无串扰铟镓砷盖革模式焦平面探测芯片结构及制作方法技术

本发明专利技术公开了一种无串扰铟镓砷盖革模式焦平面探测芯片结构及制作方法，制备好pn结的铟镓砷盖革模式焦平面光敏阵列芯片通过金金键合与具有微透镜阵列的支撑片键合，铟镓砷盖革模式焦平面芯片p型面为公共电极，n型面电极独立且与读出电路芯片通过铟柱倒装实现互连；芯片入射光子从具有微透镜阵列的支撑片进入，通过微透镜将入射光子汇聚入铟镓砷盖革模式焦平面每个独立光敏探测区的p区，产生的脉冲信号经与n型面互连的读出电路处理后，实现单光子测距、激光三维成像。本发明专利技术可实现无串扰且可与硅基盖革模式焦平面探测器共用同类读出电路的InGaAs盖革模式焦平面光敏阵列的制作。作。作。

【技术实现步骤摘要】
无串扰铟镓砷盖革模式焦平面探测芯片结构及制作方法


[0001]本专利技术属于光电探测器的芯片结构
，涉及一种无串扰铟镓砷盖革模式焦平面探测芯片结构及制作方法，该芯片结构为无串扰铟镓砷盖革模式焦平面探测芯片，属于0.9μm—1.7μm的近红外光电探测器芯片。

技术介绍

[0002]单光子探测器是能够探测单个光子的器件，现在有很多不同探测器：光电倍增管PMT、微通道板MCP、超导边界转换传感器TES、超导纳米线SNSPD、光电雪崩二极管APD等，归纳起来，大致有三种类型的材料可探测单光子，分别是真空玻璃倍增器件、半导体、超导体。在各种单光子探测器中，基于半导体APD的单光子探测器即盖革模式探测器由于体积小、紧凑性、低偏置、不受磁场影响、易于集成、低功耗、髙可靠性等特征，成为了理想的单光子探测手段。
[0003]单光子探测器在很多领域都有很大的应用前景，例如量子通信与计算、生物化学应用、空间激光通信、激光测距与激光雷达、天文观测等。利用盖革模式焦平面探测器良好的时间分辨率，即通过测量反射的光子飞行时间ToF(Time
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无串扰铟镓砷盖革模式焦平面探测芯片结构，其特征在于，包括：铟镓砷外延晶片和支撑片(13)，铟镓砷外延晶片上有32
×
32个光敏探测区(7)，32
×
32个光敏探测区(7)的p电极(9)与支撑片(13)上的支撑片背面电极(11)金金永久键合，在体材料上被完全刻断的每个光敏探测区(7)四周被光敏探测区钝化膜(6)覆盖；光敏探测区(7)的n电极(5)通过铟柱(3)与读出电路pad(2)互连，实现信号在读出电路(1)的处理；光敏探测区(7)的p电极(9)通过支撑片通孔内电极(14)实现支撑片背面电极(11)与具有微透镜(18)阵列的支撑片正面电极(17)连通。2.如权利要求1所述的无串扰铟镓砷盖革模式焦平面探测芯片结构，其特征在于，相邻的光敏探测区(7)之间的间距为60μm，独立的光敏探测区(7)直径为25μm，深为25μm。3.如权利要求2所述的无串扰铟镓砷盖革模式焦平面探测芯片结构，其特征在于，所述铟镓砷外延晶片包括：磷化铟衬底和依次形成在其上的磷化铟过渡层、铟镓砷光吸收层、铟镓砷磷能带过渡层、磷化铟电荷层和顶层磷化铟层。4.如权利要求3所述的无串扰铟镓砷盖革模式焦平面探测芯片结构，其特征在于，所述磷化铟衬底为n型掺杂浓度为3—8
×
10
18
/cm3的100晶向磷化铟衬底。5.如权利要求4所述的无串扰铟镓砷盖革模式焦平面探测芯片结构，其特征在于，所述磷化铟过渡层为厚度1μm、n型掺杂浓度为3
×
10
16
/cm3的磷化铟过渡层。6.如权利要求5所述的无串扰铟镓砷盖革模式焦平面探测芯片结构，其特征在于，所述铟镓砷光吸收层为厚度2.5μm、n型杂质浓度为1—2
×
10
15
/cm3的In
0.53
Ga
0.47
As光吸收层。7.如权利要求6所述的无串扰铟镓砷盖革模式焦平面探测芯片结构，其特征在于，所述铟镓砷磷能带过渡层为厚度为0.15μm、n型掺杂浓度为3
×
10
16
/cm3的In
0.76
Ga
0.24
As
0.51
P
0.49
能带过渡层。8.如权利要求7所述的无串扰铟镓砷盖革模式焦平面探测芯片结构，其特征在于，所述磷化铟电荷层为厚度为0.2μm、n型掺杂浓度为1.25
×
10
17
/cm3的磷化铟电荷层；顶层磷化铟层为厚度3.5μm、n型杂质浓度为7
×
10
14
/cm3的顶层磷化铟层。9.一种无串扰铟镓砷盖革模式焦平面探测芯片的制作方法，其特征在于，包括以下过程：首先，制备铟镓砷外延晶片利用金属有机物化学汽相沉...

【专利技术属性】
技术研发人员：覃文治，刘源，谢和平，齐瑞峰，陈庆敏，田红军，代千，
申请(专利权)人：西南技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：