[發(fā)明專利]具有光柵結構的紅外半導體芯片及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110435424.0
• 申請日: 2021-04-22
• 公開（公告）號: CN113380908B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發(fā)明（設計）人: 肖和平
• 申請（專利權）人: 華燦光電（蘇州）有限公司
• 主分類號: H01L31/0232
• 分類號: H01L31/0232;H01L31/105;H01L31/18
• 代理公司: 北京三高永信知識產權代理有限責任公司 11138
• 代理人: 呂耀萍

本公開提供了具有光柵結構的紅外半導體芯片及其制備方法，屬于半導體制作領域。紅外的PIN半導體芯片中的外延片中，p?GaAs歐姆接觸層與金屬光柵結構可以全面覆蓋p型共振復合層的表面，與增加的n型布拉格反射層配合，將大部分本征材料吸收復合層吸收到的光線限制在外延片內部并在p型共振復合層形成共振，增加光線的吸收與反應速率，即增加響應速度。金屬光柵結構上具有的連通至p型共振復合層表面的、陣列的多個光柵孔，可以一定程度上改變光柵孔，來控制PIN半導體芯片可進行共振與探測的光線的波長，提高PIN半導體芯片對不同波長的光線的適應性。

技術領域

本公開涉及半導體器件制作領域，特別涉及一種具有光柵結構的紅外半導體芯片及其制備方法。

背景技術

紅外半導體器件是常見的光電轉換器件，常用于發(fā)光固化，也可用于探測光波，探測光波的紅外半導體器件可以將接受到的紅外波轉變?yōu)殡娦盘栞敵觥＜t外材料制備的PIN半導體芯片則是常見的用于制備探測光波紅外半導體器件的基礎結構。PIN半導體芯片通常包括外延片、p電極與n電極，外延片包括襯底及依次層疊在襯底上的n型半導體、本征層及p型半導體。n電極位于襯底遠離p型半導體的一側，p電極位于p型半導體上，p型半導體遠離襯底的一面、或者外延片的側壁均可以作為光線接收面。

常見的PIN半導體芯片中的外延片可通過外延生長。但得到的外延片本身內部會存在較多缺陷，導致最終得到的PIN半導體芯片的質量不夠理想，得到的紅外半導體芯片對光線的敏感度與響應速度不夠高，且大部分PIN半導體芯片由于制備材料一定，所得到的紅外半導體芯片反射探測的光線的波長也是一定的，PIN半導體芯片對不同光線的適應性較低。

發(fā)明內容

本公開實施例提供了具有光柵結構的紅外半導體芯片及其制備方法，能夠提高PIN半導體芯片的響應速度并一定程度上可調整PIN半導體芯片探測的光線波長。所述技術方案如下：

本公開實施例提供了一種紅外半導體芯片，所述紅外半導體芯片包括外延片、p電極與n電極，

所述外延片包括襯底及依次層疊在所述襯底上的n型布拉格反射層、本征材料吸收復合層、p型共振復合層，所述外延片還包括p-GaAs歐姆接觸層與金屬光柵結構，所述p-GaAs歐姆接觸層與所述金屬光柵結構均層疊在所述p型共振復合層的表面，所述p-GaAs歐姆接觸層在所述襯底上的正投影的面積與所述金屬光柵結構在所述襯底上的正投影的外輪廓圍合的面積之和，與所述p型共振復合層在所述襯底上的正投影的面積相等，

所述金屬光柵結構上具有連通至所述p型共振復合層表面的、陣列的多個光柵孔，

所述p電極覆蓋所述p-GaAs歐姆接觸層遠離所述襯底的表面，所述n電極覆蓋所述襯底遠離所述p-GaAs歐姆接觸層的一面。

可選地，所述光柵孔的直徑為3～10μm，相鄰的兩個所述光柵孔之間的最小距離為5～40μm。

可選地，所述金屬光柵結構的厚度為10～100nm。

可選地，所述金屬光柵結構的材料為Ge、Ni與Cr中的一種。

可選地，所述p型共振復合層包括依次層疊在所述本征材料吸收復合層上的p-GaAs層與p-AlGaAs層。

可選地，所述本征材料吸收復合層包括多個交替層疊的本征GaAs子層與本征GaInAs子層。

可選地，所述n型布拉格反射層包括交替層疊的n型GaAs子層與n型AlAs子層。

可選地，在所述n型布拉格反射層的生長方向上，所述n型GaAs子層中n型雜質的摻雜濃度與所述n型AlAs子層中n型雜質的摻雜濃度，由2E17-5E17cm^-3逐步提升至5E18cm^-3。

本公開實施例提供了一種具有光柵結構的紅外半導體芯片的制備方法，所述紅外半導體外延片制備方法包括：