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(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利(10)授权公告号(10)授权公告号CNCN102544043102544043B(45)授权公告日2014.08.13(21)申请号201210019745.3审查员陈冬冰(22)申请日2012.01.20(73)专利权人中国科学院上海技术物理研究所地址200083上海市虹口区玉田路500号(72)发明人邓洪海唐恒敬李淘李雪魏鹏朱耀明王云姬杨波龚海梅(74)专利代理机构上海新天专利代理有限公司31213代理人郭英(51)Int.Cl.H01L27/146(2006.01)H01L31/0216(2014.01)权权利要求书1页利要求书1页说明书3页说明书3页附图2页附图2页(54)发明名称一种平面型子像元结构铟镓砷红外探测器芯片(57)摘要本发明公开了一种平面型子像元结构铟镓砷红外探测器芯片。红外探测器芯片在结构上主要包括子像元结构的PN结区和载流子侧向收集区。本专利引入了子像元结构,利用了载流子的侧向收集效应,产生在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吸收,在探测器量子效率不降低的前提下,光敏元响应均匀。另外,这种结构减少了扩散区域从而有效地减少了扩散热损伤,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;对于线列探测器,这种结构可以有效地降低盲元率,抑制光敏元扩大和串音。本设计是一种可以抑制串音、降低器件盲元率及器件暗电流的新型平面型器件结构。CN102544043BCN102543BCN102544043B权利要求书1/1页1.一种平面型子像元结构铟镓砷红外探测器芯片,在InP衬底(1)上通过外延方法依次生长N型InP层(2)、铟镓砷本征吸收层(3)、N型InP帽层(4)和生长氮化硅扩散掩膜层(5),然后腐蚀扩散掩膜层形成子像元扩散窗口区(6),扩散形成子像元PN结区(7)和载流子侧向收集区(8),在光敏元的两端生长单层Au形成P电极(9),在芯片表面淀积二氧化硅形成增透层(10),通过常规湿法腐蚀工艺打开P电极(9)孔,依次生长Cr、Au形成环形遮盖电极作为加厚电极(11)将所有子像元的P电极(9)引出并相连,芯片背面抛光后生长单层Au形成N电极(12);其特征在于:A.所述的平面型铟镓砷红外探测器芯片的一个光敏元包括多个子像元扩散窗口区(6);B.所述的P电极(9)生长在子像元两端,并使用加厚电极(11)将两端的所有子像元P电极连接,构成一个光敏元;加厚电极为环形遮盖电极,内围尺寸与该光敏元大小保持一致;C.所述的子像元扩散窗口区(6)形状为矩形,数量大于等于2,一字型并排,其间距相同,控制为10~30μm;D.所述的子像元PN结区(7)为浅结,其深度比N型InP帽层(4)的厚度大0.1~0.2μm;E.所述的铟镓砷本征吸收层(3)厚度为1~3μm。2CN102544043B说明书1/3页一种平面型子像元结构铟镓砷红外探测器芯片技术领域[0001]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[0002]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[0003]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。[0004]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