一種復(fù)合鈍化膜結(jié)構(gòu)的延伸波長銦鎵砷探測器及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種銦鎵砷探測器，具體是指一種復(fù)合鈍化膜結(jié)構(gòu)的延伸波長銦鎵砷探測器及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]根據(jù)響應(yīng)波段InxGahAs探測器可分為晶格匹配和延伸波長兩類。晶格匹配InxGa1^xAs探測器的In組分x為0.53，此時InGaAs外延材料與InP襯底晶格常數(shù)相同，器件響應(yīng)截止波長為1.7μπι ;增加In組分X，延伸波長InxGahAs探測器可以響應(yīng)至2.5 μm(In組分X為0.83)。波長延伸可以大大拓展探測器的應(yīng)用領(lǐng)域，但是In組分的增加，會造成InxGa1^xAs與InP襯底的晶格失配。延伸波長InxGai_xAs材料的這種特殊結(jié)構(gòu)對器件工藝方法提出了更高的要求，特別是臺面型結(jié)構(gòu)器件的表面和側(cè)面鈍化，因為吸收層的側(cè)面暴露會引入大量界面態(tài)，這在很大程度上限制了器件靈敏度的提高，而且不良的表面與側(cè)面鈍化會使器件的可靠性降低。
[0003]目前，對于延伸波長InxGahAs探測器而言，鈍化膜主要采用等離子體增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)生長的單層SiNx結(jié)構(gòu)。PECVD生長的SiNx鈍化膜在延伸波長InxGahAs探測器上可以實現(xiàn)較好的工藝兼容性及器件性能，但PECVD方法生長的薄膜具有以下缺點:含有較多的氫元素，致密性差；等離子體功率大，導(dǎo)致界面態(tài)密度增加和器件損傷；生長溫度高，薄膜與襯底之間存在一定的熱應(yīng)力。這些因素限制了器件靈敏度的提升，而且通常器件工藝中，SiNx薄膜會經(jīng)歷合金化的高溫過程，導(dǎo)致界面處半導(dǎo)體中In元素的外擴散以及薄膜絕緣性能的退化，從而影響器件的可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]基于上述延伸波長InxGahAs探測器鈍化膜結(jié)構(gòu)、制備方法及器件工藝中存在的問題，本發(fā)明的目的是提出一種復(fù)合鈍化膜結(jié)構(gòu)的臺面型延伸波長InxGahAs探測器芯片，通過原子層沉積(ALD)Al2O3鈍化接觸層與低溫感應(yīng)耦合等離子體化學(xué)氣相沉積(ICPCVD)SiNx鈍化加固層的復(fù)合鈍化膜結(jié)構(gòu)來達到提升鈍化效果；通過優(yōu)化工藝流程，首先實現(xiàn)合金化，然后生長復(fù)合鈍化膜，解決In元素外擴散和薄膜絕緣性能的退化的問題，提升器件的可靠性。ALD方法制備的Al2O3具有無針孔、密度高、臺階覆蓋率、大面積厚度均勻性好等優(yōu)點；ICPCVD方法可以產(chǎn)生較大的等離子體密度，實現(xiàn)SiNx鈍化加固層低溫生長(小于750C )，而且等離子體產(chǎn)生區(qū)域和沉積區(qū)域分開降低了等離子體對襯底的損傷，并可通過直流偏壓控制等離子體的方向性，能夠很好的填充高深寬比的臺面，生長的薄膜含氫量很少。
[0005]本發(fā)明的臺面型延伸波長InxGahAs探測器芯片結(jié)構(gòu)如附圖1所示，在InP襯底I上依次生長N型InAlAs緩沖層2、InxGa1^xAs吸收層3、P型InAlAs帽層4、P電極區(qū)5、電極互連區(qū)6、N電極區(qū)7、復(fù)合鈍化膜；P電極區(qū)5上置有電極互連區(qū)6，該電極互連區(qū)覆蓋部分微臺面，并從微臺面上延伸至微臺面下；在微臺面的一側(cè)有刻蝕至n-1nAlAs層并置于n-1nAlAs層上的公共電極區(qū)，即N電極區(qū)7，除P電極區(qū)5和N電極區(qū)7夕卜，整個外延片上包括微臺面的側(cè)面覆蓋有Al2O3鈍化接觸層8和SiNx鈍化加固層9 ;臺面上沒有被極互連層覆蓋電的區(qū)域為探測器光敏感區(qū)10。
