Ingaas光電二極管陣列的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及InGaAs光電二極管陣列（101）并且涉及用于制造InGaAs光電二極管陣列（101）的方法，其中所述陣列包括：陰極，所述陰極包括至少一個(gè)磷化銦襯底層（4）和有源銦鎵砷化物層（5）；以及多個(gè)陽極（3），所述多個(gè)陽極（3）通過擴(kuò)散P型摻雜劑至少部分地形成于所述有源銦鎵砷化物層中，陽極（3）和陰極之間的相互作用形成光電二極管。根據(jù)所述方法，在形成所述陽極（3）的P型摻雜劑的擴(kuò)散之前在有源層上設(shè)置磷化銦鈍化層（6），以及執(zhí)行第一選擇性蝕刻以在其整個(gè)厚度上去除鈍化層（6）的包圍每個(gè)陽極（3）的區(qū)域（10）。
【專利說明】INGAAS光電二極管陣列
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及光電二極管陣列，并且更具體地涉及基于銦鎵砷化物(InGaAs )和磷化銦(InP)的光電二極管陣列，以及其制造工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]用于由具有小帶隙的半導(dǎo)體材料制成光電二極管(經(jīng)常用于紅外光檢測)的方法之一包括在兩個(gè)大帶隙半導(dǎo)體材料之間插入檢測有源小帶隙層。兩個(gè)大帶隙半導(dǎo)體層為有效保護(hù)/鈍化，同時(shí)保持對預(yù)期被光電二極管檢測到的輻射的波長透明。
[0003]并且，通過合適的摻雜，在有源層和兩個(gè)保護(hù)/鈍化層之間的兩個(gè)異質(zhì)結(jié)限制有源檢測層中的光電荷，并因此提高了內(nèi)置光電二極管的量子產(chǎn)率。
[0004]InGaAs光電二極管為這種臨界結(jié)構(gòu)的典型示例。由InGaAs材料組成的檢測有源層可具有根據(jù)InGaAs中的銦和鎵的組分可調(diào)節(jié)的帶隙，對于在大約1.4到3 μ m的SWIR(短波紅外線)帶中操作很理想。
[0005]磷化銦和銦鎵砷化物具有相同的面心立方晶體結(jié)構(gòu)。最常用的組分為Ina53Gaa47Astj晶格尺寸然后與InP襯底的晶格尺寸相匹配,特別是晶格參數(shù)。這種晶體兼容性允許在InP襯底上通過外延生長優(yōu)良品質(zhì)的有源InGaAs層。Ina53Gaa47As的帶隙為大約0.73eV,能夠檢測到SWIR帶中高達(dá)1.68 μ m的波長。它具有在諸如光譜測定、夜視、廢塑料的分揀等應(yīng)用的領(lǐng)域中不斷增長的好處。
[0006]保護(hù)/鈍化層兩者通常由InP制成。尤其由于組分Ina53Gaa47As具有與InP相同的晶格尺寸，這允許從室溫開始的非常小的暗電流。
[0007]圖1示出了光電二極管的陣列I的物理結(jié)構(gòu)。由InGaAs組成的有源層5夾在兩個(gè)InP層之間。下層實(shí)際上形成襯底4，在襯底4上通過復(fù)雜的MO-CVD外延形成InGaAs層。然后，該InGaAs層通過由InP組成的薄鈍化層6保護(hù)，薄鈍化層6也通過外延沉積。InP層通常為N型，采用硅摻雜。InGaAs的有源層5可輕微η摻雜或保持準(zhǔn)本征。因此，下/上InP層和有源InGaAs層5兩者形成該陣列中的光電二極管的共陰極。
[0008]通過鋅(Zn)的局部擴(kuò)散形成單獨(dú)的陽極3。摻雜劑Zn穿過薄鈍化InP層6并且穿透有源InGaAs層5。
