专利名称：光伏型多量子阱红外探测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及红外探测器，具体是指一种光伏型多量子阱红外探测器。
背景技术：
根据工作模式，半导体红外探测器可以分为光导型和光伏型二类。光导型 红外探测器由于需要外加电场，所以暗电流比较大；光伏型红外探测器由于内 建电场的存在，暗电流比较小。目前，研究的比较多的是光导型多量子阱红外 探测器和光伏型碲镉汞、InSb红外探测器。与光伏型碲镉汞红外探测器相比， 光导型量子阱红外探测器的优点是材料的均匀性好，器件制作工艺成熟、抗辐 照、成本低、尤其对焦平面列阵探测器，这些优点表现的更为明显。但是，由 于光导型量子阱红外探测器有较大的暗电流，因而在应用上受到了很大的限制， 也正是由于该暗电流随温度呈指数式上升，导致了光导型量子阱红外探测器工 作温度比碲镉汞红外探测器更低，给制冷带来了更大的负担。相对光导型多量 子阱红外探测器，对光伏型量子阱红外探测器的研究则较少，究其原因虽然 光伏型量子阱红外探测器暗电流较小，但其工作温度、响应率以及探测率方面 都不及光导型探测器。因此，任何一种能够有效抑制多量子阱红外探测器喑电 流的方法都是很有实用价值的。
发明内容
基于上述已有技术存在的问题，本发明的目的是要提出一种能够保持光导 型多量子阱红外探测器优点的同时又能够在光伏模式下工作的光伏型多量子阱
红外探测器，从而有效抑制多量子阱红外探测器的暗电流。
本发明的目的是这样实现的光伏型多量子阱红外探测器由SOI晶片，键
合在SOI晶片的顶层Si上的光导型多量子阱红外探测器组成。
所说的SOI晶片是一种通过高能粒子辐照处理后，在埋氧层中产生固定电
荷的晶片。
所说的光导型多量子阱红外探测器为GaAs/AlGaAs、 GaAs/InGaAs或 Si/GeSi多量子阱红外探测器。
本发明基于的工作原理是(为了便于说明，下面以n型多量子阱探测器为 例，埋氧层中固定电荷以正电荷为例加以说明)由于富含固定电荷的埋氧层上 的顶层Si和n型多量子阱的电极层键合后共同构成器件的一个电极层，该电极 层下的埋氧层提供了正固定电荷形成的静电场，该电场在器件工作中将类似光 伏器件中pn结那样起到内建电场的作用。当没有光照时，探测器两端电压就等 于由此内建电场得到的电势差。当有红外光入射时，掺杂量子阱中位于基态的 电子被激发到激发态，形成探测器的光电子。光电子在内建电场的作用下向高 电势区漂移，这一漂移过程与光导型的多量子阱探测器中的光电子行为是相同 的。光电子漂移到顶层与埋氧层的界面处堆积，与量子阱中的杂质正电荷之间 形成光生电压，从而改变了内建电场的分布。由于埋氧层的存在，器件并不能 形成光生电流，只能形成光生电压。
本发明的优点在于该探测器不仅具备了光导型多量子阱红外探测器的基 本优越性能，同时也解决了光导探测器暗电流较大的缺陷，从而进一步提高了 器件的性能。同时，器件的制备也比较简单、易于操作。
图1为本发明的光伏型多量子阱红外探测器的光电响应能带示意图。图2为本实施例的光伏型多量子阱红外探测器的材料结构示意图。 图3为本发明的光伏型多量子阱红外探测器的结构示意图。
具体实施例方式
下面以n型GaAs/AlGaAs多量子阱探测器为例，结合附图对本发明的具体实 施方式做进一步的详细说明。
1. n型GaAs/AlGaAs多量子阱2的制备 采用薄膜生长技术在GaAs衬底201上依次生长 100nm的Al。.15Ga。.85As刻蚀阻挡层202;
