专利名称：平面型铟镓砷红外焦平面探测器及制备方法
技术领域：
本发明涉及平面型铟镓砷红外焦平面探测器，具体涉及器件结构及制备方法。
背景技术：
平面型铟镓砷探测器是铟镓砷探测器的主流结构，它主要采用Zn扩散的方 法在n-InP/ InGaAs / n-InP外延材料中实现p型掺杂以制备光敏元的pn结区。 这种方法得到的器件暗电流小、探测率高、寿命长，适合在航空遥感领域应用。 但它具有一些不可避免的缺点l)pn结的热稳定性较差，由于Zn元素在InP中 的扩散系数较大，这使得它很容易在后续的热处理中向外扩散而造成pn结的稳 定性变差。2)光敏元扩大，InP中较长的少子寿命致使pn结的侧向收集效应十 分显著，最终造成实际光敏元相对设计值偏大，为了使其与设计值相等，通常 采用縮小扩散窗口的方法，可是这种方法因受到扩散误差的限制而不易控制， 同时会引入较大的非均匀性。3)p电极接触工艺复杂，在铟镓砷二极管器件中， Au/Zn/Au是最重要的p电极接触，这一金属体系可以与p-InP形成很好的欧姆 接触，可是，它与InP的粘附性较差，而且其生长过程较为复杂；特别是由于 Zn的蒸气压较大，在生长过程中Zn的厚度不易控制。
发明内容
基于上述已有器件存在的问题，本发明的目的是提出一种可克服pn结成结 困难、光敏元扩大以及p电极体系工艺复杂等问题的平面型铟镓砷红外焦平面 探测器及制备方法。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是l)在器件热处理过程之前生长Si02钝化膜来阻止Zn在热处理过程中的向外扩散，2)在Zn扩散区域表面周围 设置环型的加厚Cr/Au电极层，通过Au层对入射光的反射来实现光敏元区的限 定，3)采用Au作为器件的p电极，通过在Si02层保护下的热退火过程得到性能 优良的欧姆接触。
本发明的平面型铟镓砷红外焦平面探测器，包括n-InP衬底l，在n-InP 衬底上通过外延方法依次排列生长n-InP2/ InGaAs本征层3/ n-InP帽层4， 在n-InP帽层上通过光刻、Zn扩散形成平面型pn结，在Zn扩散区域6及n-InP 帽层上生长有一层Si02钝化增透膜7，在n-InP衬底的另一面生长有一底电极 层9，其特征在于在Si02钝化增透层上，对着Zn扩散区域上方周围有一环形 电极8,被环形电极围成的Zn扩散区域为光敏元区域lO。在光敏元区域有一从 Zn扩散区域引出的P电极8-l， P电极与环形电极联接，P电极通过环形电极将 探测信号引出。P电极由Au制成，环形电极采用Cr/Au，其厚度为3000-8000A。 所说的光敏元为线列或面阵。Si02钝化增透膜7的厚度2100-2500A。 本发明的平面型铟镓砷红外焦平面探测器的制备方法，其步骤如下 §1.将生长好的外延片依次用三氯甲垸、乙醚、丙酮、乙醇超声清洗，氮 气吹干；
§2.正胶(厚胶)光刻，光刻后烘干；Ar+离子刻蚀形成光刻标记；丙酮 去光刻胶，去离子水冲洗，氮气吹干；
§3.生长Si02掩膜，正胶(厚胶)光刻Zn扩散窗口； HF酸缓冲液腐蚀Si02 扩散窗口掩膜，丙酮去光刻胶，去离子水冲洗，氮气吹干；
§4.闭管扩散将上述样品与Zri3P2粉末真空密封于石英管中，然后加热进 行扩散，形成平面pn结；其特征在于
§ 5.在Zn扩散区域上光刻电极孔，孔内生长与p-InP欧姆接触的P电极;
§ 6. P电极上、Zn扩散区域上及n-InP帽层上生长Si02钝化增透膜，然 后在450-49(TC的温度下，退火处理，时间10-15s;
