碲铟汞光电探测器制造技术

本发明专利技术属于光电子技术领域，涉及一种碲铟汞光电探测器，包括碲铟汞晶片，在碲铟汞晶片的正面生长有钝化保护层，在钝化保护层上设有一对形状对应的刻槽，刻槽贯透钝化保护层，在两刻槽内碲铟汞晶体的表面生长有一层阳极氧化层，在刻槽内阳极氧化层的表面还生长有透明金属电极层，形成一对透明金属电极。与普通的单肖特基ｐ－ｎ结碲铟汞光电探测器相比，本发明专利技术可显著减小探测器的结电容，提高器件的响应速度、扩展工作带宽并提高灵敏度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光电子
，涉及一种采用半导体体晶材料制造的结构的光电探测器制造。
技术介绍
碲铟汞(Hg3-3xIn2XTe3)是一种三元化合物半导体材料，其能带结构为直接带隙，具有高的内量子效率，禁带宽度可调，与组份x呈正比线性关系，在工作温度T＝300K时，Hg3In2Te6(x＝0.5)的禁带宽度为0.74eV，对应的截止波长为1.67μm。该材料对电离辐射具有很高的参数稳定性，对浓度在5×1019cm-3以下的输入杂质具有电钝性。采用该材料研制的近红外光电探测器灵敏度高，具有较强的抗辐射能力，可在恶劣的环境条件下正常工作，在工作波长为1.55μm的大容量光纤传输与通讯领域具有广阔的市场前景。近年来，国际上对它的研究刚刚起步。在此前报道的相关文献资料中，由碲铟汞材料的制作的光电探测器均采用了单肖特基p-n结结构，由于其结电容较大，对器件的响应速度、带宽均带来了不利的影响。
技术实现思路
本专利技术的任务是提供一种响应速度更快、带宽更宽的碲铟汞光电探测器，更加适用于各种大容量光纤传输系统及其它工作于0.8～1.7μm波段的光电探测领域。为实现上述任务，本专利技术的技术方案是采用一种碲铟汞光电探测器，包括碲铟汞晶片，在碲铟汞晶片的正面生长有钝化保护层，在钝化保护层上设有一对形状对应的刻槽，刻槽贯透钝化保护层，在两刻槽内碲铟汞晶体的表面生长有碲铟汞本征氧化层和透明金属电极。所述的两刻槽为一对梳状刻槽，两梳状刻槽的梳指相互间隔构成叉指结构，两梳状刻槽内的透明金属电极相应成为梳状透明金属电极，两梳状透明电极的梳指相互间隔构成一对叉指结构的梳状透明金属电极。所述的碲铟汞材料为Hg3-3xIn2xTe3晶体材料，所述的透明金属电极为ITO透明金属电极。所述的梳状透明金属电极的梳指宽度为1-20μm，梳指间距为1-20μm，梳指长度为10-5000μm。所述的ITO透明金属电极采用热蒸发或磁控溅射方法形成，其厚度在1000-2000μm之间。为实现上述目的，本专利技术的采用的另一种碲铟汞光电探测器，包括碲铟汞晶片，在碲铟汞晶片的正面生长有钝化保护层，在钝化保护层上设有一对形状对应的刻槽，刻槽贯透钝化保护层，在两刻槽内碲铟汞晶体的表面生长有一层阳极氧化层，在刻槽内阳极氧化层的表面还生长有透明金属电极层，形成一对透明金属电极。所述的两刻槽为一对梳状刻槽，两梳状刻槽的梳指相互间隔构成叉指结构，两刻槽内的阳极氧化层及其表面的透明金属电极也对应成为一对叠层的梳指状结构，从而形成两叉指结构的梳状透明金属电极。所述的碲铟汞材料为Hg3-3xIn2xTe3晶体材料，所述的阳极氧化层为碲铟汞本征氧化层，所述的透明金属电极为ITO透明金属电极。所述的梳状透明金属电极的梳指宽度为1-20μm，梳指间距为1-20μm，梳指长度为10-5000μm。所述的ITO透明金属电极采用热蒸发或磁控溅射方法形成，其厚度在1000-5000μm之间。可见本专利技术通过采用MSM(金属-半导体-金属)双肖特基结构，可以减小肖特基结的结面积，从而减小探测器的结电容，提高其响应速度，增加工作带宽。如果在电极上通过加上适当的偏置电压，使MSM探测器一个p-n结处于耗尽状态，可进一步减小探测器的结电容，提高响应速度，其响应时间可达ns量级。通过采用MSM双肖特基结结构，可使探测器具有一定的光电导增益，提高探测器的灵敏度。通过采用MSM双肖特基结构，探测器的电极引出线从晶片的单一表面引出，避免了单一肖特基结由于碲铟汞晶体材料的体电阻所带来的信号损耗。另外，本专利技术的探测器制造工艺总体上与目前普通的采用单肖特基结结构的碲铟汞光电探测器制造工艺相同，在不增加制造难度的情况下，可大大提高探测器的性能。