一种平面型铟镓砷焦平面探测器PIN结的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种平面型铟镓砷焦平面探测器PIN结的制备方法，属于半导体制备方法技术领域。所述方法在InGaAs焦平面探测器芯片制备过程中完成，在InGaAs材料上第一次外延生长的N型InP层厚度为10nm～30nm；然后生长沉积一层耐高温介质掩膜层；在掩膜层上进行表面图形化，去除不需要的掩膜层，形成二次外延生长区域并氢化处理，在二次外延区域生长一层掺杂Zn的P型InP层，制备得到PIN结。具有所述PIN结的InGaAs焦平面探测器集合了台面型和平面型InGaAs焦平面探测器的优点，方法简单、串音小、光敏元可控、电流小、均匀性高、探测率高并且对人员所处环境要求低。

【技术实现步骤摘要】
一种平面型铟镓砷焦平面探测器PIN结的制备方法
本专利技术涉及一种平面型铟镓砷焦平面探测器PIN结的制备方法，属于半导体制备方法

技术介绍
短波红外铟镓砷(InGaAs)焦平面探测器具有无需在超高真空中工作、量子效率高、可靠性好、可常温工作、制备成本低等优点，同时，其光电响应信号可方便地进行输入、输出以及各种数据处理，具备信号的传递与分享能力，满足夜视装备向数字化、短波以及固态器件方向发展的需求，更符合现代战争信息化、网络化以及智能化的作战需求。根据探测器的结构类型不同，目前InGaAs焦平面探测器主要分为平面型和台面型两类。对于台面型InGaAs焦平面探测器，需要通过刻蚀进行物理隔离形成相互独立的光敏元，所述结构的InGaAs焦平面探测器具有制备简单、串音低以及光敏面易定义等优点，但刻蚀带来的损伤及台面侧面的暴露会使器件的漏电增加，降低器件的可靠性，在很大程度上限制了器件探测率的提高。对于平面型InGaAs焦平面探测器，具有暗电流小、探测率高以及寿命长等优点，弥补了台面型InGaAs焦平面探测器的不足。目前平面型InGaAs焦平面探测器PIN结的成结工艺主要是在InP衬底上依次生长InGaAs腐蚀停层、N型InP衬底层、InGaAs吸收层、N型InP层，然后采用扩散Zn的方式形成，扩散中主要采用Zn3P2作为扩散源，通过加温蒸发，并通入工作气体氮气和还原气体氢气，氢气与Zn3P2还原出Zn，Zn3P2为剧毒，对扩散工艺的密闭性以及安全性提出了很高的要求。另外，扩散工艺中Zn3P2扩散源的均匀性控制、扩散源热蒸发后与载气形成的气流流量与压力设置难于做到精确和重复性控制，从而影响到PIN结的结构和质量。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种平面型铟镓砷焦平面探测器PIN结的制备方法；所述方法用金属有机化合物化学气相沉淀(Metal-organicChemicalVaporDeposition，MOCVD)的精确控制能力和实时监控手段，通过对一次外延生长以及二次外延生长的结构进行控制，解决P型InP材料的设定区域生长，提高PIN结质量，降低铟镓砷器件暗电流；提高材料生长工艺的可控性。为实现本专利技术的目的，提供以下技术方案。一种平面型铟镓砷焦平面探测器PIN结的制备方法，所述方法在InGaAs焦平面探测器芯片生长过程中完成，步骤如下：(1)采用MOCVD在铟镓砷(InGaAs)材料上进行第一次外延生长，控制InGaAs吸收层上生长的N型InP层厚度为10nm～30nm；(2)在第一次外延生长的N型InP层上用等离子体增强化学的气相沉积法(PlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition，PECVD)生长沉积一层耐高温介质掩膜层；(3)在掩膜层上采用光刻工艺进行表面图形化，并去除不需要的掩膜层，形成二次外延生长区域；(4)将步骤(3)中二次外延生长区域中去掉掩膜层的部分进行氢(H)化处理，去除制备过程中器件表面产生的氧化层；(5)采用MOCVD进行二次外延生长，生长一层掺杂Zn的P型InP层，PIN结制备完成。其中，步骤(2)中：耐高温介质掩膜层为氮化硅薄膜或氧化硅薄膜；其中，氮化硅薄膜厚度为300nm～500nm，折射率为1.7～1.9，以保证氮化硅薄膜的致密性；氧化硅薄膜厚度为400nm～600nm，折射率为1.35～1.45，以保证氧化硅薄膜的致密性。步骤(3)中：优选所述去除掩膜层采用的是干法刻蚀结合湿法腐蚀的方法。步骤(4)中：所述的H化处理为本领域常规所使用的H化处理技术手段，通过将材料暴露在含H的气氛中，与材料表面发生氧化还原反应，去除表面氧化层。步骤(5)中：采用MOCVD进行二次外延生长，工艺参数：温度为550℃～570℃，生长压强为300拖～500托；生长过程中通入铟源和磷源的同时引入杂质源二乙基锌(DEZn)进行同步原位掺杂形成P型InP层，厚度为150nm～250nm，掺杂浓度为3×1018/cm2～6×1018/cm2。有益效果1.本专利技术提供了一种平面型铟镓砷焦平面探测器PIN结的制备方法，所述方法制备的InGaAs焦平面探测器PIN结集合了台面型InGaAs焦平面探测器和平面型InGaAs焦平面探测器的所有优点，不仅工艺制备简单，串音小，光敏元可控，而且暗电流小，均匀性和探测率高，并且对制备操作人员所处的环境要求低，解决了目前台面型InGaAs焦平面探测器暗电流大和平面型InGaAs焦平面探测器串音大的问题，促进InGaAs焦平面探测器的发展，为短波红外探测器性能的进一步提高提供了新的途径。2.本专利技术提供了一种平面型铟镓砷焦平面探测器PIN结的制备方法，所述方法中，第一次外延生长N型InP层，厚度为10nm～30nm，不仅能够阻挡杂质离子锌向InGaAs吸收层里扩散，而且利于二次外延P型InP的晶格匹配生长，达到降低器件暗电流的效果；3.本专利技术提供了一种平面型铟镓砷焦平面探测器PIN结的制备方法，所述方法中，采用耐高温介质膜作为掩膜层，能够利用目前先进的刻蚀技术使刻蚀孔均匀可控，然后在刻蚀区域二次外延生长P型InP，达到铟镓砷焦平面探测器光敏元面积易定义的效果；4.本专利技术提供了一种平面型铟镓砷焦平面探测器PIN结的制备方法，所述方法中，对去掉掩膜层部分进行H化处理，去除制备过程中器件表面产生的氧化层，既避免了器件中金属-绝缘体-半导体(MIS)的结效应，又利于二次外延P型InP的晶格匹配生长，提高了探测器的性能；5.本专利技术提供了一种平面型铟镓砷焦平面探测器PIN结的制备方法，所述方法中，二次外延生长时，InP生长的同时引入Zn源进行同步原位掺杂，形成P型InP层，利用可控性好的MOCVD完成P-InP材料生长，可显著提高平面型InGaAs探测器工艺的均匀性，解决P型浓度精确控制的问题；6.本专利技术提供了一种平面型铟镓砷焦平面探测器PIN结的制备方法，所述方法中，整个InGaAs焦平面探测器PIN结的制备工艺在芯片生长过程中完成，简化了芯片制备的后续工艺，达到工艺简化的效果。附图说明图1本实施例1中二次外延生长后的材料结构示意图。图2为实施例1中平面型InGaAs焦平面探测器结构示意图。其中，1—InP衬底，2—InGaAs腐蚀停层，3—N型InP衬底层，4—InGaAs吸收层，5—N型InP层，6—掩膜层，7—P型InP层，8—钝化膜层，9—欧姆孔，10—电极具体实施方式下面结合附图和具体实施例来详述本专利技术，但不作为对本专利技术专利的限定。以下实施例中：MOCVD：AixtronMOCVD，德国Aixtron公司；PECVD：PECVD-800，北京创威纳科有限公司；ICP：ICP8000，北京金盛维纳科技有限公司；ICPCVD：SENTECHSI500D，德国SENTECH公司。对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种平面型铟镓砷焦平面探测器PIN结的制备方法，其特征在于：所述方法在InGaAs焦平面探测器芯片生长过程中完成，步骤如下：/n(1)采用MOCVD在InGaAs材料上进行第一次外延生长，控制InGaAs吸收层(4)上生长的N型InP层(5)厚度为10nm～30nm；/n(2)在N型InP层(5)上用PECVD生长沉积一层耐高温介质掩膜层(6)；/n(3)在掩膜层(6)上采用光刻工艺进行表面图形化，去除不需要的掩膜层(6)，形成二次外延生长区域；/n(4)将二次外延生长区域中去除掩膜层(6)的部分进行氢化处理，去除制备过程中器件表面产生的氧化层；/n(5)采用MOCVD进行二次外延生长，生长一层掺杂Zn的P型InP层(7)，PIN结制备完成。/n

