INGAAS光电二极管阵列制造技术

本发明专利技术涉及InGaAs光电二极管阵列（101）并且涉及用于制造InGaAs光电二极管阵列（101）的方法，其中所述阵列包括：阴极，所述阴极包括至少一个磷化铟衬底层（4）和有源铟镓砷化物层（5）；以及多个阳极（3），所述多个阳极（3）通过扩散P型掺杂剂至少部分地形成于所述有源铟镓砷化物层中，阳极（3）和阴极之间的相互作用形成光电二极管。根据所述方法，在形成所述阳极（3）的P型掺杂剂的扩散之前在有源层上设置磷化铟钝化层（6），以及执行第一选择性蚀刻以在其整个厚度上去除钝化层（6）的包围每个阳极（3）的区域（10）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】INGAAS光电二极管阵列
本专利技术涉及光电二极管阵列，并且更具体地涉及基于铟镓砷化物（InGaAs）和磷化铟（InP）的光电二极管阵列，以及其制造工艺。
技术介绍
用于由具有小带隙的半导体材料制成光电二极管（经常用于红外光检测）的方法之一包括在两个大带隙半导体材料之间插入检测有源小带隙层。两个大带隙半导体层为有效保护/钝化，同时保持对预期被光电二极管检测到的辐射的波长透明。并且，通过合适的掺杂，在有源层和两个保护/钝化层之间的两个异质结限制有源检测层中的光电荷，并因此提高了内置光电二极管的量子产率。InGaAs光电二极管为这种临界结构的典型示例。由InGaAs材料组成的检测有源层可具有根据InGaAs中的铟和镓的组分可调节的带隙，对于在大约1.4到3μm的SWIR（短波红外线）带中操作很理想。磷化铟和铟镓砷化物具有相同的面心立方晶体结构。最常用的组分为In0.53Ga0.47As。晶格尺寸然后与InP衬底的晶格尺寸相匹配，特别是晶格参数。这种晶体兼容性允许在InP衬底上通过外延生长优良品质的有源InGaAs层。In0.53Ga0.47As的带隙为大约0.73eV，能够检测到SWIR带中高达1.68μm的波长。它具有在诸如光谱测定、夜视、废塑料的分拣等应用的领域中不断增长的好处。保护/钝化层两者通常由InP制成。尤其由于组分In0.53Ga0.47As具有与InP相同的晶格尺寸，这允许从室温开始的非常小的暗电流。图1示出了光电二极管的阵列1的物理结构。由InGaAs组成的有源层5夹在两个InP层之间。下层实际上形成衬底4，在衬底4上通过复杂的MO-CVD外延形成InGaAs层。然后，该InGaAs层通过由InP组成的薄钝化层6保护，薄钝化层6也通过外延沉积。InP层通常为N型，采用硅掺杂。InGaAs的有源层5可轻微n掺杂或保持准本征。因此，下/上InP层和有源InGaAs层5两者形成该阵列中的光电二极管的共阴极。通过锌（Zn）的局部扩散形成单独的阳极3。掺杂剂Zn穿过薄钝化InP层6并且穿透有源InGaAs层5。图2示出了由InGaAs发光二极管的阵列1组成的InGaAs图像传感器，阵列1与读出电路2按照倒装模式连接。在InGaAs阵列传感器中，发光二极管阵列连接至通常由硅制成的读出电路，以读取通过InGaAs光电二极管产生的光电信号。如图2所示，该互连通常通过倒装工艺经由铟珠7实现。SWIR辐射9通过在该光带中透明的磷化铟衬底4到达光电二极管阵列上。通过在集成模式下操作的检测器，获得与通量和曝光时间的乘积成比例的输出信号。然而，输出信号受到传感器的最大集成能力限制。对于高对比度的场景，往往不能够获得暗区的良好呈现并同时保持明亮区域没有任何饱和度。这个问题对夜视更为严重，具有InGaAs光电二极管的阵列传感器通常设计用于夜视。通过文献EP1354360大体上提出并且通过本文所附附图的图3从其原理示出光电二极管读取光电信号的另一种方式。文献EP1354360提出光电二极管的太阳能电池操作模式，以便获得相对于入射光辐射59的强度的对数响应。在该操作模式下，光电二极管51不接收任何外部偏置并且它通过在其结中产生的光电荷正向偏置。在光电二极管上观察到的直接偏置电压与入射光通量的对数成比例。该对数响应提供在没有任何电和光调节的情况下覆盖对于在自然户外条件下使用SWIRInGaAs传感器不可缺少的超过120dB的操作动态范围的可能性。文献EP1354360还提出开关读出电路55与光电二极管的关联。如图3所示的图像传感器的使用的原理如下：a）启用选择信号SEL以通过闭合开关54选择所需光电二极管51。一旦选择了该光电二极管，则启用第一读出信号RD1，该第一读出信号RD1将闭合对应的受控开关，以将来自存储器56中的第一读出的电压存储到存储器中。该第一读出记录图像和固定空间噪声。b）然后启用复位信号RSI，该信号将使得开关53闭合。因此，光电二极管51被短路，从而模拟在绝对黑暗中的参考图像。c）接着禁用第一读出信号RD1，以重新断开对应的开关并然后启用第二读出信号RD2，以将第二读出的电压记录到存储器元件57中。因此，固定空间噪声被单独存储在存储器中。d）通过差分放大器58计算包含在各自的存储器元件56和57中的存储器存储的结果之差。放大器58的输出信号于是对应于没有固定空间噪声的图像。通过第二读出，产生对应于黑暗条件的零电压。电子黑暗信号提供抑制阵列检测器中的读出链中的信号偏移的可能性。通过EP1354360提出的原理被应用于InGaAs传感器中并且极佳地运行。但对于日光场景观察到模糊现象。该现象可简单地描述为图像中的空间分辨率的损失。然而，检测器仍根据对数法则对光的变化敏感。在其他类型的光电二极管中不会观察到该现象，诸如基于硅、InSb或MCT的光电二极管。