§7.正胶(厚胶)光刻，光刻后65。C烘干20分钟，HF酸缓冲液腐蚀掉P 电极上的Si02钝化增透膜，丙酮去光刻胶，去离子水冲洗，氮气吹干；
§8.正胶(厚胶)光刻，离子束溅射法生长Cr/Au加厚环形电极，其厚度 为200-300/2800-7700A;
§9.衬底背面抛光，生长Au层作为n电极。 本发明的优点是
1. 由于Si02膜是良好的Zn扩散掩膜，热处理前生长Si02钝化增透膜，成 功阻止了 Zn元素在热处理过程中的向外扩散，增强了 pn结区的热稳定性，并 且可以使电极在退火中保持良好形貌，同时，通过控制Si02膜的厚度实现对器 件表面的钝化以及对光的增透；
2. 环型加厚电极上的Au层对入射光的反射，阻止了这一区域光生载流子 的形成，实现了对有效光敏元的控制，与传统的方法相比，它在工艺上更容易 实现，而且由于加厚电极的形状可以由光刻图形决定，所以这种方法对有效光 敏元的控制更加精确；
3. p电极采用单层的Au层，与Au/Zn/Au多层体系相比，它简化了器件的 p电极生长工艺，这对工艺的稳定性以及器件性能的均匀性都有非常重要的作 用，而且，单层Au层与InP粘附性更好，更重要的是，通过Si02层保护下的热 退火过程，它完全可以实现与Au/Zn/Au体系同样良好的欧姆接触。
图1为铟镓砷线列探测器的剖面结构示意图； 图2为图1的俯视图3为铟镓砷线列探测器的制备工艺流程图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式
作进一步的详细说明
见图3a，本实施例所用的外延片结构为厚度为650tx m的n型InP衬底1， 载流子浓度3-4X 1018cm—3;用M0CVD技术在衬底1上依次生长厚度为0. 5 u m的 n型InP层2，载流子浓度2-3X 1018cm 3; 厚度为2. 5 u m的In。.53Ga。.47As本征 吸收层3，载流子浓度5-6 X 10lficnf3;厚度为1 u m的n型InP帽层4，载流子 浓度大于5X10"cm—3。然后依次用三氯甲垸、乙醚、丙酮、乙醇超声清洗外延片， 氮气吹干；正胶(厚胶)光刻，光刻后65'C烘干20分钟；
见图3b， Ar+离子刻蚀形成光刻标记，离子能量为300eV，束流为8。cm—3， 刻蚀10分钟；
丙酮去光刻胶，去离子水冲洗，氮气吹干；
生长Si02扩散掩膜7-1，厚度为2300A，正胶(厚胶)光刻，光刻后65。C烘 干20分钟；
HF酸缓冲液(HF:NH4F:H20=3:6:9)腐蚀Si02扩散窗口掩膜，丙酮去光刻胶， 去离子水冲洗，氮气吹干；
闭管扩散将样品与适量的Zn3P2粉末真空密封于石英管中，然后加热进行 扩散，形成Zn的扩散区6;
见图3c，正胶(厚胶)光刻，光刻后65。C烘干20分钟，生长p-InP欧姆 接触的Au p电极8;
见图3d，生长Si02钝化膜7-2，厚度为2300A，然后在49(TC下退火，时间
12s;
正胶(厚胶)光刻，光刻后65。C烘干20分钟，HF酸缓冲液
(HF:NH4F:H20=3:6:9)腐蚀Si02钝化膜，丙酮去光刻胶，去离子水冲洗，氮气 吹干；
正胶(厚胶)光刻，离子束溅射法生长Cr/Au加厚电极8，厚度为200/4000A; 见图l，样品背面抛光，生长Au层作为n电极9， Si02扩散掩膜7-l和Si02 钝化膜7-2 —起构成Si02钝化增透膜7。