[0009]圖2示出了由InGaAs發(fā)光二極管的陣列I組成的InGaAs圖像傳感器，陣列I與讀出電路2按照倒裝模式連接。在InGaAs陣列傳感器中，發(fā)光二極管陣列連接至通常由硅制成的讀出電路，以讀取通過InGaAs光電二極管產(chǎn)生的光電信號(hào)。如圖2所示，該互連通常通過倒裝工藝經(jīng)由銦珠7實(shí)現(xiàn)。SWIR輻射9通過在該光帶中透明的磷化銦襯底4到達(dá)光電二極管陣列上。
[0010]通過在集成模式下操作的檢測器，獲得與通量和曝光時(shí)間的乘積成比例的輸出信號(hào)。然而，輸出信號(hào)受到傳感器的最大集成能力限制。對于高對比度的場景，往往不能夠獲得暗區(qū)的良好呈現(xiàn)并同時(shí)保持明亮區(qū)域沒有任何飽和度。這個(gè)問題對夜視更為嚴(yán)重，具有InGaAs光電二極管的陣列傳感器通常設(shè)計(jì)用于夜視。[0011]通過文獻(xiàn)EP1354360大體上提出并且通過本文所附附圖的圖3從其原理示出光電二極管讀取光電信號(hào)的另一種方式。文獻(xiàn)EP1354360提出光電二極管的太陽能電池操作模式，以便獲得相對于入射光輻射59的強(qiáng)度的對數(shù)響應(yīng)。
[0012]在該操作模式下，光電二極管51不接收任何外部偏置并且它通過在其結(jié)中產(chǎn)生的光電荷正向偏置。在光電二極管上觀察到的直接偏置電壓與入射光通量的對數(shù)成比例。
[0013]該對數(shù)響應(yīng)提供在沒有任何電和光調(diào)節(jié)的情況下覆蓋對于在自然戶外條件下使用SWIR InGaAs傳感器不可缺少的超過120dB的操作動(dòng)態(tài)范圍的可能性。文獻(xiàn)EP1354360還提出開關(guān)讀出電路55與光電二極管的關(guān)聯(lián)。
[0014]如圖3所示的圖像傳感器的使用的原理如下:
[0015]a)啟用選擇信號(hào)SEL以通過閉合開關(guān)54選擇所需光電二極管51。一旦選擇了該光電二極管，則啟用第一讀出信號(hào)RDl,該第一讀出信號(hào)RDl將閉合對應(yīng)的受控開關(guān)，以將來自存儲(chǔ)器56中的第一讀出的電壓存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中。該第一讀出記錄圖像和固定空間噪聲。
[0016]b)然后啟用復(fù)位信號(hào)RSI,該信號(hào)將使得開關(guān)53閉合。因此,光電二極管51被短路，從而模擬在絕對黑暗中的參考圖像。
[0017]c)接著禁用第一讀出信號(hào)RD1，以重新斷開對應(yīng)的開關(guān)并然后啟用第二讀出信號(hào)RD2，以將第二讀出的電壓記錄到存儲(chǔ)器元件57中。因此，固定空間噪聲被單獨(dú)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。
[0018]d)通過差分放大器58計(jì)算包含在各自的存儲(chǔ)器元件56和57中的存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的結(jié)果之差。放大器58的輸出信號(hào)于是對應(yīng)于沒有固定空間噪聲的圖像。
[0019]通過第二讀出，產(chǎn)生對應(yīng)于黑暗條件的零電壓。電子黑暗信號(hào)提供抑制陣列檢測器中的讀出鏈中的信號(hào)偏移的可能性。
