硅基碲鎘汞長(zhǎng)波光電二極管芯片的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種硅基碲鎘汞長(zhǎng)波光電二極管芯片，其結(jié)構(gòu)自下而上依次為：Si襯底，與Si襯底牢固結(jié)合的CdTe緩沖層，在CdTe緩沖層上的微臺(tái)面異質(zhì)結(jié)光電二極管。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:相比于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的硅基碲鎘汞長(zhǎng)波光電二極管芯片，本發(fā)明的硅基碲鎘汞長(zhǎng)波光電二極管芯片采用n-on-P+或p-on-N+結(jié)構(gòu)；能夠抑制界面復(fù)合，提高器件性能；在不使用濾光片的情況下獲得窄帶響應(yīng)光譜，提高長(zhǎng)波段的探測(cè)率；保證大面陣紅外探測(cè)器象元串聯(lián)電阻的一致性。
【專利說(shuō)明】硅基碲鎘汞長(zhǎng)波光電二極管芯片
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及紅外光電探測(cè)器,具體是指一種采用n-on-Ρ+或p-on-N+結(jié)構(gòu)的娃基締鎘萊長(zhǎng)波光電二極管芯片。
【背景技術(shù)】
[0002]先進(jìn)的碲鎘汞焦平面光電探測(cè)器技術(shù)將單一波段的二維目標(biāo)成像拓展到三維成像或同時(shí)獲取目標(biāo)的光譜特性，并且不斷朝著超高分辨率和高識(shí)別能力的方向發(fā)展。在探測(cè)器的材料上，要求材料的尺寸、性能更高、結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)多重目標(biāo)信息產(chǎn)生多重響應(yīng)的功能。對(duì)于締鎘萊外延技術(shù)而言，材料的尺寸主要受制于襯底材料。在傳統(tǒng)的技術(shù)中，碲鋅鎘和砷化鎵是兩種比較成熟的襯底材料，這些襯底的優(yōu)點(diǎn)在于其晶格能夠與碲鎘汞相匹配或比較匹配，外延出高質(zhì)量的碲鎘汞外延材料也較為容易，但它們與硅讀出電路的熱匹配特性則難以滿足大規(guī)模紅外焦平面器件的要求。從理論上講，只有硅襯底材料才能最終克服這種技術(shù)上的制約，同時(shí)，材料尺寸的增大、成本的降低也離不開使用硅基襯底。然而，娃和締鋪萊之間晶格失配(19%左右)卻是發(fā)展娃基締鋪萊外延技術(shù)的最大障礙。早期探索性工作是在硅基GaAs外延技術(shù)的帶動(dòng)下開展起來(lái)的，進(jìn)一步的發(fā)展則是利用硅基表面As原子改性技術(shù)實(shí)現(xiàn)了硅基ZnTe的直接外延，現(xiàn)如今是將硅基CdTe分子束外延材料作為襯底的碲鎘汞外延技術(shù)。盡管已經(jīng)取得了顯著的進(jìn)展，但是在完全解決晶格失配大的問(wèn)題之前，存在于碲鎘汞激活區(qū)與CdTe緩沖層之間的各種缺陷引起的界面復(fù)合仍然制約著高性能的硅基碲鎘汞長(zhǎng)波紅外焦平面探測(cè)器的制備。硅基碲鎘汞長(zhǎng)波紅外焦平面探測(cè)器主要采用的是離子注入的n+-on-p結(jié)構(gòu)或者非離子注入的p+-on-n結(jié)構(gòu)。這兩種結(jié)構(gòu)的器件的光子吸收區(qū)均在硅基CdTe分子束外延材料上外延生長(zhǎng)，因而探測(cè)器的整體性能受到了存在于碲鎘汞激活區(qū)與CdTe緩沖層之間界面復(fù)合的制約。此外，在長(zhǎng)波紅外焦平面探測(cè)器的應(yīng)用中，也是在這兩種結(jié)構(gòu)的器件上通過(guò)增加濾光片的方式來(lái)獲得窄帶響應(yīng)光譜，提高長(zhǎng)波段的探測(cè)率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供硅基碲鎘汞長(zhǎng)波光電二極管新型芯片，它采用n-on-Ρ+或p-on-N+結(jié)構(gòu)，可以抑制界面復(fù)合、提高器件性能并且通過(guò)器件本身獲得窄帶響應(yīng)。