N型掺杂的GaAs上电极层203，掺杂浓度为10'7crn3，厚度为l戶； 先势垒后势阱交替排列60个周期形成多量子阱层204，其中势垒205为60nm 厚的Al。.15Ga。.85As层，势阱为6皿厚的n掺杂的GaAs层，掺杂浓度为107cm3; 60nm厚的Alo.Us层205;
N型掺杂的GaAs下电极层206，掺杂浓度为107cm3,厚度为l;an，完成多 量子阱的制备。
2. SOI晶片1采用外购，对购买来的SOI晶片表面进行伽马射线的辐照， 埋氧层中产生的固定电荷量与辐照能量的大小和时间有关。在此，可以通过控 制辐照能量的大小和时间来控制埋氧层中的固定电荷量，进而有效地控制固定 电荷附近的静电场强度。要实现本发明的技术方案，静电场强度的范围为 5 8Kv/cm。
3. 利用晶片键合工艺将多量子阱的下电极层206与SOI晶片的顶层Si 103 键合在一起。晶片键合工艺可以是低温真空键合、化学溶液表面改性键合或者 热键合。键合后，刻蚀掉GaAs衬底201和刻蚀阻挡层202，仅保留带有上下电 极层的多量子阱，此时的衬底就是SOI晶片的Si衬底lOl，顶层Si与多量子阱
的下电极层206键合后共同构成本发明器件的一个下电极层，该下电极层下的 埋氧层102提供了固定电荷形成的静电场，该电场在器件工作中将类似光伏器 件中pn结那样起到内建电场的作用。
4.采用常规的器件制备工艺在GaAs上电极层203上刻蚀光栅207,接着刻 蚀台面至GaAs下电极层206，在下电极层上形成一个多量子阱台面。利用真空 蒸发镀膜技术在GaAs下电极层206上蒸镀下电极2061，在GaAs上电极层203 上蒸镀上电极2031。到此完成了一个以硅材料为衬底的光伏型多量子阱红外探 领!j器。
如果要做成红外焦平面器件，依然是上述工艺，将上电极2031做成铟柱与 读出电路互联。同时现在的单元器件应该是一种完全相同的单元组成的阵列器 件，并最终按半导体器件的标准工艺将SOI晶片中的硅衬底101去掉，留下埋 氧层102即可。
权利要求
1.一种光伏型多量子阱红外探测器，其特征在于该探测器由SOI晶片(1)，键合在SOI晶片的顶层Si(103)上的光导型多量子阱红外探测器(2)组成；所说的SOI晶片是一种通过高能粒子辐照处理后，在埋氧层(102)中产生固定电荷的晶片。
2.根据权利要求1的一种光伏型多量子阱红外探测器，其特征在于所说的光导型多量子阱红外探测器为GaAs/AlGaAs、 GaAs/InGaAs或Si/GeSi多量子阱红外探测器。
全文摘要
本发明公开了一种光伏型多量子阱红外探测器，该探测器由SOI晶片，键合在SOI晶片上的光导型多量子阱红外探测器组成。所说的SOI晶片是一种通过高能粒子辐照处理后，在埋氧层中产生固定电荷的晶片。所说的光导型多量子阱红外探测器为GaAs/AlGaAs、GaAs/InGaAs或Si/GeSi多量子阱红外探测器。本发明的优点在于该探测器不仅具备了光导型多量子阱红外探测器的基本优越性能，同时也解决了光导探测器暗电流较大的缺陷，从而进一步提高了器件的性能。同时，器件的制备也比较简单、易于操作。
文档编号H01L31/111GK101170148SQ20071017138
公开日2008年4月30日 申请日期2007年11月30日 优先权日2007年11月30日
发明者波 张, 宁 李, 李天信, 李志锋, 王文娟, 甄红楼, 卫 陆, 陈平平, 陈效双 申请人:中国科学院上海技术物理研究所