敏元芯片，只在光敏元芯片边缘引出，作为光敏元芯片中所有像元的公共下电极；n 型GaAs下接触层上面有MXN个像元，每个像元位于对应的凹字型光栅孔的正上方，像元自 下而上由GaAs/AlGaAs多量子讲层、n型GaAs上接触层、金反射层、金/锗/镍合金上电极 和二氧化娃钝化层构成；二氧化娃钝化层位于n型GaAs下接触层、GaAs/AlGaAs多量子讲 层、n型GaAs上接触层、金反射层、金/锗/镍合金上电极、金/锗/镍合金公共下电极的 两侧。 本专利技术产品结构新颖独特，提高了量子阱红外焦平面光敏元芯片的光栅耦合效率 和成像分辨率，是半导体器件生产上的创新。【附图说明】 图1为本专利技术的结构主视图。 图2为本专利技术的凹字型光栅孔透射光栅刨面示意图。 图3为本专利技术的实施实例中多量子阱层内电场方向平行于量子阱生长方向的光 场分布不意图。 图4为本专利技术的实施实例中多量子讲层内不同刨面处的光波电场相对强度分布 图。【具体实施方式】 以下结合附图对本专利技术的【具体实施方式】作详细说明。 由图1给出，本专利技术一种小尺寸像元量子阱红外焦平面光敏元芯片是由自下而上 的几部分组合在一起构成： 在GaAs衬底01上面有透射光栅02,透射光栅是在金薄膜中刻蚀出MXN个凹字型光栅 孔并在凹字型光栅孔中填充GaAs构成，透射光栅上面有n型砷化镓下接触层03，n型GaAs 下接触层上面有金/锗/镍合金公共下电极09,该金/锗/镍合金公共下电极是一环形电 极，其环绕整个光敏元芯片，只在光敏元芯片边缘引出，作为光敏元芯片中所有像元的公共 下电极，n型砷化镓下接触层上面有MXN个像元，每个像元位于对应的凹字型光栅孔的正 上方，像元自下而上由GaAs/AlGaAs多量子讲层05、n型GaAs上接触层06、金反射层07、金 /锗/镍合金上电极08和二氧化硅钝化层09构成，二氧化硅钝化层位于n型GaAs下接触 层、GaAs/AlGaAs多量子讲层、n型GaAs上接触层、金反射层、金/锗/镍合金上电极、金/ 锗/镍合金公共下电极的两侧。 所述的本实例中取小尺寸像元量子阱红外焦平面光敏元芯片的工作峰值波长为 8. 0微米，取GaAs折射率为3. 24,透射光栅厚度为d=80纳米；透射光栅为凹字型光栅孔二 维周期光栅(如图2所示)，凹字型光栅孔的个数为160X128个；光栅周期为尸2. 5微米，凹 字型光栅孔边长为a=l. 8微米，正方形凹槽边长b=0. 6微米；本实例中共有160X128个像 元，每个像元均位于对应的凹字型光栅孔的正上方，像元边长为a=l. 8微米；砷化镓衬底01 厚为30微米；n型砷化镓下接触层03厚度为0. 3微米；GaAs/AlGaAs多量子阱层05厚度为 1. 7微米；n型砷化镓上接触层06厚度为0. 3微米；金反射层07将入射到反射层的光反射 回去，增加GaAs/AlGaAs多量子阱层的吸收效率，厚度为I. 0微米；二氧化硅钝化层04厚度 为I. 0微米；金/锗/镍合金上电极08厚度为I. 0微米；金/锗/镍合金下电极09厚度为 1. 0微米。 本实例中的凹字型光栅孔和像元的个数可以依据实际需要来确定，如128X128， 256X320，512X640,1024X1024 等。 本专利技术小尺寸像元量子阱红外焦平面光敏元芯片的制备方法包括如下步骤： 1、用磁控溅射镀膜技术，在GaAs衬底上面镀一层金薄膜； 2、 用紫外光刻技术在金薄膜中刻蚀出MXN个凹字型光栅孔； 3、 用分子束外延方法在凹字型光栅孔中填充GaAs，当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种小尺寸像元量子阱红外焦平面光敏元芯片，其特征在于，在GaAs衬底上面有透射光栅，透射光栅的厚度为40~100nm，透射光栅是在金薄膜中刻蚀出M×N个凹字型光栅孔并在凹字型光栅孔中填充GaAs构成。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王国东，张利伟，刘小莲，朱红伟，孙俊岭，杨莹丽，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南;41
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