专利名称：铟镓砷台面列阵探测器芯片的台面钝化膜及制备方法
技术领域：
本发明涉及铟镓砷(InGaAs)台面阵列探测器芯片的台面钝化膜及制备方法。
背景技术：
InGaAs探测器的钝化膜选取及制备始终是决定器件性能的关键因素，也是 器件制备中最富挑战性的工艺。主要原因是(1) InGaAs属于窄禁带半导体材料， 受半导体表面性质的限制；(2)在工艺过程中，台面器件刻蚀和腐蚀都会使 InGaAs表面和侧面晶格受损，因此InGaAs器件表面的钝化处理，在InGaAs器件 性能中扮演了十分重要甚至是决定性的角色。
文献中已报道的InGaAs台面探测器钝化介质膜多为Si队、Si02、 ZnS、聚酰 亚胺等，其中SiNx、 Si02、 ZnS这些钝化介质膜在沉积时，往往台面上表面生长 层较厚，侧面生长层较薄，另外还由于刻蚀和腐蚀的原因，造成侧面表面不光滑， 所以侧面钝化效果较差，不能有效的减小暗电流，不能保证器件的长时间的稳定 性。有机介质钝化膜聚酰亚胺有耐腐蚀、抗辐照、耐高温、黏附性好等优点，但 钝化效果及抗反射效果差，而且其长时间的稳定性也差。因此寻求一种良好的钝 化介质膜和生长工艺，对提高InGaAs器件性能是必须的。
发明内容
本发明的目的就是要提出一种可克服上述已有技术所存在缺点的铟镓砷台 面列阵探测器芯片的台面钝化膜及制备方法。
本发明的铟镓砷列阵台面探测器芯片的台面钝化膜，所述的铟镓砷台面列
阵探测器芯片，包括半绝缘的InP衬底1，在InP衬底上通过外延方法依次 排列生长的n+—InP缓冲层2、 InGaAs缓冲层3、 InGaAs吸收层4、 InGaAs帽 层5，通过刻蚀和腐蚀在上述的外延片上形成列阵台面，台面深度至InP缓冲层 2，在台面帽层5上有一P电极8，在刻蚀裸露的InP缓冲层2上有一N电极9。 所述的台面钝化膜是通过阳极氧化在台面列阵的上表面和侧面自生成的一层氧 化物钝化膜6，在氧化物钝化膜上生长有一 Si02抗反射膜7。
本发明的铟镓砷列阵台面探测器芯片的台面钝化膜采用阳极氧化法制备， 其步骤如下
电解液的配制溶质为K0H，溶液为90%乙二醇+10%去离子水，配制成O. 1M 浓度的K0H溶液，PH值为9;
将在外延片上己刻蚀形成列阵台面的芯片为阳极，石墨或铂金为阴极，同 时浸入电解液中，调节与阳极和阴极联接的电源电压，初始电压设定为10V，以 后每隔3 7分钟，电压上升4 6V，最后使电压升到30V，并在30V恒压下生 长30min,完成台面上表面和侧面的氧化钝化膜生长。
本发明的优点是
1. 阳极氧化法制备的台面钝化膜方法简便，生长的钝化膜性能优良，具有 良好的绝缘性和粘附性并且与InGaAs材料有比较接近的热膨胀系数，而且与后 面的工艺相容；
2. 生成的氧化膜有合适的表面势，表面的固定电荷密度易于控制，可以通 过膜层中的固定电荷来控制表面的电学特性；可以有效的减少无序表面区产生 的快、慢态密度；
3. 通过自身氧化过程，可以去除台面表面和侧面的因前面工艺工程中造成 的受损层或者偏离化学配比的表面层；
4.自身氧化膜优化了器件的表面特性，减小了表面和侧面的复合，进而减 小暗电流，提高了探测器的量子效率、响应率和探测率，提高了器件的长时间 稳定性和可靠性。 说明书附图
图1为本发明的InGaAs器件的剖面结构示意图。 图2为图1的俯视示意图。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式
作进一步的详细说明
在厚度为350 u m的半绝缘的InP衬底1上，采用外延生长方法依次排列生
长
n+ — InP缓冲层2，载流子浓度为2Xl(^cm—3，厚度为0.5um;
InxGanAs缓冲层3，载流子浓度为2 X 1018cm—3，厚度为3um;
In0.78Ga。.22As吸收层4，载流子浓度为1X 1017cm—3，厚度为2. 5um;
