InGaAs/InP平面型光电探测器扩散结的检测方法技术

本发明专利技术公开了一种ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ平面型光电探测器扩散结的检测方法，包括步骤：待测晶片或器件经过扩散区域的剖面试样制备，剖面上扩散区及其附近区域微分电容显微分布的侦测，由微分电容显微分布特征确定ＰＮ结的位置和扩散深度。该方法适用于小尺寸的扩散窗口和平面型光电探测器光敏单元检测，空间分辨高并能提供侧向扩散深度的信息。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是有关一种半导体元件的检测方法，特别是关于一种InGaAs/InP 平面型光电探测器扩散结的检测方法。
技术介绍
半导体光电探测器是实现光电信息转换的传感器件。在近红外波段(光波 波长1 3微米)，InGaAs/InP因其优异的材料特性而成为该波段光电探测器 的主要应用材料。InGaAs/InP探测器结构主要分为平面型和台面型两类；其中 平面型结构避免了台面器件侧壁带来的漏电和表面复合等影响光电效率的因 素，能够得到较好的探测性能，因此在InGaAs/InP的两种主要光电探测器-雪崩光电二极管(APD)和PIN近红外探测器中均被广泛采用。平面型器件结 构中PN结的制备一般采用p型杂质扩散形成扩散结的方法，先在外延晶片表 面沉积扩散掩模，然后在掩模上选择腐蚀形成扩散窗口，再采用Zn等杂质扩 散的方法在i-InP顶层实现p型掺杂(扩散结)。在平面型InGaAs/InP器件工 艺中，p型扩散的效果，如扩散深度、侧向扩散和浓度分布等对器件的光电性 能有决定性的影响。目前，检测InGaAs/InP扩散结分布特征的方法主要有二次离子质谱 (SIMS)和电化学电容-偏压法(ECV或ECCV)。其中SIMS方法测量p型 杂质在材料深度方向的浓度分布，在扩散前沿杂质浓度一般渐进递变，因此不 易精确判定PN结的结区位置；ECV法能够感测载流子的深度分布，空间分辨 可至纳米级，但易受腐蚀缺陷和测量条件的影响；并且ECV方法只适用于块体材料的载流子分布测量，无法应用于亚毫米甚至微米尺寸的指定扩散窗口或光敏元单元的检测；常用的SIMS方法在用于窗口或光敏元尺寸小于100微米 的杂质分布测量时也会产生较大的误差。另外上述两种方法均不能提供杂质侧 向扩散的信息。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术的目的是提供一种InGaAs/InP平面型光电探测器扩散结 的检测方法，该方法适用于小尺寸的扩散窗口和探测器光敏元检测，空间分辨 高并能提供侧向扩散深度的信息。本专利技术提供一种，该光 电探测器至少包括一衬底， 一底电极， 一光敏层， 一顶电极；其中底电极在衬 底之上，为n型InP;光敏层在底电极层上方，为非掺杂i-InGaAs;顶电极层 在光敏层上方，原片为非惨杂i-InP，杂质经窗口扩散局部形成p型区域。此方法先对晶片进行抛角流片生成n型欧姆接触电极，对探测器光敏元的 检测则直接利用器件的n型电极；然后划片获得光洁平整剖面，再以I1型欧姆 接触为公共电极测量剖面扩散区域的微分电容分布，根据材料深度方向和侧向 的微分电容分布确定扩散形成PN结的位置和扩散深度。上述方法中，平整的晶片剖面由划片解理获得，InGaAs/InP晶体品质高， 力学特征适合自然解理，得到的剖面平整度通常很高，因此试样制备较为简易。剖面的微分电容分布可以由扫描电容显微镜测得，微分电容(dC/dV)对 材料的多数载流子种类和浓度敏感，因此在典型的p型掺杂向弱n型的非掺杂 i区过渡时信号变化显著，可以利用空间电荷区的分布特征精确判定PN结的 位置，再结合晶片上表面和扩散窗口的位置得到p型杂质在深度方向和侧向的 扩散深度。与现有技术相比，本专利技术具有如下优势本专利技术能够对尺寸小于100微米的扩散窗口和探测器光敏元进行检测，尤 其适用于大规模线列或面阵器件的探测单元检测。本专利技术是对扩散窗口或探测器单元剖面载流子分布的二维成像式扫描，可以同时获得深度方向和侧向杂质扩散深度的信息，空间分辨优于30纳米。 另外，本专利技术提供的方法实施便利，所获结区特征明显；对试样无特殊要求，且检测是非损耗的，可重复进行。附图说明图1是本专利技术的检测方式示意图2是本专利技术实施例1的器件结构扩散结的剖面微分电容扫描像；图3是本专利技术实施例1的器件结构扩散结深度方向的微分电容分布曲线；图4是本专利技术实施例1的器件结构扩散窗口侧向微分电容分布曲线；图5是本专利技术实施例2的器件结构扩散结的剖面微分电容扫描像；图6是本专利技术实施例2的器件结构扩散结深度方向的微分电容分布曲线；图7是本专利技术实施例2的器件结构扩散窗口侧向微分电容分布曲线。