上入光式红外传感器制造技术

本实用新型专利技术的实施例公开了一种上入光式红外传感器，所述上入光式红外传感器包括至少一个化合物半导体叠层，所述至少一个化合物半导体叠层能够检测波长大于等于1微米的红外线并输出表示该检测的电信号；第一基板，所述第一基板承载所述至少一个化合物半导体叠层；粘结层，所述粘结层将至少一个化合物半导体叠层键合到第一基板上；其中，所述至少一个化合物半导体叠层的电极与第二基板上的IC电路的引线端电连接，其中所述IC电路对从所述至少一个化合物半导体叠层输出的电信号进行处理并进行运算以获得检测结果。本实用新型专利技术属于半导体技术领域。该上入光式红外传感器可在室温下工作，不易受暗电流、电磁噪声以及热波动的影响，结构紧凑。结构紧凑。结构紧凑。

【技术实现步骤摘要】
上入光式红外传感器


[0001]本申请公开内容涉及半导体
，尤其涉及一种上入光式红外传感器。

技术介绍

[0002]红外传感器已经广泛应用于各个领域，例如通过检测人而使得照明、空调以及电视等家用电器自动开关的人体传感器以及防范用的监视传感器等等。另外，红外传感器还可以用于检测甲烷等可燃易爆气体的泄漏。
[0003]现有的一种类型的红外传感器是利用热电效应的热电型红外传感器。由于其中的热电元件阻抗极高，容易受到电磁噪声及热波动的影响。因此，需要使用金属外壳封装等进行屏蔽。此外，I
‑
V变换电路中必须要有大的电阻和电容，因此难以小型化。
[0004]另一种类型的红外传感器是量子型的，HgCdTe(MCT)及InSb系列是通常使用的材料。其必须使用液氮、液氦或利用帕尔贴效应的电子冷却等将传感器冷却。一般，量子型红外传感器可以达到热电传感器的100倍或更高的灵敏度。另外，元件电阻可以小到数十～数百欧姆，很少受电子噪声及热波动的影响。但是，对于封装而言，由于必须冷却到低温，所以需使用牢固的金属封装。
[0005]对于InSb系列，根据要检测的波长研究InAs
x
Sb1‑
x
的混晶层。例如，尝试使用InSb基板在其上将InSb的一部分置换为As的外延生长法等。
[0006]此外，提出了在集成了读出及信号处理电路的基板之上使用红外传感器部分生长的单片结构。然而，在信号处理电路上生长作为红外传感器核心的化合物半导体薄膜的技术极为困难，不容易得到可用作实用器件的膜。在信号处理电路运行时产生的热成为对在其上以单片方式形成的红外传感器部分的热波动的噪声而出现产生错误信号的问题。所以，为了抑制这一热波动的影响，必须利用液氮等使整个传感器冷却。这样的冷却限制了红外传感器的使用。

