微台面结构的铟镓砷线列探测器制造技术

本发明专利技术公开了一种微台面结构的铟镓砷线列探测器，结构为：在半绝缘ＩｎＰ衬底上有ｎ型ＩｎＰ层，在ｎ型ＩｎＰ层上置有通过刻蚀形成的由ＩｎＧａＡｓ吸收层和Ｐ型ＩｎＰ层构成的线列微台面，在微台面上的ｐ型电极引出区生长有一层ｐ－ＩｎＧａＡｓ电极过渡层；微台面的所有露裸区有一层通过硫化处理生成的Ｉｎ↓［２］Ｓ↓［３］层，在该Ｉｎ↓［２］Ｓ↓［３］层上有依次通过热蒸发生成的Ｉｎ↓［２］Ｓ↓［３］钝化层和ＳｉＮ↓［ｘ］钝化层。本发明专利技术的优点是由于硫化处理生成的Ｉｎ↓［２］Ｓ↓［３］层和其表面生成的Ｉｎ↓［２］Ｓ↓［３］钝化层正好晶格匹配，可以减小接触表面态，有效的增加探测器的量子效率和减小暗电流，ＳｉＮ↓［ｘ］钝化层起到钝化加固作用，提高器件的长时间稳定性和可靠性。在电极引出区Ｐ型ＩｎＰ层上增加一层ｐ－ＩｎＧａＡｓ电极过渡层，使电子束蒸发生长的Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ电极在不退火的情况下实现欧姆接触，小的接触电阻提高了探测器的性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及铟镓砷线列探测器，具体是指微台面结构的双层钝化铟镓砷线列探测器。
技术介绍
由于短波InGaAs探测器可以在室温工作，并且探测率高于HgCdTe探测器，因此，在军事领域和民用领域有着广泛的应用前景。目前InGaAs探测器大多采用n-InP/i-InGaAs/p-InP外延微台面结构，在微台面的上表面和侧面生长抗反射的钝化膜，钝化膜多为聚酰亚胺、SiO2、SiNx等。由于SiNx、SiO2薄膜与InP和InGaAs晶格不匹配，在环境温度发生变化时，容易产生应力，不能保证器件的长时间的稳定性；聚酰亚胺有耐腐蚀、耐抗辐照、耐高温、黏附性好等优点，但钝化效果及抗反射效果差，这种器件可用于光纤通讯中，但相对于探测率和响应率要求较高的空间遥感探测器还相差甚远。另外，由于顶层p-InP欧姆接触较难实现，为了保证在p-InP层上引出欧姆接触电极，在电极引出过程中需要高温退火，一般退火温度在480℃到520℃之间。在退火时，InP表面会产生In凝聚和P空位，这样会增加光生载流子的表面复合，影响探测器的探测率，所以对器件性能有不利的影响。
技术实现思路
基于上述n-InP/i-InGaAs/p-InP外延微台面结构探测器存在的不足之处，本专利技术的目的是通过增加欧姆接触过渡层和改变钝化膜，提供一种高性能的适合于空间遥感探测用的探测器。本专利技术的InGaAs外延线列微台面探测器，结构为半绝缘InP衬底，在半绝缘InP衬底上有n型InP层，在n型InP层上置有通过刻蚀形成的线列微台面，线列微台面由InGaAs吸收层和P型InP层构成，公共电极区在n型InP层上引出。其特征在于在微台面上的p型InP层电极引出区生长有一层p-InGaAs电极过渡层；在微台面的侧面和微台面上除电极引出区外、微台面和微台面之间有一层通过硫化处理生成的In2S3层，在该In2S3层上有依次通过热蒸发生成的In2S3钝化层和SiNx钝化层。本专利技术的优点是1.由于硫化处理生成的In2S3层和其表面生成的In2S3钝化层正好晶格匹配，可以减小接触表面态，有效的增加探测器的量子效率和减小暗电流，SiNx钝化层起到钝化加固作用，提高器件的长时间稳定性和可靠性。In2S3和SiNx的双钝化层还可起到增透和抗辐照的作用。2.在微台面上的电极引出区P型InP层上增加一层p-InGaAs电极过渡层，使电子束蒸发生长的Ti/Pt/Au电极在不退火的情况下实现欧姆接触，小的接触电阻提高了探测器的性能。附图说明图1为制备铟镓砷线列探测器的外延片剖面结构示意图；图2为铟镓砷线列探测器的俯视图，其中8-公共电极区，9-P型电极互连区，10-光敏区；图3为铟镓砷线列探测器中的一个单元器件的剖面结构示意图。