[0020]通過EP1354360提出的原理被應(yīng)用于InGaAs傳感器中并且極佳地運(yùn)行。但對于日光場景觀察到模糊現(xiàn)象。該現(xiàn)象可簡單地描述為圖像中的空間分辨率的損失。然而，檢測器仍根據(jù)對數(shù)法則對光的變化敏感。在其他類型的光電二極管中不會(huì)觀察到該現(xiàn)象，諸如基于硅、InSb或MCT的光電二極管。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0021]本發(fā)明提出針對InGaAs光電二極管陣列中的這種模糊現(xiàn)象的簡單而有效的解決方案。本發(fā)明提出的解決方案還允許在集成模式下的傳統(tǒng)檢測器中的圖像質(zhì)量的提高。
[0022]為了這個(gè)目的，根據(jù)第一方面，提出用于制造發(fā)光二極管的陣列的方法，包括:
[0023]-陰極，該陰極包括至少一個(gè)磷化銦襯底層和一個(gè)銦鎵砷化物有源層，以及
[0024]-多個(gè)陽極，多個(gè)陽極通過P型摻雜劑的擴(kuò)散至少部分地形成于銦鎵砷化物層中，陽極和陰極之間的協(xié)作形成光電二極管，
[0025]該方法包括以下步驟:
[0026]-在形成陽極的P型摻雜劑的擴(kuò)散之前在有源層上制造N型磷化銦鈍化層，以及
[0027]-實(shí)現(xiàn)鈍化層的第一選擇性蝕刻，以在其整個(gè)厚度上選擇性抑制所述鈍化層的包圍每個(gè)陽極的區(qū)域。
[0028]根據(jù)當(dāng)前方面的本發(fā)明通過以下特征單獨(dú)地或以它們在技術(shù)上可能的組合有利地完成:
[0029]-第一選擇性蝕刻為采用第一選擇性化學(xué)蝕刻劑進(jìn)行的化學(xué)蝕刻；
[0030]-選擇性化學(xué)蝕刻劑為鹽酸和磷酸的溶液；
[0031]-該方法進(jìn)一步包括后續(xù)的鈍化步驟，該鈍化步驟通過對由第一選擇性蝕刻暴露的磷化銦鈍化層和銦鎵砷化物有源層的經(jīng)蝕刻區(qū)域進(jìn)行N型摻雜；
[0032]-該方法進(jìn)一步包括用于第二選擇性蝕刻的后續(xù)步驟，該步驟在有源層的整個(gè)厚度上選擇性抑制有源層的包圍每個(gè)陽極的區(qū)域；
[0033]-第二選擇性蝕刻為采用第二選擇性化學(xué)蝕刻劑進(jìn)行的化學(xué)蝕刻；
[0034]-第二選擇性化學(xué)蝕刻劑為包括硫酸和過氧化氫的水溶液；
[0035]-第二蝕刻之后是后續(xù)的鈍化步驟，該步驟通過對由第一選擇性蝕刻和第二選擇性蝕刻暴露的磷化銦鈍化層和銦鎵砷化物有源層的經(jīng)蝕刻區(qū)域進(jìn)行N型摻雜。
[0036]優(yōu)選地，摻雜深度N包括在0.5 μ m和2 μ m之間。
[0037]根據(jù)第二方面，本發(fā)明還涉及發(fā)光二極管的陣列，包括:
[0038]-陰極，該陰極包括至少一個(gè)磷化銦襯底層和一個(gè)銦鎵砷化物有源層，
[0039]-多個(gè)陽極，多個(gè)陽極通過P型摻雜劑的擴(kuò)散至少部分地形成于有源層中，陽極和陰極之間的協(xié)作形成光電二極管，
[0040]-N型磷化銦鈍化層，陽極通過P型摻雜劑的擴(kuò)散至少部分地形成于N型磷化銦鈍化層中，并且光電二極管的陣列包括包圍每個(gè)陽極的區(qū)域，在該區(qū)域中所述鈍化層在其整個(gè)厚度上是不存在的。
[0041]根據(jù)第二方面的本發(fā)明通過以下特征單獨(dú)地或以它們在技術(shù)上可能的組合有利地完成:
[0042]-光電二極管的陣列包括包圍每個(gè)陽極的區(qū)域，在該區(qū)域中所述銦鎵砷化物有源層在其整個(gè)厚度上是不存在的。
[0043]-光電二極管的陣列包括通過N型摻雜鈍化的與所述包圍每個(gè)陽極的區(qū)域接觸的鈍化層和有源層的區(qū)域。
