[發明專利]一種復合鈍化膜結構的延伸波長銦鎵砷探測器及制備方法

有效

• 申請號: 201410748529.1
• 申請日: 2014-12-09
• 公開（公告）號: CN104538478A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發明（設計）人: 唐恒敬;邵秀梅;李雪;石銘;楊靖;湯乃云;龔海梅
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: H01L31/08
• 分類號: H01L31/08;H01L31/0304;H01L31/18
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

技術領域

本發明涉及一種銦鎵砷探測器，具體是指一種復合鈍化膜結構的延伸波長銦鎵砷探測器及制備方法。

背景技術

根據響應波段In_xGa_1-xAs探測器可分為晶格匹配和延伸波長兩類。晶格匹配In_xGa_1-xAs探測器的In組分x為0.53，此時InGaAs外延材料與InP襯底晶格常數相同，器件響應截止波長為1.7μm；增加In組分x，延伸波長In_xGa_1-xAs探測器可以響應至2.5μm(In組分x為0.83)。波長延伸可以大大拓展探測器的應用領域，但是In組分的增加，會造成In_xGa_1-xAs與InP襯底的晶格失配。延伸波長In_xGa_1-xAs材料的這種特殊結構對器件工藝方法提出了更高的要求，特別是臺面型結構器件的表面和側面鈍化，因為吸收層的側面暴露會引入大量界面態，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面鈍化會使器件的可靠性降低。

目前，對于延伸波長In_xGa_1-xAs探測器而言，鈍化膜主要采用等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)生長的單層SiN_x結構。PECVD生長的SiN_x鈍化膜在延伸波長In_xGa_1-xAs探測器上可以實現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，導致界面態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薄膜會經歷合金化的高溫過程，導致界面處半導體中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。

發明內容

基于上述延伸波長In_xGa_1-xAs探測器鈍化膜結構、制備方法及器件工藝中存在的問題，本發明的目的是提出一種復合鈍化膜結構的臺面型延伸波長In_xGa_1-xAs探測器芯片，通過原子層沉積(ALD)Al₂O₃鈍化接觸層與低溫感應耦合等離子體化學氣相沉積(ICPCVD)SiN_x鈍化加固層的復合鈍化膜結構來達到提升鈍化效果；通過優化工藝流程，首先實現合金化，然后生長復合鈍化膜，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點；ICPCVD方法可以產生較大的等離子體密度，實現SiN_x鈍化加固層低溫生長(小于75℃)，而且等離子體產生區域和沉積區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。

本發明的臺面型延伸波長In_xGa_1-xAs探測器芯片結構如附圖1所示，在InP襯底1上依次生長N型InAlAs緩沖層2、In_xGa_1-xAs吸收層3、P型InAlAs帽層4、P電極區5、電極互連區6、N電極區7、復合鈍化膜；P電極區5上置有電極互連區6，該電極互連區覆蓋部分微臺面，并從微臺面上延伸至微臺面下；在微臺面的一側有刻蝕至n-InAlAs層并置于n-InAlAs層上的公共電極區，即N電極區7，除P電極區5和N電極區7外，整個外延片上包括微臺面的側面覆蓋有Al₂O₃鈍化接觸層8和SiN_x鈍化加固層9；臺面上沒有被極互連層覆蓋電的區域為探測器光敏感區10。

其中：

所述的N型InAlAs緩沖層2的厚度1μm至2μm，載流子濃度大于2×10¹⁸cm^-3；

所述的In_xGa_1-xAs吸收層3的厚度為1.5μm至2μm，組分0.53<x≤0.83，載流子濃度5×10¹⁶cm^-3至1×10¹⁷cm^-3；