[0006]其中:
[0007]所述的N型InAlAs緩沖層2的厚度I μ m至2 μ m，載流子濃度大于2 X 11W3;
[0008]所述的InxGahAs吸收層3的厚度為L 5 μ m至2 μ m，組分(λ 53<x ( 0.83，載流子濃度 5 X 116CnT3至 I X 10 17CnT3;
[0009]所述的P型InAlAs帽層4的厚度為0.6 μ m，載流子濃度大于2 X 118CnT3;
[0010]所述的復(fù)合鈍化膜由Al2O3鈍化接觸層8和SiN x鈍化加固層9組成。
[0011]器件的制備方法如下:首先通過外延技術(shù)將N型InAlAs緩沖層ZUnxGahAs吸收層3、P型InAlAs帽層4依次沉積在InP襯底I上，然后通過刻蝕在此p-1nAlAs/i_InGaAs/n-1nAlAs外延片上形成p-1nAlAs微臺面，在p-1nAlAs微臺面的局部區(qū)域上制備P電極區(qū)5，然后快速熱退火，形成歐姆接觸；P電極區(qū)5上置有電極互連區(qū)6，該電極互連區(qū)覆蓋部分微臺面，并從微臺面上延伸至微臺面下；在微臺面的一側(cè)有刻蝕至n-1nAlAs層的N槽，并在其上制備即N電極區(qū)7，除P電極區(qū)5和N電極區(qū)7夕卜，整個外延片上包括覆蓋由Al2O3鈍化接觸層8和SiNx鈍化加固層9組成的復(fù)合鈍化膜結(jié)構(gòu)。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點是:
[0013]1.采用密度高、均勻性好的ALD Al2O3作為鈍化接觸層，可實現(xiàn)對微臺面的有效覆蓋，提升側(cè)面鈍化效果，降低Al2O3AnxGahAs界面的表面電荷密度和界面態(tài)密度，進而減小暗電流，提高延伸波長InxGahAs探測器的響應(yīng)率和探測率。
[0014]2.采用ICPCVD方法制備的SiNjt為鈍化加固層，致密性好，側(cè)面/表面厚度比高，絕緣性能好，可實現(xiàn)與Al2O3及半導(dǎo)體材料的應(yīng)力匹配，同時起到增透膜的作用，提升器件的響應(yīng)率和可靠性。
[0015]3、器件工藝中八1203/51隊復(fù)合鈍化膜制備工藝置于在合金化工藝之后，避免高溫過程造成In元素的外擴散和薄膜絕緣性能的退化，提高器件的可靠性。
【附圖說明】
[0016]圖1為延伸波長InxGahAs探測器的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2為延伸波長InxGahAs探測器的俯視圖；
[0018]圖3為本發(fā)明的工藝步驟流程圖。
[0019]圖中:
[0020]1--1nP 襯底；
[0021]2——N型InAlAs緩沖層；
[0022]3——InxGahAs 吸收層；
[0023]4——P 型 InAlAs 帽層；
[0024]5——P電極區(qū)；
[0025]6——電極互連區(qū)；
[0026]7——N電極區(qū)；
[0027]8 Al2O3純化接觸層；
[0028]9——SiNx鈍化加固層；
[0029]10——光敏感區(qū)。
【具體實施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的具體實施方法作進一步地詳細說明。
[0031]圖1為本實施例的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。本實施例所用的外延片為用MBE技術(shù)在厚度為350 μ m的半絕緣InP襯底I上依次生長厚度為Iym至2μπι的N型InAlAs緩沖層2，載流子濃度大于 2 X 118CnT3;厚度為 1.5 μ m 至 2 μ m 的 In xGa^xks 吸收層 3 (0.53<x ( 0.83)，載流子濃度2 X 118CnT3至I X 10 17cm_3;厚度為0.6 μ m的P型InAlAs帽層4，載流子濃度大于 2 X 118Cm 3O
[0032]在外延片上通過刻蝕形成p