[0044]根據(jù)第三方面，本發(fā)明還涉及包含讀出電路和根據(jù)第二方面的發(fā)光二極管的陣列的圖像傳感器。優(yōu)選地，讀出電路為對數(shù)電路。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0045]根據(jù)閱讀以下詳細(xì)描述，本發(fā)明的其他方面、目的和優(yōu)點(diǎn)將更加顯而易見。參照與作為非限制實(shí)例給出的所附附圖一起考慮的該描述，將更好地理解本發(fā)明，并且其中:
[0046]-圖1，已經(jīng)加以說明，為示出了現(xiàn)有技術(shù)的InGaAs光電二極管的陣列的結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0047]-圖2，已經(jīng)加以說明，示出了由InGaAs光電二極管的陣列組成的InGaAs圖像傳感器，InGaAs光電二極管的陣列與讀出硅襯底上的讀出電路倒裝連接；
[0048]-圖3，已經(jīng)加以說明，為用于制造具有在太陽能電池模式下的光電二極管的對數(shù)傳感器的框圖；
[0049]-圖4示出了現(xiàn)有技術(shù)的光電二極管的陣列中的不同結(jié)；
[0050]-圖5為示出了根據(jù)本發(fā)明的制造方法的框圖；[0051]-圖6為示出了光電二極管的陣列的結(jié)構(gòu)的示意圖，其中鈍化層的包圍每個(gè)陽極的區(qū)域已通過第一選擇性蝕刻抑制；
[0052]-圖7示出了通過N型摻雜被暴露區(qū)域?qū)τ傻谝贿x擇性蝕刻進(jìn)行蝕刻的區(qū)域進(jìn)行鈍化的示意圖；
[0053]-圖8為示出了光電二極管的陣列的結(jié)構(gòu)的示意圖，其中鈍化層和有源層的包圍每個(gè)陽極中的一個(gè)區(qū)域已通過第一和第二選擇性蝕刻抑制；
[0054]-圖9示出了通過N型摻雜被暴露區(qū)域?qū)τ傻谝缓偷诙g刻進(jìn)行蝕刻的區(qū)域進(jìn)行鈍化的示意圖；
[0055]-圖10示出了由根據(jù)本發(fā)明的光電二極管的陣列組成的InGaAs圖像傳感器，光電二極管的陣列與硅襯底上的讀出電路倒裝連接。
【具體實(shí)施方式】
[0056]在通過圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)中，可以看出，每個(gè)光電二極管包含若干個(gè)PN結(jié)，若干個(gè)PN結(jié)包括預(yù)期的PN結(jié)和一定數(shù)量的寄生結(jié)。通過圖4示出了這些PN結(jié)。在陽極3和有源層5之間的PN結(jié)31是預(yù)期的并且形成光電二極管的陣列的二極管。
[0057]陽極3和鈍化層6之間的橫向寄生PN結(jié)32經(jīng)由鈍化層在相鄰光電二極管之間形成可能的電流路徑。
[0058]傳統(tǒng)的讀出電路通過對光電二極管應(yīng)用反向偏置在電容器中對光電二極管中的反向電流積分。在這種結(jié)構(gòu)中，光電二極管中的橫向寄生結(jié)32反向偏置，同時(shí)具有增加積分電容器中的另外的寄生電流的效果。該寄生電流降低圖像質(zhì)量，但不在相鄰光電二極管之間準(zhǔn)產(chǎn)生的任何串?dāng)_。這些寄生電流可通過對來自讀出電路的原始圖像進(jìn)行復(fù)雜的圖像處理操作而部分地補(bǔ)償。
[0059]當(dāng)光電二極管在太陽能電池模式下操作時(shí)，結(jié)通過入射光正向偏置。在這種情況下，橫向寄生結(jié)32也正向偏置并且其形成相鄰光電二極管之間的電流的通道。由于入射光強(qiáng)度增加，因此該正向偏置變得更顯著，從而產(chǎn)生大大降低傳感器的空間分辨率的模糊現(xiàn)象。