权利要求
1.一种平面型铟镓砷红外焦平面探测器，包括n-InP衬底(1)，在n-InP衬底上通过外延方法依次排列生长n-InP(2)/InGaAs本征层(3)/n-InP帽层(4)，在n-InP帽层上通过光刻、Zn扩散形成平面型pn结，在Zn扩散区域(6)及n-InP帽层上生长有一层SiO2钝化增透膜(7)，在n-InP衬底的另一面生长有一底电极层(9)，其特征在于在SiO2钝化增透膜(7)上，对着Zn扩散区域上方周围有一环形电极(8)，被环形电极围成的Zn扩散区域为光敏元区域(10)，在光敏元区域有一从Zn扩散区域引出的P电极(8-1)，P电极与环形电极联接，P电极通过环形电极将探测信号引出。
2. 根据权利要求1的一种平面型铟镓砷红外焦平面探测器，其特征在于 所说的P电极由Au制成。
3. 根据权利要求1的一种平面型铟镓砷红外焦平面探测器，其特征在于 所说的环形电极采用Cr/Au。
4. 根据权利要求1的一种平面型铟镓砷红外焦平面探测器，其特征在于 所说的光敏元为线列或面阵。
5. —种平面型铟镓砷红外焦平面探测器的制备方法，其步骤如下§A.将生长好的外延片依次用三氯甲烷、乙醚、丙酮、乙醇超声清洗，氮 气吹干；§B.正胶(厚胶)光刻，光刻后烘干；Ar+离子刻蚀形成光刻标记；丙酮 去光刻胶，去离子水冲洗，氮气吹干；§C.生长Si02掩膜，厚度为2100-2500A，正胶(厚胶)光刻Zn扩散窗口； HF酸缓冲液腐蚀Si02扩散窗口掩膜，丙酮去光刻胶，去离子水冲洗，氮气吹干; §D.闭管扩散将上述样品与Zri3P2粉末真空密封于石英管中，然后加热进 行扩散，形成平面pn结；其特征在于§ E.在Zn扩散区域上光刻电极孔，孔内生长与p-InP欧姆接触的Au P电极；§ F. P电极上、Zn扩散区域上及n-InP帽层上生长Si02钝化增透膜，厚 度为2100-2500A,然后在450-49(TC的温度下，退火处理，时间10_15s;§G.正胶(厚胶)光刻，光刻后65。C烘干20分钟，HF酸缓冲液腐蚀掉P 电极上的Si02钝化增透膜，丙酮去光刻胶，去离子水冲洗，氮气吹干；§H.正胶(厚胶)光刻，离子束溅射法生长Cr/Au加厚环形电极，厚度 200-300/2800-7700人；§1.衬底背面抛光，生长Au层作为n电极。
全文摘要
本发明公开了一种平面型铟镓砷红外焦平面器件，包括在外延片上通过Zn扩散形成平面型pn结，其特征是在Zn扩散区域上方周围有一加厚Cr/Au环形电极，通过Au层对入射光的反射来实现光敏元区的限定。由于加厚电极的形状由光刻图形决定，所以有效光敏元的面积可以得到精确控制。器件制备方法的特征是在热处理前先生长SiO<sub>2</sub>钝化膜来阻止Zn在热处理过程中的向外扩散，增强了pn结的热稳定性，而且通过控制SiO<sub>2</sub>膜的厚度实现了对器件表面的钝化以及对光的增透。p电极采用单层Au层，简化了p电极生长工艺，这对工艺的稳定性以及器件的均匀性都有重要的意义，Au与InP粘附性较好，而且，通过SiO<sub>2</sub>层保护下的热退火过程，可以实现与Au/Zn/Au良好的欧姆接触。
文档编号H01L31/103GK101170142SQ20071017071
公开日2008年4月30日 申请日期2007年11月21日 优先权日2007年11月21日
发明者吴小利, 唐恒敬, 张可峰, 雪 李, 龚海梅 申请人:中国科学院上海技术物理研究所