硅基Ⅲ-Ⅴ族红外光电探测器阵列的制备方法技术

一种硅基III‑V族红外光电探测器阵列的制备方法，包括：在SOI衬底上生长二氧化硅，在生长的二氧化硅上刻蚀出周期性的矩形沟槽；腐蚀所述矩形沟槽下方的SOI顶层硅，形成一V形沟槽；在V形沟槽和矩形沟槽中生长III‑V族探测器外延结构；在所述外延结构上再沉积一层二氧化硅作为隔离层；在该隔离层上部分区域刻蚀出生长下电极的区域并沉积下电极；在该隔离层的其他区域刻蚀出多个设定尺寸的矩形沟槽；在所述多个设定尺寸的矩形沟槽中生长二氧化硅，在该二氧化硅上制备出上电极区域并沉积上电极。

Fabrication of Silicon-based III-V Infrared Photodetector Array

【技术实现步骤摘要】
硅基III-V族红外光电探测器阵列的制备方法
本专利技术涉及光电子
，特别涉及一种硅基III-V族红外光电探测器阵列的制备方法。
技术介绍
红外探测技术在当今的工业和科技领域有广泛的应用，在夜视成像、无线通讯、光通讯、工业检测等方面有很好的应用。早在1800年WilliamHrschel利用简单测量工具进行测量，发现了可见光波长之外有能量分布，即红外辐射。从那时候开始，有关红外波段的科学探测以及对红外探测器件的研究就吸引着物理学者们的浓厚兴趣。红外探测器根据不同的工作原理分为热探测器和光子探测器两类。而我们研究的量子阱光电探测器属于光子探测器领域，光子探测器相对于热探测器，它具有高的信噪比，响应速度快的优点，但是光子探测器一般需要进行制冷才能进行正常的工作，而制冷设备的存在限制住了光子探测器的应用。现在常用的探测器包括Si、InSb、HgCdTe等探测器。Si探测器探测范围覆盖从几微米到几百微米；InSb探测器的探测率高，工艺成熟，但是要在液氮环境下才能正常工作；HgCdTe探测器被用来制作平面探测器件，探测范围是3到20微米，可以用来进行红外成像CCD的制作。在光通信领域广泛使用的是1到1.7微米，而III-V族红外光电探测器对于该波段据用良好的探测率，III-V族红外光电探测器具有速度高和低噪声的优点，同时相对于其他材料，III-V族红外光电探测器的生产设备和工艺比较成熟，能够进行大面积的生长，成本会降低。但难以直接在Si上进行生长，与传统的集成芯片技术难以相融。近年来，随着光通讯的发展，对于III-V族红外光电探测器的需求越来越大，在Si上直接生长III-V族红外光电探测器能够很好的推动光通讯的发展。目前，用ART(Aspectratiotrapping，高深宽比限制)技术已经能够在Si上直接外延III-V族红外光电探测器材料。当今的量子阱探测器的单元器件的尺寸还不够小，对于应用于成像的阵列器件则需要单元器件的单元面积尽量小，还需要单元器件具有高阻抗、响应速度要快、同时功耗要低，这都限制了III-V族红外光电探测器的发展。而使用ART技术在硅上直接生长量子阱材料，能够把单元像素的面积做到足够小，同时可以通过调节量子阱材料能够提高响应速度。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本公开提供了一种硅基III-V族红外光电探测器阵列的制备方法，以至少部分解决现有技术中成本较高，单元器件较大，响应速度不够快的问题。(二)技术方案根据本专利技术的一方面，提供了一种硅基III-V族红外光电探测器阵列的制备方法，包括：步骤1：在SOI衬底上生长二氧化硅，在生长的二氧化硅上刻蚀出周期性的矩形沟槽；步骤2：腐蚀所述矩形沟槽下方的SOI顶层硅，形成一V形沟槽；步骤3：在V形沟槽和矩形沟槽中生长III-V族探测器外延结构；步骤4：在所述外延结构上再沉积一层二氧化硅作为隔离层；步骤5：在该隔离层上部分区域刻蚀出生长下电极的区域并沉积下电极；步骤6：在该隔离层的其他区域刻蚀出多个设定尺寸的矩形沟槽；步骤7：在所述多个设定尺寸的矩形沟槽中生长二氧化硅，在该二氧化硅上制备出上电极区域并沉积上电极。在进一步的方案中，步骤3通过MOCVD(MetalOrganicChemicalVaporDeposition，金属有机化合物化学气相沉淀)方法生长所述III-V族探测器外延结构，步骤4通过PECVD(PlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition，等离子体增强化学气相沉积法)的方法沉积所述隔离层，沉积的隔离层厚度为200纳米至400纳米，步骤5通过光刻技术去掉GaAs高阻层上的隔离层来制备下电极，步骤7通过光刻技术在二氧化硅上带胶剥离制备上电极，上电极的材料为AuGeNi/Au，所述上电极与顶部接触层接触连接，此外，二氧化硅隔离层高度高于所述量子阱有源区且低于顶部接触层的顶部。在进一步的方案中，所述III-V族探测器外延结构包括GaAs高阻层，底部接触层，量子阱有源区，上包层及顶部接触层。在进一步的方案中，步骤4中还需要使用干法刻蚀设定长度的探测器材料和材料旁边的二氧化硅，刻蚀止于SOI的顶层硅层和GaAs高阻层。在进一步的方案中，所述的步骤5还包括：在所述底部接触层上溅射上Ti/Au电极，所述电极厚度为300-700纳米，末端为正方形，面积为0.5-2平方微米。在进一步的方案中，步骤6中所述矩形沟槽的宽度为800纳米至1200纳米，每两个矩形沟槽的间隔为300纳米至700纳米。(三)有益效果从上述方案可以看出来，本公开的一种硅基III-V族红外光电探测器阵列的制备方法工艺简单，生长技术成熟，能大面积生长材料，可以降低制作成本，此外，光刻技术和刻蚀技术能够把单个的探测器器件的面积做到很小，相当于探测器的像素点很小，像素密度会很高，集成度很高。再有，生长的量子阱材料质量可以做到很好，能够很好的提高响应速度。附图说明图1为在SOI衬底上沉积二氧化硅后的结构示意图的主视图；图2为在SOI衬底上制备矩形沟槽和V形沟槽后的结构示意图的主视图；图3为在V形沟槽和矩形沟槽中外延III-V族材料后的结构示意图的主视图；图4为刻蚀掉探测器材料和二氧化硅后的结构示意图的左视图；图5为生长二氧化硅隔离层后的结构示意图的左视图；图6为光刻出下电极的结构示意图的俯视图；图7为生长下电极之后的结构示意图的主视图；图8为刻蚀周期性沟槽并生长二氧化硅后的结构示意图的俯视图；图9为生长上电极后的结构示意图的左视图；图10为生长上电极后的结构示意图的俯视图。【附图标记说明】1-二氧化硅、2-SOI衬底、3-矩形沟槽、4-V形沟槽、5-III-V族探测器外延结构、6-二氧化硅隔离层、7-下电极、8-周期性二氧化硅、9-上电极具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。在本专利技术中，“设置于...上”或“贴附至...上”用于包括与单一或多个组件间的直接接触关系。而且，说明书与权利要求书所使用的序数例如“第一”、“第二”、“一号”或“二号”等用词，以修饰请求保护的部件，其本身并不包含及代表该部件有任何之前的序数，也不代表某一部件与另一部件的顺序或是制造方法上的顺序，这些序数的使用仅用来使具有某命名的一部件得以和另一具有相同命名的部件能作出清楚区分。根据本专利技术的基本构思，提供一种硅基III-V族红外光电探测器阵列的制备方法，包括：在SOI衬底上生长二氧化硅，在生长的二氧化硅上刻蚀出周期性的矩形沟槽；腐蚀所述矩形沟槽下方的SOI顶层硅，形成一V形沟槽；在V形沟槽和矩形沟槽中生长III-V族探测器外延结构；在所述外延结构上再沉积一层二氧化硅作为隔离层；在该隔离层上部分区域刻蚀出生长下电极的区域并沉积下电极；在该隔离层的其他区域刻蚀出多个设定尺寸的矩形沟槽；在所述多个设定尺寸的矩形沟槽中生长二氧化硅，在该二氧化硅上制备出上电极区域并沉积上电极。上述半导体工艺能大面积生长材料，单个的探测器器件的面积做到很小，可以提高生长的量子阱材料质量。在本专利技术的示例实施例中，所述III-V族探测器外延结构包括GaAs高阻层，底部接触层，量子阱有源区，上包层及顶部接触层，该III-V族探测器外本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硅基III‑V族红外光电探测器阵列的制备方法，包括：在SOI衬底上生长二氧化硅，在生长的二氧化硅上刻蚀出周期性的矩形沟槽；腐蚀所述矩形沟槽下方的SOI顶层硅，形成一V形沟槽；在V形沟槽和矩形沟槽中生长III‑V族探测器外延结构；在所述外延结构上再沉积一层二氧化硅作为隔离层；在该隔离层上部分区域刻蚀出生长下电极的区域并沉积下电极；在该隔离层的其他区域刻蚀出多个设定尺寸的矩形沟槽；在所述多个设定尺寸的矩形沟槽中生长二氧化硅，在该二氧化硅上制备出上电极区域并沉积上电极。

