[发明专利]一种平面型子像元结构铟镓砷红外探测器芯片

说明书

技术领域

本发明涉及的红外探测器芯片，具体是指一种正照射平面型铟镓砷(InGaAs)红外探测器芯片。

背景技术

铟镓砷短波红外探测器可以在室温下工作，具有广泛的应用前景。目前PIN铟镓砷探测器主要分为平面型和台面型两类。台面型器件由于侧面钝化困难，导致器件可靠性降低、暗电流较大，这在很大程度上限制了器件探测率的提高。平面型探测器作为铟镓砷探测器的主流结构，具有钝化容易、暗电流低、可靠性高等优点，非常适用于航空遥感领域。但平面型器件存在光敏元扩大现象，且对线列探测器光敏元之间的串音较难抑制，因此需要一种抑制光敏元扩大和串音、进一步降低器件暗电流、提高器件探测率的新结构、新方法。

发明内容

本发明创新性地提出了一种基于子像元模式的平面型铟镓砷探测器新结构，即通过子像元模式实现器件的扩散成结和光敏元区域的均匀响应，并通过子像元结构的优化设计，达到有效抑制光敏元扩大和相邻光敏元串音的目的，同时进一步降低器件的暗电流，提高器件的探测率。

本发明的新型平面型子像元结构铟镓砷红外探测器芯片结构如附图2所示，它包括N型InP衬底1、N型InP层2、铟镓砷本征吸收层3、N型InP帽层4、氮化硅扩散掩膜层5、子像元扩散窗口区6、子像元PN结区7、载流子侧向收集区8、P电极9、二氧化硅增透层10、加厚电极11、N电极12。首先在N型InP衬底1上通过外延方法依次排列生长N型InP层2、铟镓砷本征吸收层3、N型InP帽层4，铟镓砷本征吸收层的厚度为1～3μm，然后在NIN型外延片上淀积氮化硅扩散掩膜层5用作扩散掩膜层，同时起到钝化层的作用。通过常规湿法腐蚀工艺形成一字型并排的子像元扩散窗口区6，子像元扩散窗口形状均为矩形，数量大于等于2。在考虑到开扩散窗口时扩散掩膜的侧向钻蚀和闭管扩散时掺杂元素横向扩散的前提下，相邻子像元扩散窗口的间距设计为10～30μm，间距均相同。闭管扩散形成子像元PN结区7，PN结为浅结，结深大于N型InP帽层的厚度0.1～0.2μm，子像元PN结区之间的未扩散区域作为载流子侧向收集区8。在光敏元的两端生长单层Au作为P电极9，然后在芯片表面淀积二氧化硅增透层10作为芯片的增透膜，同时起到退火阻挡层及钝化层的作用。快速热退火后，通过常规湿法腐蚀工艺打开P电极孔，依次生长Cr、Au用作加厚电极11，加厚电极为环形遮盖电极，内围尺寸与整个器件的光敏元大小保持一致以对光敏面进行定义，同时将所有子像元的P电极引出并相连，芯片背面抛光后生长单层Au用作N电极12，最后，将芯片涂胶后划片。

本发明的优点在于：

A.平面型线列铟镓砷探测器中引入子像元结构，可有效降低盲元率、提高填充率、抑制光敏元扩大和串音。

B.相邻子像元扩散窗口的间距设计为10～30μm，产生载流子侧向收集区的光生载流子可以被相邻的子像元有效地收集，即在探测器量子效率不降低的前提下，光敏元响应均匀。

C.减小了光敏元的扩散区域，可有效地减少扩散带来的扩散热损伤，并引入双层钝化工艺减小表面复合，增加少数载流子的寿命、降低器件的暗电流、提高探测器的响应率和探测率。

附图说明

图1为铟镓砷子像元探测器芯片的俯视图；

图2为铟镓砷子像元探测器芯片任意两相邻子像元P电极接触区域沿子像元排列方向的剖面结构示意图；

图3为工艺步骤流程图。

图中：

1——N型InP衬底；

2——N型InP层；

3——铟镓砷本征吸收层；

4——N型InP帽层；

5——氮化硅扩散掩膜层；

6——子像元扩散窗口区；

7——子像元PN结区；

8——载流子侧向收集区；

9——P电极；

10——二氧化硅增透层；

11——加厚电极；

12——N电极。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方法作进一步地详细说明。