具体实施方法下面结合附图，对本专利技术的具体实施方式作详细说明如图1所示，外延片包括500μm厚的半绝缘InP衬底1，在半绝缘InP衬底上依次排列生长厚度为1μm，载流子浓度为2×1018cm-3的n型InP层2；厚度为2.5μm，掺Si浓度为2×1016cm-3的In0.53Ga0.47As吸收层3；厚度为0.5μm，载流子浓度为2×1018cm-3的P型InP层4；厚度为20nm，载流子浓度为2×1018cm-3的p-InGaAs层5。器件制备过程如下1.依次用三氯甲烷、乙醚、丙酮、乙醇超声清洗外延片，每次大于2分钟，然后氮气吹干；2.正胶(厚胶)光刻，光刻后65℃烘干20分钟；3.线列微台面的制备Ar+刻蚀p-InGaAs层和P-InP层，离子能量为300eV，束流为80cm-3时，InGaAs刻蚀速率为528/min，p-InGaAs层和P-InP的刻蚀速率为278/min，根据p-InGaAs层和p-InP层的厚度计算刻蚀时间，为了确保刻蚀到InGaAs层，可以稍微增加刻蚀时间；湿法化学腐蚀InGaAs吸收层，使用50％酒石酸溶液H2O2＝5∶1(体积比)选择性腐蚀溶液，在35℃时，腐蚀速率为0.57μm/min，根据InGaAs层厚度确定腐蚀时间，然后去离子水冲洗，氮气吹干；丙酮去光刻胶，去离子水冲洗，氮气吹干，形成线列微台面；4.正胶(厚胶)光刻，光刻后65℃烘干20分钟；5.用50％酒石酸溶液H2O2＝5∶1(体积比)腐蚀溶液腐蚀去除p型电极引出区外的p-InGaAs层，腐蚀时间2秒钟，目的是避免p-InGaAs层对红外光的吸收而影响探测器的性能； 6.丙酮去光刻胶，去离子水冲洗，氮气吹干；7.立刻在60℃(NH4)2S溶液中，硫化30分钟，去离子水清洗，氮气吹干，即，在微台面的侧面和表面、微台面和微台面之间硫化处理生成In2S3层；8.用热蒸发法，在整个硫化处理生成的In2S3表面生长厚度为1500的In2S3钝化层6；9.Ar+刻蚀In2S3层3分钟，使表面变粗糙，易于与下一步生长的SiNx层牢固结合，刻蚀离子能量为200eV，束流为20cm-3；10.PECVD法生长1500厚的SiNx钝化层7，生长温度200℃；11.正胶(厚胶)光刻，光刻后65℃烘干20分钟；12.腐蚀电极区50℃水浴，HF∶NH4F∶H2O＝3∶6∶9腐蚀SiNx层5秒钟，然后用HCl∶H2O＝1∶2室温腐蚀In2S3层5秒钟去离子水清洗，氮气吹干；13.电子束蒸发Ti/Pt/Au(200/300/1500)电极层，然后在其上用离子束溅射生长5000加厚电极层，生长前首先用Ar+辅源清洗3分钟。14.浮胶丙酮浮胶，乙醇清洗，氮气吹干，线列微台面器件制备完毕。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微台面结构的铟镓砷线列探测器，结构为半绝缘ＩｎＰ衬底（１），在半绝缘ＩｎＰ衬底上有ｎ型ＩｎＰ层（２），在ｎ型ＩｎＰ层（２）上置有通过刻蚀形成的线列微台面，线列微台面由ＩｎＧａＡｓ吸收层（３）和Ｐ型ＩｎＰ层（４）构成，公共电极区在ｎ型ＩｎＰ层（２）上引出；其特征在于：在微台面的ｐ型ＩｎＰ层（４）的电极引出区生长有一层ｐ－ＩｎＧａＡｓ电极过渡层（５）；在微台面的侧面和微台面上除电极引出区外、微台面和微台面之间有一层通过硫化处理生成的Ｉｎ↓［２］Ｓ↓［３］层，在 该Ｉｎ↓［２］Ｓ↓［３］层上有依次通过热蒸发生成的Ｉｎ↓［２］Ｓ↓［３］钝化层（６）和ＳｉＮ↓［ｘ］钝化层（７）。

【技术特征摘要】
1.一种微台面结构的铟镓砷线列探测器，结构为半绝缘InP衬底(1)，在半绝缘InP衬底上有n型InP层(2)，在n型InP层(2)上置有通过刻蚀形成的线列微台面，线列微台面由InGaAs吸收层(3)和P型InP层(4)构成，公共电极区在n型InP层(2)上引出；其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕衍秋，韩冰，唐恒敬，任仁，吴小利，乔辉，张可锋，李雪，龚海梅，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]