其中101— 扩散掩模层；102— 扩散窗口；103 —晶片顶层；104 —光敏层；105 —底电极层；106 —扫描电容显微测量回路； 107—晶片材料的深度方向；108 —侧向(横向)；Ml —实施例1的器件结构扩散形成的PN结位置； M2 —实施例1的器件结构扩散窗口边缘位置； 201 —实施例1的器件结构扩散形成的p型区域； 202—实施例1的器件结构i-InP层； DdeptM —实施例1的器件结构p型杂质扩散深度； Du—实施例1的器件结构p型杂质侧向扩散深度； M3 —实施例2的器件结构扩散形成的PN结位置； M4 —实施例2的器件结构扩散窗口边缘位置； 501 —实施例2的器件结构扩散形成的p型区域； 502-实施例2的器件结构i-InGaAs层； Ddepth2 —实施例2的器件结构p型杂质扩散深度； DL2—实施例2的器件结构p型杂质侧向扩散深度。 具体实施例方式为让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点更明显易懂，下文以目前 InGaAs/InP光电探测器的两种主要器件类型为实施例，并配合附图，作详细说 明。图1是本专利技术检测方式的示意图，该方法适用的器件结构至少包括底电极 层105，通常为n型InP，光敏层104，通常为非掺杂i-InGaAs，和顶层103, 通常是非掺杂i-InP，顶层103经掩模、开窗102和杂质扩散后局部形成p型掺 杂区。本专利技术所述方法是通过侦测扩散晶片剖面的载流子分布特征对扩散结进 行检测的，该方法包括试样制备、剖面微分电容侦测和扩散结深度分析三部分。其中的试样制备包括两个步骤公共电极的制成和穿过扩散区域的剖面形成。公共电极由晶片经抛角流片形成连接底电极层的欧姆接触，对于线列或面 阵器件可以直接由底电极连出；待测剖面由划片自然解理获得，横断面穿过待 检测的扩散窗口或光敏元区域。剖面微分电容由扫描电容显微镜侦测，扫描电容显微镜通过回路106记录 晶片剖面上扩散区域反映载流子分布特征的二维微分电容数据。扩散结分析首先由二维微分电容数据提取深度方向和侧向的微分电容分 布曲线；然后进行各材料和特征掺杂层的指认，以及扩散形成的PN结特征判 断；最后量测p型杂质不同方向的扩散深度。实施例1提供了一种InGaAs/InP雪崩光电二极管(APD)扩散结，该雪 崩光电二极管结构至少包括一衬底， 一底电极， 一光敏层， 一渐变层， 一电场 控制层， 一倍增层和一顶电极；其中底电极在衬底之上，为n型InP;光敏层 在底电极层上方，为非掺杂i-InGaAs;渐变层在光敏层上方，为组份渐变 InGaAsP;电场控制层在渐变层上方，为n型InP;倍增层在电场控制层上方， 为非掺杂i-InP;顶电极层由非掺杂i-InP层局部经Zn杂质扩散形成p型区。依据上述方法和步骤获得n型公共电极和平整光洁的解理剖面后，在扩散 窗口边缘区域由扫描电容显微镜测得的解理面微分电容分布见图2，在非掺杂 i-InP层202中，由于Zn杂质扩散局部区域201的微分电容信号呈现典型的p 型载流子响应特征；同时测得的形貌图此处未给出，由形貌图确定的扩散窗口 边界位置在图2中用M2标出，在窗口边界外缘本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ平面型光电探测器扩散结的检测方法，该光电探测器至少包括一衬底，一底电极，一光敏层，一顶电极；其中底电极在衬底之上，为ｎ型ＩｎＰ；光敏层在底电极层上方，为非掺杂ｉ－ＩｎＧａＡｓ；顶电极层在光敏层上方，原片为非掺杂ｉ－ＩｎＰ，经窗口杂质扩散局部形成ｐ型区域。该方法特征在于其步骤为：　１．）晶片抛角流片生成ｎ型底电极层的欧姆接触；　２．）划片，形成穿过待检测的扩散窗口区域的平整横断面；　３．）以ｎ型欧姆电极为公共电极，在剖面上侦测扩散窗口及 其邻近区域的微分电容显微分布；　４．）由微分电容显微分布确定ＰＮ结位置；　５．）依据深度方向微分电容分布中ＰＮ结位置确定扩散深度；　６．）依据侧向微分电容分布中ＰＮ结位置确定侧向扩散深度。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李天信，陆卫，殷豪，李永富，王文娟，唐恒敬，李宁，李志峰，陈效双，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]