技术实现思路
本专利技术提出针对InGaAs光电二极管阵列中的这种模糊现象的简单而有效的解决方案。本专利技术提出的解决方案还允许在集成模式下的传统检测器中的图像质量的提高。为了这个目的，根据第一方面，提出用于制造发光二极管的阵列的方法，包括：-阴极，该阴极包括至少一个磷化铟衬底层和一个铟镓砷化物有源层，以及-多个阳极，多个阳极通过P型掺杂剂的扩散至少部分地形成于铟镓砷化物层中，阳极和阴极之间的协作形成光电二极管，该方法包括以下步骤：-在形成阳极的P型掺杂剂的扩散之前在有源层上制造N型磷化铟钝化层，以及-实现钝化层的第一选择性蚀刻，以在其整个厚度上选择性抑制所述钝化层的包围每个阳极的区域。根据当前方面的本专利技术通过以下特征单独地或以它们在技术上可能的组合有利地完成：-第一选择性蚀刻为采用第一选择性化学蚀刻剂进行的化学蚀刻；-选择性化学蚀刻剂为盐酸和磷酸的溶液；-该方法进一步包括后续的钝化步骤，该钝化步骤通过对由第一选择性蚀刻暴露的磷化铟钝化层和铟镓砷化物有源层的经蚀刻区域进行N型掺杂；-该方法进一步包括用于第二选择性蚀刻的后续步骤，该步骤在有源层的整个厚度上选择性抑制有源层的包围每个阳极的区域；-第二选择性蚀刻为采用第二选择性化学蚀刻剂进行的化学蚀刻；-第二选择性化学蚀刻剂为包括硫酸和过氧化氢的水溶液；-第二蚀刻之后是后续的钝化步骤，该步骤通过对由第一选择性蚀刻和第二选择性蚀刻暴露的磷化铟钝化层和铟镓砷化物有源层的经蚀刻区域进行N型掺杂。优选地，掺杂深度N包括在0.5μm和2μm之间。根据第二方面，本专利技术还涉及发光二极管的阵列，包括：-阴极，该阴极包括至少一个磷化铟衬底层和一个铟镓砷化物有源层，-多个阳极，多个阳极通过P型掺杂剂的扩散至少部分地形成于有源层中，阳极和阴极之间的协作形成光电二极管，-N型磷化铟钝化层，阳极通过P型掺杂剂的扩散至少部分地形成于N型磷化铟钝化层中，并且光电二极管的阵列包括包围每个阳极的区域，在该区域中所述钝化层在其整个厚度上是不存在的。根据第二方面的本专利技术通过以下特征单独地或以它们在技术上可能的组合有利地完成：-光电二极管的阵列包括包围每个阳极的区域，在该区域中所述铟镓砷化物有源层在其整个厚度上是不存在的。-光电二极管的阵列包括通过N型掺杂钝化的与所述包围每个阳极的区域接触的钝化层和有源层的区域。根据第三方面，本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造光电二极管的阵列（101）的方法，包括：‑阴极，所述阴极包括至少一个磷化铟衬底层（4）和铟镓砷化物有源层（5），以及‑多个阳极（3），所述多个阳极（3）通过P型掺杂剂的扩散至少部分地形成于所述铟镓砷化物有源层中，阳极（3）和所述阴极之间的协作形成光电二极管，其特征在于，所述方法包括以下步骤：‑在形成所述阳极（3）的P型掺杂剂的扩散之前在有源层（5）上制造N型磷化铟的钝化层（6），以及‑实现钝化层的第一选择性蚀刻，以在其整个厚度上选择性地抑制所述钝化层（6）的包围每个阳极（3）的区域（10）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.07.11 FR 11562901.一种用于制造光电二极管的阵列(101)的方法，包括：-阴极，所述阴极包括至少一个磷化铟衬底层(4)和铟镓砷化物有源层(5)，以及-多个阳极(3)，所述多个阳极(3)通过P型掺杂剂的扩散至少部分地形成于所述铟镓砷化物有源层中，阳极(3)和所述阴极之间的协作形成光电二极管，其特征在于，所述方法包括以下步骤：-在形成所述阳极(3)的P型掺杂剂的扩散之前在有源层(5)上制造N型磷化铟的钝化层(6)，以及-实现钝化层的第一选择性蚀刻，以在其整个厚度上选择性地抑制所述钝化层(6)的包围每个阳极(3)的区域(10)，包围每个阳极的所述区域足够远离每个阳极，使得该第一选择性蚀刻不到达形成阳极的P型掺杂剂的扩散区域和钝化层(6)之间的结。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一选择性蚀刻为通过第一选择性化学蚀刻剂进行的化学蚀刻。3.根据权利要求2所述的方法，其中选择性化学蚀刻剂为盐酸和磷酸的溶液。4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括后续的钝化步骤，所述钝化步骤通过对由所述第一选择性蚀刻暴露的所述磷化铟钝化层(6)和所述铟镓砷化物有源层(5)的经蚀刻区域(11)进行N型掺杂。5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括后续第二选择性蚀刻步骤，所述第二选择性蚀刻步骤在有源层(5)的整个厚度上选择性地抑制有源层(5)的包围每个阳极(3)的区域(20)。6.根据权利要求5所述的方法，其中所述第二选择性蚀刻为通过第二选择性化学蚀刻剂进行的化学蚀刻。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述第二选择性化学蚀刻剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y·倪，
申请(专利权)人：新成像技术公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR