[發明專利]一種底部耦合光柵量子阱紅外焦平面光敏元芯片及其制備方法

無效

• 申請號: 201110380428.X
• 申請日: 2011-11-25
• 公開（公告）號: CN102437228A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 王國東;王允建;李端;謝貝貝;楊瑩麗;王素玲
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: H01L31/101
• 分類號: H01L31/101;H01L31/0352;H01L31/18
• 代理公司: 鄭州天陽專利事務所(普通合伙) 41113
• 代理人: 聶孟民

技術領域

本發明涉及半導體光電子器件領域，特別是一種底部耦合光柵量子阱紅外焦平面光敏元芯片及其制備方法。

背景技術

GaAs/AlGaAs量子阱紅外探測器（Quantum?Well?Infrared?Photodetector，簡稱QWIP）以其材料生長和制備工藝成熟，易于大面陣集成、穩定性好、器件均勻性好、成本低、容易實現雙色及多色焦平面器件、抗輻射等優點，在國防探測、森林防火、工業監控及醫療衛生等領域有廣泛的應用前景，成為近年來紅外探測領域的研究熱點。

然而根據量子躍遷的選擇定則，QWIP器件對正入射的紅外光具有禁戒性。因此必須采用一定的光耦合方式，使入射光的電場方向平行于量子阱的生長方向來激發子帶躍遷，實現紅外光的探測。常見的光耦合方式有45°角斜入射、二維周期光柵、漫反射光柵、波紋耦合光柵等多種光耦合方式。

二維周期光柵是最適合大面積焦平面紅外量子阱探測器的光耦合方式，但其存在如下的問題：（1）紅外光是經過光柵反射后被量子阱層吸收的，因此耦合效率較低；（2）目前二維周期光柵均位于焦平面光敏元芯片的頂部，為了將焦平面光敏元芯片與讀出電路互聯形成完整的焦平面器件，往往需要在頂部二維周期光柵上采用套刻技術制作電極，這不但破壞了二維周期光柵的完整性，而且增加了制作工藝的難度。因此，其改進和創新勢在必行。

發明內容

針對上述情況，為克服現有技術之缺陷，本發明之目的就是提供一種底部耦合光柵量子阱紅外焦平面光敏元芯片及其制備方法，可有效解決改進芯片的光柵耦合方式，簡化焦平面光敏元芯片制作工藝，提高光柵耦合效率的問題。

本發明解決的技術方案是，本發明光敏元芯片其結構是由自下而上的幾部分組合在一起構成：?

在砷化鎵襯底上面有由n型砷化鎵和金交替周期性排列構成的透射光柵，透射光柵上面有n型砷化鎵下接觸層，n型砷化鎵下接觸層上有GaAs/AlGaAs多量子阱層，GaAs/AlGaAs多量子阱層上有n型砷化鎵上接觸層，n型砷化鎵上接觸層上有金（Au）反射層，金（Au）反射層上面有金/鍺/鎳（Au/Ge/Ni）合金上電極，?n型砷化鎵下接觸層的一端上有金/鍺/鎳合金公共下電極，n型砷化鎵下接觸層、GaAs/AlGaAs多量子阱層、n型砷化鎵上接觸層、金（Au）反射層、金/鍺/鎳（Au/Ge/Ni）合金上電極和金/鍺/鎳合金公共下電極的兩側有二氧化硅（SiO₂）鈍化層；其制備方法是，采用晶片鍵合工藝和常規半導體工藝將透射光柵置于GaAs/AlGaAs多量子阱層的底部，形成一體結構。

本發明產品結構新穎獨特，提高了量子阱紅外焦平面光敏元芯片的光耦合效率，避免了以往在頂部二維周期光柵上采用套刻技術制作電極時所需要的復雜制作工藝，方法簡單，是半導體器件生產上的創新。

附圖說明

圖1為本發明的結構主視圖。

圖2為本發明的底部透射方孔二維周期光柵刨面示意圖。

圖3為本發明的實施實例中多量子阱區內電場方向平行于量子阱生長方向的光波的光場分布示意圖。

圖4為本發明的實施中多量子阱層內不同刨面處的光波電場相對強度分布圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明的具體實施方式作詳細說明。

由圖1給出，本發明光敏元芯片是由自下而上的幾部分組合在一起構成：?

在砷化鎵襯底01上面有由n型砷化鎵02和金03交替周期性排列構成的透射光柵，透射光柵上面有n型砷化鎵下接觸層04，n型砷化鎵下接觸層上有GaAs/AlGaAs多量子阱層06，GaAs/AlGaAs多量子阱層上有n型砷化鎵上接觸層07，n型砷化鎵上接觸層上有金（Au）反射層08，金（Au）反射層上面有金/鍺/鎳（Au/Ge/Ni）合金上電極09，?n型砷化鎵下接觸層04的一端上有金/鍺/鎳合金公共下電極10，n型砷化鎵下接觸層、GaAs/AlGaAs多量子阱層、n型砷化鎵上接觸層、金反射層、金/鍺/鎳合金上電極和金/鍺/鎳合金公共下電極的兩側有二氧化硅（SiO₂）鈍化層05。