[0060]本發(fā)明提出允許抑制InGaAs光電二極管的陣列中的橫向?qū)щ姷慕Y(jié)構(gòu)。如文獻(xiàn)EP1354360所述的可在太陽能電池模式下使用根據(jù)本發(fā)明制造的光電二極管的陣列，即使存在非常強(qiáng)的光強(qiáng)度，也沒有任何空間分辨率的損失。這種陣列在集成模式下還與傳統(tǒng)的讀出電路一起提供圖像質(zhì)量的改進(jìn)，比如，例如由美國的Indigo/FLIR銷售的不同讀出電路CMOS ISC9705和ISC9809。電路ISC9705直接在電容器上積分來自光電二極管的光電流(直接注入模式)以及電路ISC9809通過運(yùn)算放大器積分光電流(CTIA模式)。CTIA模式允許促進(jìn)檢測靈敏度的更顯著的電荷-電壓轉(zhuǎn)換增益。
[0061]圖5為示出了用于制造根據(jù)本發(fā)明的光電二極管的陣列的方法的框圖。在獲得光電二極管陣列結(jié)構(gòu)之后，例如通過:
[0062]-在磷化銦的襯底4上外延生長(步驟SI)有源銦鎵砷化合物層5，
[0063]-在有源層5上外延生長(步驟S2)N型磷化銦的鈍化層6，
[0064]-通過選擇性地將鋅作為P型摻雜劑擴(kuò)散到鈍化層6和有源層5中形成(步驟S3)陽極3，[0065]應(yīng)用第一選擇性蝕刻(步驟S4)以在其整個(gè)厚度上抑制鈍化層6的包圍每個(gè)陽極
3的區(qū)域10。該第一選擇性蝕刻選擇性地抑制鈍化層6直到有源層5。
[0066]InP層為N型，采用硅摻雜。InGaAs的有源層5可輕微N摻雜或保持準(zhǔn)本征。因此，兩個(gè)下/上InP層和有源InGaAs層5形成該陣列中的光電二極管的共陰極。
[0067]圖6為示出了光電二極管的陣列101的結(jié)構(gòu)的示意圖，其中鈍化層6的包圍每個(gè)陽極的區(qū)域10已通過第一選擇性蝕刻抑制。應(yīng)用掩模15以限定鈍化層6的將通過第一蝕刻抑制的區(qū)域10。因此，光電二極管的陣列包括包圍每個(gè)陽極的區(qū)域10，在該區(qū)域10中鈍化層6在其整個(gè)厚度上是不存在的。
[0068]在每個(gè)電極3處，通過第一蝕刻抑制鈍化層6的包圍每一個(gè)所述陽極3的區(qū)域10提供抑制通過相鄰Zn摻雜形成的相鄰的陽極3之間的橫向電通道的可能性。
[0069]該第一蝕刻優(yōu)選為通過第一選擇性化學(xué)蝕刻劑實(shí)現(xiàn)的化學(xué)蝕刻，第一選擇性化學(xué)蝕刻劑優(yōu)選為配方HCl =H3PO5的鹽酸和磷酸的溶液。
[0070]HCl =H3PO5溶液允許選擇性地溶解鈍化層6，鈍化層6由磷化銦InP組成并且蝕刻到到達(dá)由銦鎵砷化合物InGaAs組成的有源層5停止。通過該選擇性蝕刻，可以簡單的方式獲得鈍化層6的抑制。
[0071]將被抑制鈍化層6的包圍陽極3的每一個(gè)的區(qū)域10不必大并且可能受限于光刻的精度。因此，該區(qū)域10可保持遠(yuǎn)離形成陽極3的Zn擴(kuò)散，在Zn擴(kuò)散中發(fā)現(xiàn)用于捕獲光電荷的區(qū)域。因此，優(yōu)選地，第一選擇性蝕刻抑制足夠遠(yuǎn)離陽極3的區(qū)域10，使得該第一選擇性蝕刻不到達(dá)P型陽極3和N型鈍化層6之間的PN結(jié)。
[0072]該第一蝕刻優(yōu)選為化學(xué)蝕刻，但它可任選地為干法蝕刻，例如等離子蝕刻。然而，由于化學(xué)蝕刻在蝕刻區(qū)域中不產(chǎn)生任何物理損害，因此優(yōu)選化學(xué)蝕刻。在每種情況下，由于通過第一蝕刻產(chǎn)生的缺陷離鋅的擴(kuò)散區(qū)域足夠距離，因此通過第一蝕刻產(chǎn)生的缺陷僅對光電二極管的暗電流有很小影響。