In0.78Ga。.22As帽层5，载流子浓度为2X 1018cm—3，厚度为0. 55 u m;
通过Ar+刻蚀和湿法腐蚀在上述的外延片上形成列阵台面。
将外延片上已刻蚀形成列阵台面的芯片为阳极，石墨或钼金为阴极，同时 浸入电解液中，调节与阳极和阴极联接的电源电压，初始电压设定为10V，以后 每隔5分钟，电压上升5V，最后使电压升到30V，并在30V恒压下生长30min， 完成台面上表面和侧面的氧化钝化膜6的生长，所生成的氧化钝化膜主要为AsA、 Ga203、 P205 、 ln203。
阳极氧化所用的电解液，选择了 PH值为9的0. lmol/L的KOH溶液(90%乙 二醇+10%去离子水)，目的是因为酸性的电解液对InGaAs材料具有较强的腐蚀 性。另外考虑到在氧化过程中生成的各种氧化物其禁带宽度不同，它们各自起
到的钝化效果也就不同，其中PA的禁带宽度为6 10eV， 111203的禁带宽度为 3. 1 3. 7eV，禁带宽度越大其钝化效果越好。采用本发明的PH值为9的电解液 在阳极氧化所生成的钝化膜中，有较高的P205/InA比，因此更有利于器件的钝 化。在氧化过程中选用了逐步升高电压的方法，因为随着电压的升高，氧化膜 的生长速度会明显变快，生长速度越快其致密性就越差，钝化效果也就越差， 所以本实施例设定的生长电压从10V开始，每生长5分钟，上升电压5V,直到 30V，为了使所生产的钝化膜更厚一些，最后在30V恒压下生长30min。生成的 氧化膜呈蓝色，厚度在80 100nm范围内。
然后用磁控溅射法，在整个样品表面生长厚度为2300A的Si02抗反射膜7。 最后光刻开P、 N电极孔。用缓冲HF腐蚀SiCy莫和阳极氧化钝化膜。电子束蒸 发P电极8和N电极9，完成器件芯片的制备。
权利要求
1.一种铟镓砷列阵台面探测器芯片的台面钝化膜，所述的铟镓砷台面列阵探测器芯片，包括半绝缘的InP衬底(1)，在InP衬底上通过外延方法依次排列生长的n+-InP缓冲层(2)、InGaAs缓冲层(3)、InGaAs吸收层(4)、InGaAs帽层(5)，通过刻蚀和腐蚀在上述的外延片上形成列阵台面，台面深度至n+-InP缓冲层(2)，台面的上表面和侧面有一层钝化膜(6)，钝化膜上生长有一SiO2抗反射膜(7)；在台面帽层(5)上有一P电极(8)，在刻蚀裸露的n+-InP缓冲层(2)上有一N电极(9)；其特征在于所述的钝化膜是通过阳极氧化在台面列阵的上表面和侧面自生成的一层氧化物钝化膜(6)。
2. —种铟镓砷列阵台面探测器芯片的台面钝化膜采用阳极氧化法制备，其 其特征在于步骤如下电解液的配制溶质为K0H，溶液为90%乙二醇+10%去离子水，配制成O. 1M 浓度的K0H溶液，PH值为9;将在外延片上已刻蚀形成列阵台面的芯片为阳极，石墨或铂金为阴极，同 时浸入电解液中，调节与阳极和阴极联接的电源电压，初始电压设定为10V，以 后每隔3 7分钟，电压上升4 6V，最后使电压升到30V，并在30V恒压下生 长30min，完成台面上表面和侧面的氧化钝化膜生长。
全文摘要
本发明公开了一种铟镓砷台面阵列探测器芯片的台面钝化膜及制备方法，其特征在于所述的台面钝化膜是通过阳极氧化在台面列阵的上表面和侧面自生成的一层氧化物钝化膜。钝化膜的生成采用PH值为9的0.1mol/L的KOH溶液和逐步的升高电压的方式，使所形成的钝化膜具有良好的绝缘性、粘附性、优化了器件的表面特性，减小了表面和侧面的复合，进而减小暗电流，提高了探测器的量子效率、响应率和探测率。
文档编号H01L31/102GK101170145SQ200710171389
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
发明者吴小利, 唐恒敬, 张可锋, 徐国庆, 朱龙源, 雪 李, 龚海梅 申请人:中国科学院上海技术物理研究所