一种平面结构超晶格红外探测器制造技术

本发明专利技术提供了一种平面结构超晶格红外探测器，其结构自下而上依次为衬底材料层、缓冲层、下电极层、超晶格吸收层、势垒层、上电极层、离子注入隔离层、钝化层以及金属接触层。本发明专利技术超晶格红外探测器采用平面结构，利用离子注入对上电极层进行离子轰击形成补偿掺杂的高电阻区，完成独立像元的隔离，进而实现平面结超晶格红外探测器，这有利于消除台面刻蚀操作带来的侧壁漏电流，降低表面介质膜钝化工艺难度，简化制备流程，并且离子轰击形成的高阻区能够阻挡载流子的输运，并具有较高的热稳定性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种平面结构超晶格红外探测器


[0001]本专利技术涉及半导体材料与器件
，具体为一种平面结构超晶格红外探测器。

技术介绍

[0002]基于
Ⅲ‑Ⅴ
族半导体的锑化物超晶格材料具有宽波段精确可调、量子效率高、大面积均匀性好、工作温度高、制备成本低等优势，能同时满足第三代红外探测器对高探测率、大面阵、多波段、低功耗、低成本等要求，在制导、夜视等军事领域以及工业检测、遥感等民用领域具有重要应用，具有很大的发展潜力。目前超晶格红外探测器主要利用分子束外延技术在锑化镓衬底外延生长超晶格材料，再经过芯片台面结技术制备获得探测器芯片，实现红外探测成像。
[0003]当前超晶格红外探测器芯片的制备主要采用台面结技术，在加工过程中易形成由于台面刻蚀损伤带来的侧壁漏电流，并且侧壁易受应力影响产生能带弯曲引入表面态，导致侧壁反型，或易发生氧化，进而增加器件侧壁漏电流，导致器件噪声大。而侧壁钝化技术难度高，可靠性差，很难完全抑制器件侧壁漏电流，特别是在长波段，侧壁漏电流对器件性能的影响尤为明显。
[0004]台面结技术表面钝化层通常采用化学气相沉积或原子层沉积方式在红外光敏材料表面沉积形成，该钝化方式对表面漏电流的抑制效果受到钝化膜致密性、粘附性、可靠性及界面应力等因素影响，通常很难完全抑制表面漏电流。另外，对于超晶格长波材料，本征吸收区通常为N型，少子为空穴，相较于电子，其扩散长度更短，迁移率更低，严重影响了其量子效率。
[0005]对于目前主流的台面结芯片制备技术，需要刻蚀槽来隔离台面，隔离槽的宽度决定了像元的占空比大小，进而影响光学响应，其刻蚀难度随像元尺寸减小而急剧增加。另外，在刻蚀过程中由于晶格连续性被打破，导致器件侧壁产生表面态和反型层，从而使侧壁产生导电通道而产生侧壁漏电流。尽管采用了各种方法如聚酰亚胺、光刻胶SU
‑
8、介质膜钝化等，但由于台面结构导致的侧壁钝化覆盖难度大，效果有限。
[0006]由此，目前需要有一种方案来解决现有技术中存在的技术问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供一种平面结构超晶格红外探测器，至少可以解决现有技术中存在的部分问题。
[0008]为解决上述技术问题，根据本专利技术的一个方面，本专利技术提供了如下技术方案：
[0009]作为本专利技术所述的一种平面结构超晶格红外探测器，其中：所述超晶格红外探测器包括自下而上依次设置的衬底材料层、缓冲层、超晶格吸收层以及上电极层，所述超晶格吸收层与所述上电极层之间形成PN结，所述上电极层中还设置有离子注入隔离层，在所述离子注入隔离层以及部分所述上电极层上方还设置有表面钝化层，所述上电极层未被所述
表面钝化层覆盖的区域上方设置有金属接触层。
[0010]作为本专利技术所述的一种平面结构超晶格红外探测器的优选方案，其中：所述衬底材料层为N型掺杂的InAs或GaSb衬底，厚度为500
‑
600微米。
[0011]作为本专利技术所述的一种平面结构超晶格红外探测器的优选方案，其中：所述缓冲层为P型掺杂的InAs、InAs
x
Sb1‑
x
或GaSb缓冲层，厚度为0.3
‑
1.0微米。
[0012]作为本专利技术所述的一种平面结构超晶格红外探测器的优选方案，其中：所述缓冲层与所述超晶格吸收层之间还设置有下电极层，所述下电极层为P型掺杂的InAs/GaSb、InAs/InAs
x
Sb1‑
x
或In
x
Ga1‑
x
As/InAs
y
Sb1‑
y
超晶格层，厚度为0.3
‑
1.0微米。
[0013]作为本专利技术所述的一种平面结构超晶格红外探测器的优选方案，其中：所述超晶格吸收层为P型掺杂的InAs/GaSb、InAs/InAs