【技术特征摘要】
1.一种平面型铟镓砷焦平面探测器PIN结的制备方法，其特征在于：所述方法在InGaAs焦平面探测器芯片生长过程中完成，步骤如下：
(1)采用MOCVD在InGaAs材料上进行第一次外延生长，控制InGaAs吸收层(4)上生长的N型InP层(5)厚度为10nm～30nm；
(2)在N型InP层(5)上用PECVD生长沉积一层耐高温介质掩膜层(6)；
(3)在掩膜层(6)上采用光刻工艺进行表面图形化，去除不需要的掩膜层(6)，形成二次外延生长区域；
(4)将二次外延生长区域中去除掩膜层(6)的部分进行氢化处理，去除制备过程中器件表面产生的氧化层；
(5)采用MOCVD进行二次外延生长，生长一层掺杂Zn的P型InP层(7)，PIN结制备完成。


2.根据权利要求1所述的一种平面型铟镓砷焦平面探测器PIN结的制备方法，其特征在于：耐高温介质掩膜层(6)为氮化硅薄膜或氧化硅薄膜。


3.根据权利要求2所述的一种平面型铟镓砷焦平面探测器PIN结的制备方法，其特征在于：氮化硅薄膜厚度为300nm～500nm，折射率为1.7～1.9；氧化硅薄膜厚度为400nm～600nm，折射率为1.35～1.45。


4.根据权利要求1所述的一种平面型铟镓砷焦平面探测器PIN结的制备方法，其特征在于：采用MOCVD进行二次外延生长的工艺参数为：温度为550℃～570℃，生长压强为300拖～500托；生长过程中通入铟源和磷源的同时引入杂质源二乙基锌进行同步原位掺杂形成P型InP层(7)。


5.根据权利要求4所述的一种平面型铟镓砷焦平面探测器PIN结的制备方法，其特征在于：P型InP层(7)的厚度为150nm～250nm，掺杂浓度为3×1018/cm2～6×1018/cm2。


6.根据权利要求1所述的一种平面型铟镓砷焦平面探测器PIN结的制备方法，其特征在于：去除掩膜层(6)采用的是干法刻蚀结合湿法腐...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱琴，龚晓霞，杨文运，宋欣波，李徳香，肖婷婷，范明国，杜润来，尚发兰，吕浩，柴圆媛，太云见，黄晖，
申请(专利权)人：云南北方昆物光电科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：云南;53