附图说明图1为普通单肖特基碲铟汞光电探测器芯片结构；图2为图1的纵向剖面图；图3为本专利技术的碲铟汞光电探测器芯片结构；图4为图3的纵向剖面图。具体实施例方式如图1、图2所示，现有的单一肖特基结的光电探测器中，标号1为透明金属电极，2为钝化保护层，3为阳极氧化层，4为碲铟汞晶片，5为背引出电极。如图3、图4所示，其中I为梳状电极梳指长度(指长)，w梳状电极梳指宽度(指宽)，t为梳状电极梳指间距(指间距)，2为钝化保护层，3为阳极氧化层，4为碲铟汞晶片，5为背引出电极，6为电极引线焊接区，7为ITO透明梳状电极的梳指。总体上，本专利技术在已生长有钝化保护层的碲铟汞晶片上，利用光刻技术及湿法腐蚀工艺，去除钝化保护层，形成叉指状肖特基接触窗口，然后利用阳极氧化方法或等离子体氧化方法，在肖特基接触窗口内生长一定厚度的碲铟汞本征氧化层，最后通过热蒸发或磁控溅射技术以及光刻技剥离术，在接触电极窗口蒸镀或溅射上一定厚度的ITO透明金属电极，从而与碲铟汞晶体材料形成对0.5～3.0μm波长范围辐射透明的叉指状双肖特基接触电极结构。探测器的光敏区叉指电极和电极间的隔离透光区共同组成，光敏区大小、形状可根据具体的使用需求确定，除采用附图3中的方形光敏区外，也可设计成圆形或其它形状。光敏区内的叉指电极宽度及指间距由光敏区大小、对器件的性能要求以及工艺中的光刻、腐蚀工艺精度等参数共同确定，引线焊接区的大小以能够满足引线焊接的需求为准。与普通的单肖特基p-n结碲铟汞光电探测器相比，本专利技术可显著减小探测器的结电容，提高器件的响应速度、扩展工作带宽并提高灵敏度。本专利技术是这样实现的1)开接触窗口在已生长有钝化保护层2的碲铟汞晶片4上，利用光刻技术及湿法腐蚀工艺，去除钝化保护层，形成梳状肖特基结接触窗口。2)生长氧化层利用阳极氧化方法或等离子体氧化方法，在肖特基结接触窗口内生长一定厚度的碲铟汞本征氧化层3。3)接触电极制备利用热蒸发或磁控溅射方法，在晶片表面蒸发或溅射上一定厚度的透明金属电极7(ITO)薄膜，从而与碲铟汞形成肖特基结接触。4)接触电极成型利用光刻技术及剥离工艺，去除电极以外区域的ITO膜形成叉指状双肖特基结接触电极结构。5)测试、封装通过晶片切割、测试筛选、引线焊接、封装形成MSM结构碲铟汞光电探测器。具体的实施例为实施例11)在已生长有碲铟汞本征氧化膜+SiO2钝化保护层的碲铟汞晶片上，利用光刻技术及缓冲氢氟酸腐蚀，去除氧化膜+SiO2钝化保护层，形成指宽10μm、指间距10μm、指长2500μm的叉指状肖特基结接触窗口。2)利用PECVD等离子体氧化方法，在肖特基接触窗口内生长15nm的碲铟汞本征氧化层。3)利用磁控溅射方法，在晶片表面蒸发或溅射上150nm的透明金属电极(ITO)薄膜，从而与碲铟汞形成肖特基结接触。4)利用光刻技术及剥离工艺，去除电极以外区域的ITO膜形成叉指状双肖特基结接触电极结构，5)测试、封装通过晶片切割、测试筛选、引线焊接、封装形成MSM结构碲铟汞光电探测器。探测器光谱响应范围为0.8～1.7μm。实施例2在已生长有氧化层+SiO2钝化保护层的碲铟汞晶片上，利用光刻技术及缓冲氢氟酸腐蚀，去除碲铟汞氧化膜+SiO2钝化保护层，形成指宽2μm、指间距10μm、指长1000μm的叉指状肖特基结接触窗口后，其余工艺步骤、参数与实施例1相同。最后所应说明的是以上实施例仅用以说明而非限制本专利技术的技术方案，尽管参照上述实施例对本专利技术进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解依然可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碲铟汞光电探测器，包括碲铟汞晶片，在碲铟汞晶片的正面生长有钝化保护层，其特征在于：在钝化保护层上设有一对形状对应的刻槽，刻槽贯透钝化保护层，在两刻槽内碲铟汞晶体的表面生长有碲铟汞本征氧化层和透明金属电极。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙维国，鲁正雄，张亮，赵岚，成彩晶，赵鸿燕，
申请(专利权)人：中国空空导弹研究院，
类型：发明
国别省市：41[中国|河南]