[0073]可在該蝕刻之后應(yīng)用基于絕緣體(例如，氮化硅SiNx或二氧化硅SiO2)的鈍化。然而，基于絕緣體的鈍化不允許界面缺陷的數(shù)量的充分減少。
[0074]因此，優(yōu)選地通過對由第一蝕刻暴露的鈍化層6和有源層5的蝕刻區(qū)域11進(jìn)行N型摻雜應(yīng)用鈍化(步驟S6)。通過圖7示出在該N摻雜后的結(jié)構(gòu)，其中通過N型摻雜對與包圍每個(gè)陽極的區(qū)域10接觸的鈍化區(qū)域6和有源區(qū)5的區(qū)域11進(jìn)行鈍化。
[0075]顯著地根據(jù)蝕刻的類型，化學(xué)或干法蝕刻，以及根據(jù)光電二極管的尺寸，所述區(qū)域11的N摻雜深度可控制在0.5 μ m和2 μ m之間。表面生成被快速重新結(jié)合到N摻雜區(qū)域中。通過有源InGaAs層5內(nèi)的該N摻雜形成的異質(zhì)結(jié)抵制光電荷朝向Zn擴(kuò)散區(qū)域，即，捕獲區(qū)域。因此，提高了量子產(chǎn)率。
[0076]通過蝕刻暴露的表面上的P型摻雜形成寄生結(jié)，寄生結(jié)朝向被暴露表面排出光電荷。如果電子/空穴對的表面生成被限制，則量子產(chǎn)率通過這個(gè)寄生結(jié)遭受朝向表面排出的光電荷。因此，有利地，通過N型摻雜而不是P型摻雜執(zhí)行鈍化。
[0077]優(yōu)選地，在通過N型摻雜的該鈍化之前，應(yīng)用第二選擇性蝕刻，在其整個(gè)厚度上抑制有源層5的包圍每個(gè)陽極的區(qū)域20 (步驟S5)，將意識(shí)到，在第一蝕刻鈍化層6之后，通過圖6所示，有源層5在包圍陽極的每一個(gè)的區(qū)域10處暴露。該第二選擇性蝕刻在通過第一蝕刻暴露的有源層的區(qū)域處選擇性地抑制有源層5直到襯底4。并且，優(yōu)選地，第二選擇性蝕刻抑制充分遠(yuǎn)離陽極3的區(qū)域20，使得該第一選擇性蝕刻不到達(dá)P型陽極和由N型鈍化層6和有源層5組成的陰極之間的PN結(jié)。
[0078]事實(shí)上，鈍化層6的包圍光電二極管的每個(gè)陽極3的區(qū)域的選擇性抑制抑制了相鄰光電二極管之間的橫向?qū)щ姟５窃谟性淬熸壣榛衔颕nGaAs層5中的光電荷的橫向傳播還可能降低包括這種光電二極管陣列的傳感器的空間分辨率。包圍Zn擴(kuò)散的InGaAs有源層5的部分抑制可對InGaAs傳感器的空間分辨率非常有益。
[0079]在其整個(gè)厚度上抑制包圍Zn擴(kuò)散的銦鎵砷化合物InGaAs中的有源層5的冠部20的第二蝕刻也優(yōu)選為化學(xué)蝕刻并且通過第二選擇性化學(xué)蝕刻劑實(shí)施。對于該第二蝕刻，優(yōu)選使用配方H2SO4 =H2O2 =H2O的包括的硫酸和過氧化氫的水溶液。這種溶液僅選擇性蝕刻由銦鎵砷化合物InGaAs組成的有源層5，但保留組成鈍化層6和襯底4的磷化銦。
[0080]因此，每個(gè)光電二極管可與其他光電二極管完全隔絕。圖8示出了由第二蝕刻產(chǎn)生的光電二極管的陣列101。光電二極管的陣列101于是包括包圍每個(gè)陽極的區(qū)域20，在該區(qū)域20中銦鎵砷化物中的有源層5在其整個(gè)厚度上是不存在的。
[0081]此外，通過H2SO4 =H2O2 =H2O的該第二蝕刻對形成保護(hù)結(jié)構(gòu)不受環(huán)境氧化的薄層是有利的。
[0082]類似于上述，如果該第一蝕刻優(yōu)選為化學(xué)蝕刻，但它可任選地為干法蝕刻，例如等離子蝕刻。然而，由于化學(xué)蝕刻在蝕刻區(qū)域中不產(chǎn)生任何物理損害，因此優(yōu)選化學(xué)蝕刻。在每種情況下，由于通過第二蝕刻產(chǎn)生的缺陷離鋅擴(kuò)散區(qū)域足夠距離，因此通過第二蝕刻產(chǎn)生的缺陷僅對光電二極管的暗電流有很小影響。