[0004]本發(fā)明的硅基碲鎘汞長(zhǎng)波光電二極管芯片的結(jié)構(gòu)依次為:Si襯底1，與Si襯底牢固結(jié)合的CdTe緩沖層2，在CdTe緩沖層上的微臺(tái)面異質(zhì)結(jié)光電二極管3以及爬坡公共電極4，微臺(tái)面異質(zhì)結(jié)光電二極管3上有第一銦球5，爬坡公共電極上有第二銦球6，其特征在于:所述的微臺(tái)面異質(zhì)結(jié)光電二極管3為n-on-Ρ+或p-on-N+結(jié)構(gòu)，其中:
[0005]在n-on-Ρ+結(jié)構(gòu)中，η型HgCdTe層為In摻雜HgCdTe層，摻雜濃度為1.0-15.0 X 1015cm_3，厚度為 8.0-10.0 μ m ;P+ 型 HgCdTe 層為 Hg 空位摻雜 HgCdTe 層，摻雜濃度為 1.0-8.0 X 1017cnT3，厚度為 4.0-5.0ym ；
[0006]在p-on-N+結(jié)構(gòu)中，P型HgCdTe層為Hg空位摻雜HgCdTe層，摻雜濃度為1.0-15.0 X 1015cm_3，厚度為 8.0-10.0ym5N+M HgCdTe 層為 In 摻雜 HgCdTe 層，摻雜濃度為1.0-8.0 X 1017cnT3，厚度為 4.0-5.0 μ m。
[0007]本發(fā)明的器件工作過(guò)程是:當(dāng)紅外輻射從襯底背面入射到探測(cè)器芯片上時(shí)，穿過(guò)硅基CdTe襯底后，中短波段的紅外輻射在P+或N+型HgCdTe層被吸收，產(chǎn)生的光生載流子基本不被n-Ρ+或P-N+結(jié)吸收；長(zhǎng)波段的紅外輻射繼續(xù)前進(jìn)，到達(dá)η或P型HgCdTe層被吸收，產(chǎn)生的光生載流子被η-Ρ+或P-N+結(jié)的內(nèi)建電場(chǎng)分開，產(chǎn)生的長(zhǎng)波段光電信號(hào)由讀出互連In球5和6輸出，從而構(gòu)成一個(gè)可以探測(cè)長(zhǎng)波的焦平面器件芯片。
[0008]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
[0009]1.相比于傳統(tǒng)的η+-οη-ρ或ρ+-οη_η結(jié)構(gòu)的硅基碲鎘汞長(zhǎng)波光電二極管芯片，本發(fā)明的n-on-Ρ+或ρ-οη-Ν+結(jié)構(gòu)的硅基碲鎘汞長(zhǎng)波光電二極管芯片能夠抑制界面復(fù)合，提高器件性能。
[0010]2.n-on-P+或p-on-N+結(jié)構(gòu)的硅基碲鎘汞長(zhǎng)波紅外焦平面探測(cè)器能夠在不使用濾光片的情況下，獲得窄帶響應(yīng)光譜，提高長(zhǎng)波段的探測(cè)率。
[0011]3.本發(fā)明的探測(cè)芯片的P+或N+型HgCdTe層擁有較小的體阻抗，可以保證大面陣紅外探測(cè)器象元串聯(lián)電阻的一致性。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本發(fā)明的n-on-Ρ+或p-on-N+結(jié)構(gòu)的硅基碲鎘汞長(zhǎng)波光電二極管芯片的剖面示意圖。
[0013]圖2為傳統(tǒng)的n-on-ρ+結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)波光電二極管芯片未加增透膜時(shí)的量子效率曲線。
[0014]圖3為本發(fā)明的n-on-Ρ+結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)波光電二極管芯片未加增透膜時(shí)的量子效率曲線。
[0015]圖4為本發(fā)明的n-on-Ρ+結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)波光電二極管芯片的響應(yīng)光譜曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖，以象元中心距為15μπι的n-on-Ρ+型HgCdTe異質(zhì)結(jié)為例，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作詳細(xì)說(shuō)明:
[0017]如圖1所示，首先在Si襯底I上依次增加CdTe緩沖層2 ；Hg空位摻雜濃度為1.0X 1017、厚度為5 μ m、組分為0.245的P.型HgCdTe層；以及In摻雜濃度為1.0X 1015、厚度為10 μ m、組分為0.21的η型HgCdTe層；然后在微臺(tái)面裸露的表面增加鈍化層、歐姆接觸金屬電極、金屬爬坡電極和與讀出電路互連的In柱。
[0018]最后對(duì)上述實(shí)施例的光電特性進(jìn)行數(shù)值模擬。圖2為傳統(tǒng)的η-οη-ρ+結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)波光電二極管芯片未加增透膜時(shí)的量子效率曲線。圖3為本發(fā)明的n-on-Ρ+結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)波光電二極管芯片未加增透膜時(shí)的量子效率曲線。如圖2、3所示，在未增加增透膜的情況下，本發(fā)明的長(zhǎng)波紅外器件的量子效率明顯高于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)波紅外器件。并由圖2、3計(jì)算得到，在長(zhǎng)波段范圍(8-12μπι)，本發(fā)明的長(zhǎng)波紅外器件的量子效率比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高出45.3%。圖4為本發(fā)明的n-on-P+結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)波紅外探測(cè)器的響應(yīng)光譜曲線。如圖4所示，本發(fā)明的長(zhǎng)波紅外器件能夠在不使用濾光片的情況下，獲得窄帶響應(yīng)光譜，提高長(zhǎng)波段的探測(cè)率。[0019]由此可見(jiàn)，本發(fā)明的采用n-on-Ρ+或p-on-N+結(jié)構(gòu)的硅基碲鎘汞紅外長(zhǎng)波光電二極管芯片的結(jié)構(gòu)方案是可行的、合理的。
【權(quán)利要求】
1.娃基締鎘萊長(zhǎng)波光電二極管芯片，其結(jié)構(gòu)自下而上依次為:Si襯底(I),與Si襯底牢固結(jié)合的CdTe緩沖層(2)，微臺(tái)面異質(zhì)結(jié)光電二極管(3)以及爬坡公共電極(4)，第一銦球(5)位于微臺(tái)面異質(zhì)結(jié)光電二極管(3)上,第二銦球(6)位于爬坡公共電極上,其特征在于:所述的微臺(tái)面異質(zhì)結(jié)光電二極管(3)為n-on-Ρ+或p-on-N+結(jié)構(gòu),其中: 在n-on-Ρ+結(jié)構(gòu)中，η型HgCdTe層為In摻雜HgCdTe層，摻雜濃度為1.0-15.0 X 11W,厚度為8.0-10.0 μ m ;Ρ+型HgCdTe層為Hg空位摻雜HgCdTe層，摻雜濃度為1.0-8.0 X 1017cnT3，厚度為 4.0-5.0ym ； 在p-on-N+結(jié)構(gòu)中，P型HgCdTe層為Hg空位摻雜HgCdTe層，摻雜濃度為1.0-15.0 X 1015cnT3，厚度為 8.0-10.0ym5N+M HgCdTe 層為 In 摻雜 HgCdTe 層，摻雜濃度為1.0-8.0 X 1017cnT3，厚度為 4.0-5.0 μ m。
【文檔編號(hào)】H01L31/0352GK104037256SQ201410258854
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年6月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月12日
【發(fā)明者】葉振華, 張鵬, 陳奕宇, 林春, 胡曉寧, 丁瑞軍, 何力 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所