【技术特征摘要】
1.一种硅基III-V族红外光电探测器阵列的制备方法，包括：在SOI衬底上生长二氧化硅，在生长的二氧化硅上刻蚀出周期性的矩形沟槽；腐蚀所述矩形沟槽下方的SOI顶层硅，形成一V形沟槽；在V形沟槽和矩形沟槽中生长III-V族探测器外延结构；在所述外延结构上再沉积一层二氧化硅作为隔离层；在该隔离层上部分区域刻蚀出生长下电极的区域并沉积下电极；在该隔离层的其他区域刻蚀出多个设定尺寸的矩形沟槽；在所述多个设定尺寸的矩形沟槽中生长二氧化硅，在该二氧化硅上制备出上电极区域并沉积上电极。2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述III-V族探测器外延结构通过MOCVD方法生长。3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述隔离层通过PECVD的方法沉积。4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述上电极通过光刻技术在二氧化硅上带胶剥离制备。5.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述III-V族探测器外延结构包括GaAs高阻层，底部接触层，量子阱有源区，上包层及顶部接触层。6.根据权利要求5所述的制备方法，其中，在所述外延结构上再沉积一层二氧化硅作为隔离层，包括：使用干法刻...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨文宇，李亚节，周旭亮，王梦琦，于红艳，潘教青，王圩，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11