[0083]可在該蝕刻之后應(yīng)用基于絕緣體(例如，氮化硅SiNx或二氧化硅SiO2)的鈍化。然而，基于絕緣體的鈍化不允許界面缺陷的數(shù)量的足夠減少。
[0084]因此，類似于以上討論的內(nèi)容，然后應(yīng)用通過對由第一和第二蝕刻暴露的鈍化層6和有源層5的經(jīng)蝕刻區(qū)域進(jìn)行N摻雜的鈍化(步驟S6)。
[0085]然后獲得通過圖9所示的類型的光電二極管陣列結(jié)構(gòu)101，其中通過N型摻雜鈍化與包圍每個(gè)陽極的區(qū)域20接觸的鈍化InP層6和有源InGaAs層5的區(qū)域21。順便，還可看出通過N型摻雜鈍化由第二蝕刻暴露的襯底4的區(qū)域。
[0086]因此，獲得光電二極管的陣列101，每個(gè)包括:
[0087]-陰極，該陰極包括至少一個(gè)N型磷化銦襯底層4和有源銦鎵砷化物層5有源層，
[0088]-多個(gè)陽極3，多個(gè)陽極通過P型摻雜劑的擴(kuò)散至少部分地形成于有源層5中，陽極3和陰極之間的協(xié)作形成光電二極管，
[0089]以及N型磷化銦鈍化層6，在磷化銦鈍化層6中通過P型摻雜劑的擴(kuò)散至少部分地形成陽極3，光電二極管的陣列包括包圍每個(gè)陽極的區(qū)域10，在該區(qū)域10中所述鈍化層6在其整個(gè)厚度上是不存在的。
[0090]優(yōu)選地，陣列101具有包圍每個(gè)陽極3的區(qū)域20，在該區(qū)域20中銦鎵砷化物中的所述有源層5在其整個(gè)厚度上是不存在的。
[0091]一旦光電二極管的陣列沒有任何橫向傳導(dǎo)，可再次執(zhí)行用于金屬化并且作為芯片顛倒(倒裝)與硅襯底的讀出電路裝配的相同的制造方法。
[0092]圖10示出了由根據(jù)本發(fā)明的InGaAs光電二極管的陣列101組成的InGaAs圖像傳感器，并且更具體地類似于圖9中所示的InGaAs光電二極管的陣列101，InGaAs光電二極管的陣列101與讀出電路2芯片顛倒連接。在InGaAs陣列傳感器中，發(fā)光二極管陣列連接至在硅襯底上制成的讀出電路，以讀取通過InGaAs光電二極管產(chǎn)生的光電信號(hào)。如圖10所示，該互連通常通過倒裝方法經(jīng)由銦珠7實(shí)現(xiàn)。SWIR輻射9通過在該光帶中透明的磷化銦襯底4到達(dá)光電二極管陣列上。
[0093]優(yōu)選地，讀出電路為如上描述和如圖3中所討論的對數(shù)讀出電路。
【權(quán)利要求】
1.一種用于制造光電二極管的陣列(101)的方法，包括: -陰極，所述陰極包括至少一個(gè)磷化銦襯底層(4)和銦鎵砷化物有源層(5)，以及 -多個(gè)陽極(3)，所述多個(gè)陽極(3)通過P型摻雜劑的擴(kuò)散至少部分地形成于所述銦鎵砷化物有源層中，陽極(3)和所述陰極之間的協(xié)作形成光電二極管， 其特征在于，所述方法包括以下步驟: -在形成所述陽極(3)的P型摻雜劑的擴(kuò)散之前在有源層(5)上制造N型磷化銦的鈍化層(6)，以及 -實(shí)現(xiàn)鈍化層的第一選擇性蝕刻，以在其整個(gè)厚度上選擇性地抑制所述鈍化層(6)的包圍每個(gè)陽極(3)的區(qū)域(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其中所述第一選擇性蝕刻為通過第一選擇性化學(xué)蝕刻劑進(jìn)行的化學(xué)蝕刻。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求所述的制造方法，其中選擇性化學(xué)蝕刻劑為鹽酸和磷酸的溶液。