x
Sb1‑
x
或In
x
Ga1‑
x
As/InAs
y
Sb1‑
y
超晶格层，厚度为2.0
‑
5.0微米。
[0014]作为本专利技术所述的一种平面结构超晶格红外探测器的优选方案，其中：所述超晶格吸收层与所述上电极层之间还设置有势垒层，所述势垒层为P型或P型到N型渐变补偿掺杂的InAs/GaSb/AlSb/GaSb、InAs/AlSb超晶格层或AlAsSb、AlGaAsSb数字合金材料层，厚度为0.2
‑
0.8微米。
[0015]作为本专利技术所述的一种平面结构超晶格红外探测器的优选方案，其中：所述上电极层为N型掺杂的InAs/GaSb、InAs/InAs
x
Sb1‑
x
或In
x
Ga1‑
x
As/InAs
y
Sb1‑
y
超晶格层，厚度为0.1
‑
0.8微米。
[0016]作为本专利技术所述的一种平面结构超晶格红外探测器的优选方案，其中：所述离子注入隔离层为Be或Zn离子轰击形成的补偿掺杂的高电阻区，深度超过所述上电极层的厚度。
[0017]作为本专利技术所述的一种平面结构超晶格红外探测器的优选方案，其中：所述表面钝化层为SiO2、Al2O3或Si3N4介质钝化层，厚度为0.1
‑
0.5微米。
[0018]作为本专利技术所述的一种平面结构超晶格红外探测器的优选方案，其中：所述金属接触层设置在所述上电极层上方，厚度为0.5
‑
1.0微米。
[0019]作为本专利技术所述的一种平面结构超晶格红外探测器的优选方案，其中：所述超晶格红外探测器结构采用分子束外延技术或金属有机化合物化学气相沉淀技术生长制备。
[0020]本专利技术的有益效果如下：
[0021]1、本专利技术的平面超晶格红外探测器采用平面结技术，只需要在表面进行钝化，相较于侧壁钝化，可降低芯片的加工工艺难度。
[0022]2、本专利技术超晶格红外探测器采用平面结构，钝化层可以采用原位生长技术进行外延生长，能够有效地提升钝化层的质量，降低表面漏电流。
[0023]3、本专利技术超晶格红外探测器采用平面结构，利用离子注入对上电极层进行离子轰击形成补偿掺杂的高电阻区，完成独立像元的隔离，进而实现平面结超晶格红外探测器，这有利于消除台面刻蚀操作带来的侧壁漏电流，降低表面介质膜钝化工艺难度，简化制备流程，并且离子轰击形成的高阻区能够阻挡载流子的输运，并具有较高的热稳定性。
[0024]4、本专利技术的吸收区为P型，少子为电子，具有更高的扩散长度和迁移率，能够有效提升量子的效果。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种平面结构超晶格红外探测器，其特征在于，所述超晶格红外探测器包括自下而上依次设置的衬底材料层(1)、缓冲层(2)、超晶格吸收层(4)以及上电极层(6)，所述超晶格吸收层(4)与所述上电极层(6)之间形成PN结，所述上电极层(6)中还设置有离子注入隔离层(7)，在所述离子注入隔离层(7)以及部分所述上电极层(6)上方还设置有表面钝化层(8)，所述上电极层(6)未被所述表面钝化层(8)覆盖的区域上方设置有金属接触层(9)。2.根据权利要求1所述的一种平面结构超晶格红外探测器，其特征在于：所述衬底材料层(1)为N型掺杂的InAs或GaSb衬底，厚度为500
‑
600微米。3.根据权利要求1所述的一种平面结构超晶格红外探测器，其特征在于：所述缓冲层(2)为P型掺杂的InAs、InAs
x
Sb1‑
x
或GaSb缓冲层，厚度为0.3
‑
1.0微米。4.根据权利要求1所述的一种平面结构超晶格红外探测器，其特征在于：所述缓冲层(2)与所述超晶格吸收层(4)之间还设置有下电极层(3)，所述下电极层(3)为P型掺杂的InAs/GaSb、InAs/InAs
x
Sb1‑
x
或In
x
Ga1‑
x
As/InAs
y
Sb1‑
y
超晶格层，厚度为0.3
‑
1.0微米。5.根据权利要求1所述的一种平面结构超晶格红外探测器，其特征在于：所述超晶格吸收层(4)为P型掺杂的InAs/GaSb、InAs/InAs
x
Sb1‑
x

【专利技术属性】
技术研发人员：黄晟，黄立，吴佳，刘永锋，刘芊栾，魏国帅，
申请(专利权)人：武汉高芯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：