[发明专利]平面型铟镓砷红外焦平面探测器及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及平面型铟镓砷红外焦平面探测器，具体涉及器件结构及制备方法。

背景技术

平面型铟镓砷探测器是铟镓砷探测器的主流结构，它主要采用Zn扩散的方法在n-InP/InGaAs/n-InP外延材料中实现p型掺杂以制备光敏元的pn结区。这种方法得到的器件暗电流小、探测率高、寿命长，适合在航空遥感领域应用。但它具有一些不可避免的缺点：1)pn结的热稳定性较差，由于Zn元素在InP中的扩散系数较大，这使得它很容易在后续的热处理中向外扩散而造成pn结的稳定性变差。2)光敏元扩大，InP中较长的少子寿命致使pn结的侧向收集效应十分显著，最终造成实际光敏元相对设计值偏大，为了使其与设计值相等，通常采用缩小扩散窗口的方法，可是这种方法因受到扩散误差的限制而不易控制，同时会引入较大的非均匀性。3)p电极接触工艺复杂，在铟镓砷二极管器件中，Au/Zn/Au是最重要的p电极接触，这一金属体系可以与p-InP形成很好的欧姆接触，可是，它与InP的粘附性较差，而且其生长过程较为复杂；特别是由于Zn的蒸气压较大，在生长过程中Zn的厚度不易控制。

发明内容

基于上述已有器件存在的问题，本发明的目的是提出一种可克服pn结成结困难、光敏元扩大以及p电极体系工艺复杂等问题的平面型铟镓砷红外焦平面探测器及制备方法。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是：1)在器件热处理过程之前生长SiO₂钝化膜来阻止Zn在热处理过程中的向外扩散，2)在Zn扩散区域表面周围设置环型的加厚Cr/Au电极层，通过Au层对入射光的反射来实现光敏元区的限定，3)采用Au作为器件的p电极，通过在SiO₂层保护下的热退火过程得到性能优良的欧姆接触。

本发明的平面型铟镓砷红外焦平面探测器，包括：n-InP衬底1，在n-InP衬底上通过外延方法依次排列生长n-InP2/InGaAs本征层3/n-InP帽层4，在n-InP帽层上通过光刻、Zn扩散形成平面型pn结，在Zn扩散区域6及n-InP帽层上生长有一层SiO₂钝化增透膜7，在n-InP衬底的另一面生长有一底电极层9，其特征在于：在SiO₂钝化增透层上，对着Zn扩散区域上方周围有一环形电极8，被环形电极围成的Zn扩散区域为光敏元区域10。在光敏元区域有一从Zn扩散区域引出的P电极8-1，P电极与环形电极联接，P电极通过环形电极将探测信号引出。P电极由Au制成，环形电极采用Cr/Au，其厚度为3000-8000。所说的光敏元为线列或面阵。SiO₂钝化增透膜7的厚度2100-2500。

本发明的平面型铟镓砷红外焦平面探测器的制备方法，其步骤如下：

§1.将生长好的外延片依次用三氯甲烷、乙醚、丙酮、乙醇超声清洗，氮气吹干；

§2.正胶(厚胶)光刻，光刻后烘干；Ar⁺离子刻蚀形成光刻标记；丙酮去光刻胶，去离子水冲洗，氮气吹干；

§3.生长SiO₂掩膜，正胶(厚胶)光刻Zn扩散窗口；HF酸缓冲液腐蚀SiO₂扩散窗口掩膜，丙酮去光刻胶，去离子水冲洗，氮气吹干；

§4.闭管扩散：将上述样品与Zn₃P₂粉末真空密封于石英管中，然后加热进行扩散，形成平面pn结；其特征在于：

§5.在Zn扩散区域上光刻电极孔，孔内生长与p-InP欧姆接触的P电极；

§6.P电极上、Zn扩散区域上及n-InP帽层上生长SiO₂钝化增透膜，然后在450-490℃的温度下，退火处理，时间10-15s；

§7.正胶(厚胶)光刻，光刻后65℃烘干20分钟，HF酸缓冲液腐蚀掉P电极上的SiO₂钝化增透膜，丙酮去光刻胶，去离子水冲洗，氮气吹干；

§8.正胶(厚胶)光刻，离子束溅射法生长Cr/Au加厚环形电极，其厚度为200-300/2800-7700；

§9.衬底背面抛光，生长Au层作为n电极。

本发明的优点是：

1.由于SiO₂膜是良好的Zn扩散掩膜，热处理前生长SiO₂钝化增透膜，成功阻止了Zn元素在热处理过程中的向外扩散，增强了pn结区的热稳定性，并且可以使电极在退火中保持良好形貌，同时，通过控制SiO₂膜的厚度实现对器件表面的钝化以及对光的增透；