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的制造方法，進(jìn)一步包括后續(xù)的鈍化步驟，所述鈍化步驟通過對由所述第一選擇性蝕刻暴露的所述磷化銦鈍化層(6 )和所述銦鎵砷化物有源層(5 )的經(jīng)蝕刻區(qū)域(11)進(jìn)行N型摻雜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任一項(xiàng)所述的制造方法，進(jìn)一步包括后續(xù)第二選擇性蝕刻步驟，所述第二選擇性蝕刻步驟在有源層(5)的整個(gè)厚度上選擇性地抑制有源層(5)的包圍每個(gè)陽極(3)的區(qū)域(20)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制造方法，其中所述第二選擇性蝕刻為通過第二選擇性化學(xué)蝕刻劑進(jìn)行的化學(xué)蝕刻。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求所述的制造方法，其中所述第二選擇性化學(xué)蝕刻劑為包括硫酸和過氧化氫的水溶液。
8.根據(jù)權(quán)利要求5至7中的任一項(xiàng)所述的制造方法，進(jìn)一步包括后續(xù)的鈍化步驟，所述鈍化步驟通過對由所述第一選擇性蝕刻和由所述第二選擇性蝕刻暴露的磷化銦鈍化層(6)和銦鎵砷化物有源層(5)的經(jīng)蝕刻區(qū)域(21)進(jìn)行N型摻雜。
9.根據(jù)權(quán)利要求4和8中的任一項(xiàng)所述的制造方法，其中摻雜深度包括在0.5μπι和2μ m之間。
10.一種光電二極管的陣列(101)，包括: -陰極，所述陰極包括至少一個(gè)磷化銦襯底層(4)和一個(gè)銦鎵砷化物有源層(5)， -多個(gè)陽極，所述多個(gè)陽極通過P型摻雜劑的擴(kuò)散至少部分地形成于有源層(5)中，陽極(3)和陰極之間的協(xié)作形成光電二極管， 其特征在于，所述陣列進(jìn)一步包括N型磷化銦鈍化層(6)，在所述磷化銦鈍化層(6)中通過P型摻雜劑的擴(kuò)散至少部分地形成陽極(3)，并且在于，二極管的陣列進(jìn)一步包括包圍每個(gè)陽極的區(qū)域(10)，在該區(qū)域(10)中所述鈍化層(6)在其整個(gè)厚度上是不存在的。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光電二極管的陣列，包括包圍每個(gè)陽極(3)的區(qū)域(20)，其中在銦鎵砷化合物中的所述有源層(5 )在其整個(gè)厚度上是不存在的。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的光電二極管的陣列，其中與包圍每個(gè)電極的所述區(qū)域(IO，20 )接觸的所述鈍化層(6 )和所述有源層(5 )的區(qū)域(11，21)通過N型摻雜鈍化。
13.一種包含讀取電路(2)和根據(jù)權(quán)利要求10至12的任一項(xiàng)的光電二極管的陣列(101)的圖像傳感器。
14.根據(jù)上述權(quán)利要求所述的圖像傳感器， 其中所述讀出電路(2)為對數(shù)電路。
【文檔編號(hào)】H01L31/042GK103703573SQ201280034301
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2012年7月11日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月11日
【發(fā)明者】Y·倪 申請人:新成像技術(shù)公司