技术实现思路

[0007]鉴于上述，本技术的目的在于提供一种可在室温下工作，不易受暗电流、电磁噪声以及热波动的影响的紧凑型上入光式红外传感器。
[0008]本技术的专利技术人发现通过将化合物半导体叠层的电阻变小、将红外光子吸收叠层的面缺陷密度减小至100/cm2以下，可以在室温下进行检测。另外，通过这样的方式，可以使得本技术的上入光式红外传感器不易受暗电流、电磁噪声和热波动的影响。在本技术中，可以使得上入光式红外传感器中的化合物半导体叠层电阻小，从而允许上入光式红外传感器器小型化。
[0009]根据本技术的一个方面，提供了一种上入光式红外传感器，所述上入光式红外传感器包括：
[0010]至少一个化合物半导体叠层，所述至少一个化合物半导体叠层能够检测波长大于等于1微米的红外线并输出表示该检测的电信号；
[0011]第一基板，所述第一基板承载所述至少一个化合物半导体叠层；
[0012]粘结层，所述粘结层将至少一个化合物半导体叠层键合到第一基板上；
[0013]其中，所述至少一个化合物半导体叠层的电极与第二基板上的IC电路的引线端电连接，其中所述IC电路对从所述至少一个化合物半导体叠层输出的电信号进行处理并进行运算以获得检测结果。
[0014]在一个示例中，所述至少一个化合物半导体叠层中的一个化合物半导体叠层从上至下依次包括：N型电极、N型电极欧姆接触及电流导通层、P
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N或P
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i
‑
N型光子吸收层、载流子阻挡层、第一P型电极欧姆接触及电流导通层和第二P型电极欧姆接触及电流导通层，所述第二P型电极欧姆接触及电流导通层的尺寸大于第一P型电极欧姆接触及电流导通层，所述第二P型电极欧姆接触及电流导通层未被第一P型电极欧姆接触及电流导通层的部分上设置有P型电极。
[0015]在一个示例中，所述N型电极与IC电路的负极引线端的电连接以及所述P型电极与IC电路的正极引线端的电连接通过金属打线连接。
[0016]在一个示例中，所述P型电极包括Au、Ge、Ni、Ti、Cr、Cu或它们的合金形成的金属电极；
[0017]所述第一P型电极欧姆接触及电流导通层和第二P型电极欧姆接触及电流导通层是p型重掺杂的化合物半导体膜；
[0018]所述载流子阻挡层包括p型掺杂的包含Ga、Al、In、Sb、As的化合物半导体膜；
[0019]所述光子吸收层包括P
‑
N或P
‑
i
‑
N型轻掺杂的InSb、GaAs、InAs、InGaAs、GaAsSb或InGaP化合物半导体膜；
[0020]所述N型电极欧姆接触及电流导通层包括n型重掺杂的InSb、GaAs、InAs、InGaAs、GaAsSb或InGaP化合物半导体膜；
[0021]所述N型电极包括Au、Ge、Ni、Ti、Cr、Cu或它们的合金形成的金属电极。
[0022]在一个示例中，在被键合之前，所述化合物半导体叠层包括在半导体单晶衬底上异质依次外延生长多个化合物半导体膜，所述多个化合物半导体膜包括含有晶格缓冲牺牲层的N型电极欧姆接触及电流导通层、P
‑
N或P
‑
i
‑
N型光子吸收层、载流子阻挡层、第一P型电极欧姆接触及电流导通层和第二P型电极欧姆接触及电流导通层；
[0023]在被键合时，所述多个化合物半导体膜包括选择性移除晶格缓冲牺牲层的N型电极欧姆接触及电流导通层、P
‑
N或P
‑
i
‑
N型光子吸收层、载流子阻挡层、第一P型电极欧姆接触及电流导通层和第二P型电极欧姆接触及电流导通层；
[0024]其中，所述半导体单晶衬底采用GaAs、InP、GaN或Si单晶衬底，所述化合物半导体膜包括InSb、GaAs、InAs、InGaAs、InAlSb、GaAsSb或InGaP，所述粘结层包括氮化硅膜、氧化硅膜、氧化铝膜、氮氧化硅膜、环氧树脂、硅胶、二氧化硅和聚酰亚胺膜中的任一种。
[0025]在一个示例中，仅移除半导体单晶衬底的所述N型电极欧姆接触及电流导通层的迁移率大于40000cm2/Vs，所述N型电极欧姆接触及电流导通层的厚度为500nm
‑
10μm。
[0026]在一个示例中，同时移除半导体单晶衬底和N型电极欧姆接触及电流导通层中晶体质量较差的晶格缓冲牺牲层，N型电极欧姆接触及电流导通层的迁移率大于50000cm2/Vs且小于78000cm2/Vs，所述N型电极欧姆接触及电流导通层的厚度为100nm
‑
9μm；
[0027]P
‑
N或P
‑
i
‑
N型光子吸收层的面缺陷密度小于等于10
‑
100/cm2。
[0028]在一个示例中，所述上入光式红外传感器还包括用于覆盖化合物半导体叠层的保护层，但是至少暴露出N型电极和P型电极的一部分；
[0029]所述保护层包括氮化硅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种上入光式红外传感器，其特征在于，所述上入光式红外传感器包括：至少一个化合物半导体叠层，所述至少一个化合物半导体叠层能够检测波长大于等于1微米的红外线并输出表示该检测的电信号；第一基板，所述第一基板承载所述至少一个化合物半导体叠层；粘结层，所述粘结层将至少一个化合物半导体叠层键合到第一基板上；其中，所述至少一个化合物半导体叠层的电极与第二基板上的IC电路的引线端电连接，其中所述IC电路对从所述至少一个化合物半导体叠层输出的电信号进行处理并进行运算以获得检测结果。2.根据权利要求1所述的上入光式红外传感器，其特征在于，所述至少一个化合物半导体叠层中的一个化合物半导体叠层从上至下依次包括：N型电极、N型电极欧姆接触及电流导通层、P
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N或P
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i
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N型光子吸收层、载流子阻挡层、第一P型电极欧姆接触及电流导通层和第二P型电极欧姆接触及电流导通层，所述第二P型电极欧姆接触及电流导通层的尺寸大于第一P型电极欧姆接触及电流导通层，所述第二P型电极欧姆接触及电流导通层未被第一P型电极欧姆接触及电流导通层的部分上设置有P型电极。3.根据权利要求2所述的上入光式红外传感器，其特征在于，所述N型电极与IC电路的负极引线端的电连接以及所述P型电极与IC电路的正极引线端的电连接通过金属打线连接。4.根据权利要求2所述的上入光式红外传感器，其特征在于，所述P型电极包括Au、Ge、Ni、Ti、Cr、Cu或它们的合金形成的金属电极；所述第一P型电极欧姆接触及电流导通层和第二P型电极欧姆接触及电流导通层是p型重掺杂的化合物半导体膜；所述载流子阻挡层包括p型掺杂的包含Ga、Al、In、Sb、As的化合物半导体膜；所述光子吸收层包括P
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N或P
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i
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N型轻掺杂的InSb、GaAs、InAs、InGaAs、GaAsSb或InGaP化合物半导体膜；所述N型电极欧姆接触及电流导通层包括n型重掺杂的InSb、GaAs、InAs、InGaAs、GaAsSb或InGaP化合物半导体膜；所述N型电极包括Au、Ge、Ni、Ti、Cr、Cu或它们的合金形成的金属电极。5.根据权利要求4所述的上入光式红外传感器，其特征在于，在被键合之前，所述化合物半导体叠层包括在半导体单晶衬底上异质依次外延生长多个化合物半导体膜，所述多个化合物半导体膜包括含有晶格缓冲牺牲层的N型电极欧姆接触及电流导通层、P
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N或P
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【专利技术属性】
技术研发人员：朱忻，
申请(专利权)人：苏州矩阵光电有限公司，
类型：新型
国别省市：