一種小尺寸像元量子阱紅外焦平面光敏元芯片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光電子器件領(lǐng)域，特別是一種小尺寸像元量子阱紅外焦平面光 敏元芯片。
【背景技術(shù)】
[0002] GaAs/AlGaAs量子講紅外探測器（QuantumWellInfraredPhotodetector，簡稱 QWIP)具有材料生長和制備工藝成熟，易于大面陣集成、穩(wěn)定性好、器件均勻性好、成本低、 抗輻照等優(yōu)點，在紅外制導(dǎo)、天文探測、森林防火、工業(yè)監(jiān)控及醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng) 用前景。目前，QWIP器件正朝著多波長探測和大面陣焦平面的方向發(fā)展。
[0003] 然而，由于QWIP器件對正入射的紅外光具有禁戒性，在QWIP焦平面光敏元芯片 中必須采用光柵耦合的方式，使入射光的電場方向平行于量子阱的生長方向來激發(fā)子帶躍 迀，實現(xiàn)紅外光的探測。這為QWIP焦平面光敏元芯片性能的提高帶來了兩方面的問題。
[0004] 首先，由于QWIP焦平面光敏元芯片中普遍采用的二維周期光柵耦合效率較低，使 得其探測率和靈敏度較低，限制了其進一步的應(yīng)用。
[0005] 其次，為了提高QWIP焦平面光敏元芯片的成像分辨率，必須要減小QWIP焦平面光 敏元芯片中像元的尺寸。但是，由于QWIP焦平面光敏元芯片中的每個像元上均有二維周期 光柵，二維周期光柵的耦合效率是和周期數(shù)密切相關(guān)的，為了保證QWIP焦平面光敏元芯片 的靈敏度和探測率，每個像元上的二維周期光柵周期數(shù)不宜過少。因此，目前QWIP焦平面 光敏元芯片中像元的尺寸多在20微米以上，像元尺寸較大，這極大限制了QWIP焦平面器件 的成像分辨率。
[0006] 基于以上兩點，針對QWIP焦平面器件的改進和創(chuàng)新勢在必行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對上述情況，為克服現(xiàn)有技術(shù)之缺陷，本發(fā)明之目的就是提供一種小尺寸像元 量子阱紅外焦平面光敏元芯片，可有效改進GaAs/AlGaAs量子阱紅外焦平面光敏元芯片的 光柵親合效率和成像分辨率。
[0008] 本發(fā)明解決的技術(shù)方案是，小尺寸像元量子阱紅外焦平面光敏元芯片其結(jié)構(gòu)是由 自下而上的幾部分組合在一起構(gòu)成： 在GaAs襯底上面有透射光柵，透射光柵是在金薄膜中刻蝕出MXN個凹字型光柵孔并 在凹字型光柵孔中填充GaAs構(gòu)成；透射光柵上面有n型GaAs下接觸層，n型GaAs下接觸 層上面有金/鍺/鎳合金公共下電極，該金/鍺/鎳合金公共下電極是一環(huán)形電極，其環(huán)繞 整個光敏元芯片，只在光敏元芯片邊緣引出，作為光敏元芯片中所有像元的公共下電極；n 型GaAs下接觸層上面有MXN個像元，每個像元位于對應(yīng)的凹字型光柵孔的正上方，像元自 下而上由GaAs/AlGaAs多量子講層、n型GaAs上接觸層、金反射層、金/鍺/鎳合金上電極 和二氧化娃鈍化層構(gòu)成；二氧化娃鈍化層位于n型GaAs下接觸層、GaAs/AlGaAs多量子講 層、n型GaAs上接觸層、金反射層、金/鍺/鎳合金上電極、金/鍺/鎳合金公共下電極的 兩側(cè)。
[0009] 本發(fā)明產(chǎn)品結(jié)構(gòu)新穎獨特，提高了量子阱紅外焦平面光敏元芯片的光柵耦合效率 和成像分辨率，是半導(dǎo)體器件生產(chǎn)上的創(chuàng)新。
【附圖說明】
[0010] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)主視圖。
[0011] 圖2為本發(fā)明的凹字型光柵孔透射光柵刨面示意圖。
[0012] 圖3為本發(fā)明的實施實例中多量子阱層內(nèi)電場方向平行于量子阱生長方向的光 場分布不意圖。
[0013] 圖4為本發(fā)明的實施實例中多量子講層內(nèi)不同刨面處的光波電場相對強度分布 圖。
【具體實施方式】
[0014] 以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作詳細說明。
[0015] 由圖1給出，本發(fā)明一種小尺寸像元量子阱紅外焦平面光敏元芯片是由自下而上 的幾部分組合在一起構(gòu)成： 在GaAs襯底01上面有透射光柵02,透射光柵是在金薄膜中刻蝕出MXN個凹字型光柵 孔并在凹字型光柵孔中填充GaAs構(gòu)成，透射光柵上面有n型砷化鎵下接觸層03，n型GaAs 下接觸層上面有金/鍺/鎳合金公共下電極09,該金/鍺/鎳合金公共下電極是一環(huán)形電 極，其環(huán)繞整個光敏元芯片，只在光敏元芯片邊緣引出，作為光敏元芯片中所有像元的公共 下電極，n型砷化鎵下接觸層上面有MXN個像元，每個像元位于對應(yīng)的凹字型光柵孔的正 上方，像元自下而上由GaAs/AlGaAs多量子講層05、n型GaAs上接觸層06、金反射層07、金 /鍺/鎳合金上電極08和二氧化硅鈍化層09構(gòu)成，二氧化硅鈍化層位于n型GaAs下接觸 層、GaAs/AlGaAs多量子講層、n型GaAs上接觸層、金反射層、金/鍺/鎳合金上電極、金/ 鍺/鎳合金公共下電極的兩側(cè)。
[0016] 所述的本實例中取小尺寸像元量子阱紅外焦平面光敏元芯片的工作峰值波長為 8. 0微米，取GaAs折射率為3. 24,透射光柵厚度為d=80納米；透射光柵為凹字型光柵孔二 維周期光柵(如圖2所示)，凹字型光柵孔的個數(shù)為160X128個；光柵周期為尸2. 5微米，凹 字型光柵孔邊長為a=l. 8微米，正方形凹槽邊長b=0. 6微米；本實例中共有160X128個像 元，每個像元均位于對應(yīng)的凹字型光柵孔的正上方，像元邊長為a=l. 8微米；砷化鎵襯底01 厚為30微米；n型砷化鎵下接觸層03厚度為0. 3微米；GaAs/AlGaAs多量子阱層05厚度為 1. 7微米；n型砷化鎵上接觸層06厚度為0. 3微米；金反射層07將入射到反射層的光反射 回去，增加GaAs/AlGaAs多量子阱層的吸收效率，厚度為I. 0微米；二氧化硅鈍化層04厚度 為I. 0微米；金/鍺/鎳合金上電極08厚度為I. 0微米；金/鍺/鎳合金下電極09厚度為 1. 0微米。
[0017] 本實例中的凹字型光柵孔和像元的個數(shù)可以依據(jù)實際需要來確定，如128X128， 256X320，512X640,1024X1024 等。
[0018] 本發(fā)明小尺寸像元量子阱紅外焦平面光敏元芯片的制備方法包括如下步驟： 1、用磁控濺射鍍膜技術(shù)，在GaAs襯底上面鍍一層金薄膜； 2、 用紫外光刻技術(shù)在金薄膜中刻蝕出MXN個凹字型光柵孔； 3、 用分子束外延方法在凹字型光柵孔中填充GaAs，