一种红外探测器芯片及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种红外探测器芯片及其制备方法与应用，一种红外探测器芯片，其特征在于：包括透明衬底；所述透明衬底表面设有透明键合层；所述透明键合层表面设有外延层；其中，所述透明键合层的厚度≥1000nm。本发明专利技术在工艺过程中采用透明衬底做支撑进行工艺，大大降低了工艺过程中碎片率；同时透明衬底还可用作封装时的窗口保护，免去了后端的正面封装过程，简化了正面封装工艺。简化了正面封装工艺。简化了正面封装工艺。

【技术实现步骤摘要】
一种红外探测器芯片及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及光电探测器
，具体涉及一种红外探测器芯片及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]InGaAs探测器是目前最为重要的短波红外探测器之一，探测范围窄和较高暗电流是制约其发展和应用的主要问题。由于InGaAs材料为全组分直接带隙材料，通过调节In组分，可覆盖0.8～3.5μm波段。并且InGaAs探测器具有灵敏度高、响应速度快、抗辐照特性良好、室温工作等优点，因此InGaAs是制备短波红外波段探测器的理想材料。
[0003]目前InGaAs红外探测器一般采用InP衬底进行生长，并制作芯片，InP衬底价格高昂并且易碎，制程过程中涉及InP衬底减薄或去除，工艺制程破片率高、良率低，导致探测器芯片成本高。
[0004]因此，需要开发一种红外探测器芯片，该芯片的制备成本低。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种红外探测器芯片，该芯片的制备成本低。
[0006]本专利技术还提供了上述红外探测器芯片的制备方法。
[0007]本专利技术还提供了上述红外探测器芯片的应用。
[0008]本专利技术的第一方面提供了一种红外探测器芯片，包括透明衬底；
[0009]所述透明衬底表面设有透明键合层；
[0010]所述透明键合层表面设有外延层；
[0011]其中，所述透明键合层的厚度≥1000nm。
[0012]根据本专利技术的一些实施方式，所述透明衬底包括氧化铝衬底和锗衬底。
[0013]选用氧化铝或锗做衬底，能够透过红外波段光线，同时其材料硬度高于InP衬底，能提供较高的支撑性。
[0014]根据本专利技术的一些实施方式，所述透明衬底的厚度为50μm～100μm。
[0015]过薄的话支撑强度低下，过厚的话芯片厚度大，非芯片小型轻量化发展趋势。
[0016]根据本专利技术的一些实施方式，所述透明键合层的材质包括氧化铝。
[0017]根据本专利技术的一些实施方式，所述透明键合层由透明键合层Ⅰ和透明键合层Ⅱ组成。
[0018]根据本专利技术的一些实施方式，所述透明键合层Ⅰ的材质为氧化铝。
[0019]根据本专利技术的一些实施方式，所述透明键合层Ⅱ的材质为氧化铝。
[0020]透明键合层与透明衬底保持一致，不会引入应力问题，同时氧化铝键合是一种常见的透明键合手段，其良率及稳定性较好
[0021]本专利技术的第二方面提供了上述红外探测器芯片的制备方法，包括以下步骤：
[0022]S1、在生长衬底表面依次生长剥离层、缓冲层、截止层、欧姆接触层Ⅰ、吸收层、欧姆接触层Ⅱ和透明键合层Ⅰ，得组件Ⅰ；
[0023]在透明衬底表面形成透明键合层Ⅱ，得组件Ⅱ；
[0024]S2、将所述组件Ⅰ与所述组件Ⅱ键合，得键合前驱体；
[0025]S3、将所述键合前驱体中的生长衬底和所述剥离层去除；
[0026]再刻蚀所述缓冲层、所述截止层、部分所述欧姆接触层Ⅰ和部分所述吸收层；形成前驱体；
[0027]在所述前驱体表面生长绝缘层，刻蚀部分所述绝缘层，在所述绝缘层表面形成P电极和N电极；即得所述红外探测器芯片；
[0028]其中，所述步骤S2中键合为将所述透明键合层Ⅰ和所述透明键合层Ⅱ相键合。
[0029]根据本专利技术的一些实施方式，步骤S2所述键合的温度为300℃～500℃。
[0030]根据本专利技术的一些实施方式，所述键合的压力为50000N～200000N。
[0031]温度过高或过低，压力过高或过低，均会导致键合良率低下。
[0032]根据本专利技术的一些实施方式，所述生长衬底包括InP衬底和GaAs衬底中的至少一种。
[0033]根据本专利技术的一些实施方式，所述剥离层的材质包括InAlAs。
