双光栅双色量子阱红外探测器面阵的制作方法
【专利摘要】一种双光栅双色量子阱红外探测器面阵的制作方法，包括：在衬底上依次生长下接触层、下量子阱层、中间接触层、上量子阱层和上接触层；制作正面光栅，并制作上电极；刻蚀，形成隔离槽和上台面；刻蚀每个隔离槽一侧的侧壁，形成中台面，刻蚀每个隔离槽另一侧的侧壁，形成下台面；制作中间电极，制作下电极，形成基片；生长一层钝化层；生长引出金属层，把中间电极、下电极和上电极引出到上台面；生长二次钝化层，在二次钝化层上腐蚀出引线孔，并在引线孔中生长加厚金属，形成样片；把样片分割成面阵的管芯，并与读出电路进行互连；在衬底的背面制作背面光栅。本发明在每个像元都能同时引出两个波段红外信号的结构中，使得两个波段都有高的光栅耦合效率，提高器件的性能。
【专利说明】双光栅双色量子阱红外探测器面阵的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体器件的制作【技术领域】，特别是指一种双光栅双色量子阱红外探测器面阵的制作方法。
【背景技术】
[0002]量子阱红外探测器，特别是双色量子阱红外探测器是近年来探测器方面研究的焦点之一。其原理是利用不同带隙的宽带隙材料交替生长，形成量子阱结构，利用量子阱中的子带跃迁，制成红外探测器。通过调节阱宽、势垒高度，即三五族化合物的组份，就可以调节量子阱中子带的位置，进而调节探测器的响应波长。利用II1-V族材料成熟的生长工艺，易于实现双色探测。
[0003]在量子阱红外探测器面阵中，耦合光栅的制备非常重要，耦合光栅的耦合效率直接影响探测器的性能。而在双色量子阱红外探测器面阵中，耦合光栅对两个波段的红外辐射都需要进行高效率的耦合，因此耦合光栅的设计和制备就更为复杂和困难。目前，在双色量子阱红外探测器面阵制备中，耦合光栅的设计制作方法主要有:
[0004]I)采用隔行输出的方法。在远离衬底的探测器(上探测器)起作用的输出行中，因为上探测器距离材料上表面很近，因此在上接触层内制作耦合光栅；而在靠近衬底的探测器(下探测器)起作用的输出行中，因为下探测器距离材料上表面很远，因此把耦合光栅深度加深，从表面穿透上探测器到达中间接触层。在这种方法中，下探测器的光栅深度很深，而光栅的尺寸较小，因此需要高深宽比的刻蚀，大大提高了工艺难度。而且由于不同波段的探测器采用了不同深度的耦合光栅，因此每一像元只能输出一个波段，整个器件的占空比低，大大降低了双色探测器面阵的成像质量。
[0005]2)整个面阵上的两个探测波段都共用同一光栅。探测器面阵中的每一个像元都同时引出两个波段的红外信号，只在上接触层中制备光栅，上探测器和下探测器共用这一光栅。在这种方法中，每个像元都可同时引出两个波段的红外信号，面阵器件的占空比高。但是由于光栅只在上接触层中，因此下探测器距离光栅很远，耦合效率大大降低。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于，提供一种双光栅双色量子阱红外探测器面阵的制作方法，采用在面阵正反面都制备光栅的方法，在每个像元都能同时引出两个波段红外信号的结构中，使得两个波段都有高的光栅耦合效率，提高器件的性能。
[0007]本发明提供一种双光栅双色量子阱红外探测器面阵的制作方法，包括如下步骤:
[0008](A)在一衬底上依次生长下接触层、下量子阱层、中间接触层、上量子阱层和上接触层；
[0009](B)在上接触层上制作正面光栅，并在正面光栅上沉积金属层，该金属层为上电极；
[0010](C)在金属层上向下刻蚀，形成隔离槽和上台面，刻蚀深度到达衬底内，使隔离槽两侧的像元完全隔离；
[0011](D)刻蚀每个隔离槽一侧的侧壁，刻蚀深度到达中间接触层内，形成中台面，刻蚀每个隔离槽另一侧的侧壁，刻蚀深度到达下接触层内，形成下台面；
[0012](E)在中台面上制作中间电极，在下台面上制作下电极，形成基片；
[0013](F)在基片的表面生长一层钝化层，在钝化层对应的中间电极、下电极和上电极处腐蚀出电极孔；
[0014](G)在钝化层的表面生长引出金属层，把中间电极、下电极和上电极引出到上台面；
[0015](H)在引出金属层的基片表面生长二次钝化层，在二次钝化层上腐蚀出引线孔，并在引线孔中生长加厚金属，形成样片；
[0016](I)把样片分割成面阵的管芯，并与读出电路进行互连；
[0017](J)对面阵的管芯进行衬底减薄；
[0018](K)在减薄后的衬底的背面制作背面光栅，完成制备。
[0019]本发明的有益效果是，在双色量子阱红外探测器中，通过采用在正反面都制备光栅的方法，使得两个波段都有高的光栅耦合效率，提高器件的性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]为进一步说明本发明的技术内容，以下结合实例及附图详细说明如后，其中:
[0021]图1为本发明的制备方法流程图；
[0022]图2为器件制作完成后的器件结构示意图。
【具体实施方式】
[0023]请参阅图1及图2所示，本发明提供一种双光栅双色量子阱红外探测器面阵的制作方法，包括如下步骤:
[0024](A)在一衬底10上依次生长下接触层11、下量子阱层12、中间接触层13、上量子阱层14和上接触层15，所述的衬底10的材料为半绝缘砷化镓，所述上量子阱层14和下量子阱层12为多周期量子阱结构，分别为上、下探测器的有源区，材料为含铟、镓、砷、铝的二元或三元化合物，周期数为25-50，所述的下接触层11、中间接触层13和上接触层15的材料为重掺杂的η型砷化镓，掺杂浓度高于或等于5 X 1017cm_3，中间接触层13用来制作上、下探测器共用的欧姆接触电极，上接触层15和下接触层11分别用来制作上、下探测器独立的欧姆接触电极。
[0025](B)在上接触层15上制作正面光栅151，并在正面光栅151上沉积金属层152，该金属层152为上电极，所述光栅151的作用为耦合正入射的红外辐射，使之可以被量子阱材料吸收，所述金属层152材料为金锗镍合金，作为器件的上电极和反射层；
[0026](c)在金属层152上向下刻蚀，形成隔离槽和上台面153，刻蚀深度到达衬底10内，使隔离槽两侧的像元完全隔离；
[0027](D)刻蚀每个隔离槽一侧的侧壁，刻蚀深度到达中间接触层13内，形成中台面131，刻蚀每个隔离槽另一侧的侧壁，刻蚀深度到达下接触层11内，形成下台面111 ；
[0028](E)在中台面131上制作中间电极132，在下台面111上制作下电极112，形成基片，所述中间电极132和下电极112材料为金锗镍合金。
[0029](F)在基片的表面生长一层钝化层16,在钝化层16对应的中间电极、下电极和上电极处腐蚀出电极孔，该钝化层16材料为二氧化硅；
[0030](G)在钝化层16的表面生长引出金属层17，把中间电极132、下电极112和上电极152引出到上台面153，所述引出金属层17为钛金。
[0031](H)在引出金属层17的基片表面生长二次钝化层18，在二次钝化层18上腐蚀出引线孔，并在引线孔中生长加厚金属，形成样片，所述加厚金属为钛金；
[0032](I)把样片分割成面阵的管芯,该管芯与读出电路19进行互连；
[0033](J)对面阵的管芯进行衬底10减薄；
[0034](K)在减薄后的衬底10的背面制作背面光栅101 ；
[0035]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种双光栅双色量子阱红外探测器面阵的制作方法，包括如下步骤: (A)在一衬底上依次生长下接触层、下量子阱层、中间接触层、上量子阱层和上接触层； (B)在上接触层上制作正面光栅，并在正面光栅上沉积金属层，该金属层为上电极； (c)在金属层上向下刻蚀，形成隔离槽和上台面，刻蚀深度到达衬底内，使隔离槽两侧的像元完全隔离； (D)刻蚀每个隔离槽一侧的侧壁，刻蚀深度到达中间接触层内，形成中台面，刻蚀每个隔离槽另一侧的侧壁，刻蚀深度到达下接触层内，形成下台面； (E)在中台面上制作中间电极，在下台面上制作下电极，形成基片； (F)在基片的表面生长一层钝化层，在钝化层对应的中间电极、下电极和上电极处腐蚀出电极孔； (G)在钝化层的表面生长引出金属层，把中间电极、下电极和上电极引出到上台面； (H)在引出金属层的基片表面生长二次钝化层，在二次钝化层上腐蚀出弓丨线孔，并在引线孔中生长加厚金属，形成样片； (I)把样片分割成面阵 的管芯，并与读出电路进行互连； (J)对面阵的管芯进行衬底减薄； (K)在减薄后的衬底的背面制作背面光栅，完成制备。
2.根据权利要求1所述的双光栅双色量子阱红外探测器面阵的制作方法，其中所述的衬底的材料为半绝缘砷化镓。
3.根据权利要求1所述的双光栅双色量子阱红外探测器面阵的制作方法，其中所述的下接触层、中间接触层和上接触层的材料为η型砷化镓。
4.根据权利要求1所述的双光栅双色量子阱红外探测器面阵的制作方法，其中所述的下量子阱层和上量子阱层为多周期结构。
5.根据权利要求1所述的双光栅双色量子阱红外探测器面阵的制作方法，其中上台面、中台面和下台面上与半导体材料直接接触的金属为金锗镍合金。
6.根据权利要求1所述的双光栅双色量子阱红外探测器面阵的制作方法，其中引出金属层和加厚金属为钛金。
【文档编号】H01L31/18GK103904161SQ201410112197
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年3月25日 优先权日:2014年3月25日
【发明者】苏艳梅, 种明 申请人:中国科学院半导体研究所