[0034]根据本专利技术的一些实施方式，所述剥离层的厚度为1μm～2μm。
[0035]根据本专利技术的一些实施方式，步骤S1中所述生长的方式包括MOCVD(金属有机化合物化学气相沉淀)或MBE(分子束外延生长)中的一种。
[0036]根据本专利技术的一些实施方式，所述截止层的厚度为100nm～300nm。
[0037]根据本专利技术的一些实施方式，所述缓冲层的材质包括InP。
[0038]根据本专利技术的一些实施方式，所述缓冲层的厚度为200nm～500nm。
[0039]根据本专利技术的一些实施方式，所述截止层包括InGaAs截止层。
[0040]根据本专利技术的一些实施方式，所述InGaAs截止层中In组分含量为53％，Ga组分含量为47％。
[0041]根据本专利技术的一些实施方式，所述截止层的厚度为100nm～300nm。
[0042]根据本专利技术的一些实施方式，所述欧姆接触层Ⅰ的材质为P型InP。
[0043]根据本专利技术的一些实施方式，所述欧姆接触层Ⅰ的厚度为50nm～200nm。
[0044]根据本专利技术的一些实施方式，所述吸收层包括InGaAs吸收层。
[0045]根据本专利技术的一些实施方式，所述InGaAs吸收层中In组分含量为53％，Ga组分含量为47％。
[0046]根据本专利技术的一些实施方式，所述InGaAs吸收层的厚度为2.5μm～3.5μm。
[0047]根据本专利技术的一些实施方式，所述欧姆接触层Ⅱ的材质为N型InP。
[0048]根据本专利技术的一些实施方式，所述欧姆接触层Ⅱ的厚度为50nm～300nm。
[0049]根据本专利技术的一些实施方式，所述InGaAs吸收层的厚度为2.5μm～3.5μm。
[0050]根据本专利技术的一些实施方式，所述P电极包括Cr电极、Ti电极、Pt电极和Au电极中的至少一种。
[0051]根据本专利技术的一些实施方式，当所述P电极中包括Cr电极时，所述Cr电极的厚度为50nm～200nm。
[0052]根据本专利技术的一些实施方式，当所述P电极中包括Au电极时，所述Au电极的厚度为200nm～500nm。
[0053]根据本专利技术的一些实施方式，所述N电极包括Ni电极、Ge电极、Au电极、Ti电极和Cu电极中的至少一种。
[0054]根据本专利技术的一些实施方式，当所述N电极中包括Ti电极时，所述Ti电极的厚度为50nm～200nm。
[0055]根据本专利技术的一些实施方式，当所述N电极中包括Pt电极时，所述Pt电极的厚度为50nm～200nm。
[0056]根据本专利技术的一些实施方式，当所述N电极中包括Au电极时，所述Au电极的厚度为500nm～1000nm。
[0057]本专利技术的第三方面提供了上述红外探测器芯片在制备红外探测器中的应用。
[0058]根据本专利技术的一些实施方式，所述红外探测器，包括上述红外探测器芯片；与上述红外探测器芯片互联的硅读出电路。
[0059]本专利技术至少具备如下有益效果：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种红外探测器芯片，其特征在于：包括透明衬底；所述透明衬底表面设有透明键合层；所述透明键合层表面设有外延层；其中，所述透明键合层的厚度≥1000nm。2.根据权利要求1所述的一种红外探测器芯片，其特征在于：所述透明衬底包括氧化铝衬底和锗衬底；优选地，所述透明衬底的厚度为50μm～100μm。3.根据权利要求1所述的一种红外探测器芯片，其特征在于：所述透明键合层包括氧化铝。4.一种制备如权利要求1至3任一项所述的红外探测器芯片的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、在生长衬底表面依次生长剥离层、缓冲层、截止层、欧姆接触层Ⅰ、吸收层、欧姆接触层Ⅱ和透明键合层Ⅰ，得组件Ⅰ；在透明衬底表面形成透明键合层Ⅱ，得组件Ⅱ；S2、将所述组件Ⅰ与所述组件Ⅱ键合，得键合前驱体；S3、将所述键合前驱体中的所述生长衬底和所述剥离层去除；再刻蚀所述缓冲层、部分所述截止层、部分所述欧姆接触层Ⅰ和部分所述吸收层；形成前驱体；在所述前驱体表面生长绝缘层，刻蚀部分所述绝缘层，在所述绝缘层表面形成P电极和N电极；即...

【专利技术属性】
技术研发人员：李明阳，牛文龙，刘建庆，杨文奕，
申请(专利权)人：中山德华芯片技术有限公司，
类型：发明
国别省市：