[发明专利]InGaAs/InP平面型光电探测器扩散结的检测方法

说明书

技术领域

本发明是有关一种半导体元件的检测方法，特别是关于一种InGaAs/InP平面型光电探测器扩散结的检测方法。

背景技术

半导体光电探测器是实现光电信息转换的传感器件。在近红外波段(光波波长：1～3微米)，InGaAs/InP因其优异的材料特性而成为该波段光电探测器的主要应用材料。InGaAs/InP探测器结构主要分为平面型和台面型两类；其中平面型结构避免了台面器件侧壁带来的漏电和表面复合等影响光电效率的因素，能够得到较好的探测性能，因此在InGaAs/InP的两种主要光电探测器：雪崩光电二极管(APD)和PIN近红外探测器中均被广泛采用。平面型器件结构中PN结的制备一般采用p型杂质扩散形成扩散结的方法，先在外延晶片表面沉积扩散掩模，然后在掩模上选择腐蚀形成扩散窗口，再采用Zn等杂质扩散的方法在i-InP顶层实现p型掺杂(扩散结)。在平面型InGaAs/InP器件工艺中，p型扩散的效果，如扩散深度、侧向扩散和浓度分布等对器件的光电性能有决定性的影响。

目前，检测InGaAs/InP扩散结分布特征的方法主要有二次离子质谱(SIMS)和电化学电容-偏压法(ECV或ECCV)。其中SIMS方法测量p型杂质在材料深度方向的浓度分布，在扩散前沿杂质浓度一般渐进递变，因此不易精确判定PN结的结区位置；ECV法能够感测载流子的深度分布，空间分辨可至纳米级，但易受腐蚀缺陷和测量条件的影响；并且ECV方法只适用于块体材料的载流子分布测量，无法应用于亚毫米甚至微米尺寸的指定扩散窗口或光敏元单元的检测；常用的SIMS方法在用于窗口或光敏元尺寸小于100微米的杂质分布测量时也会产生较大的误差。另外上述两种方法均不能提供杂质侧向扩散的信息。

发明内容

鉴于此，本发明的目的是提供一种InGaAs/InP平面型光电探测器扩散结的检测方法，该方法适用于小尺寸的扩散窗口和探测器光敏元检测，空间分辨高并能提供侧向扩散深度的信息。

本发明提供一种InGaAs/InP平面型光电探测器扩散结的检测方法，该光电探测器至少包括一衬底，一底电极，一光敏层，一顶电极；其中底电极在衬底之上，为n型InP；光敏层在底电极层上方，为非掺杂i-InGaAs；顶电极层在光敏层上方，原片为非掺杂i-InP，杂质经窗口扩散局部形成p型区域。

此方法先对晶片进行抛角流片生成n型欧姆接触电极，对探测器光敏元的检测则直接利用器件的n型电极；然后划片获得光洁平整剖面，再以n型欧姆接触为公共电极测量剖面扩散区域的微分电容分布，根据材料深度方向和侧向的微分电容分布确定扩散形成PN结的位置和扩散深度。

上述方法中，平整的晶片剖面由划片解理获得，InGaAs/InP晶体品质高，力学特征适合自然解理，得到的剖面平整度通常很高，因此试样制备较为简易。

剖面的微分电容分布可以由扫描电容显微镜测得，微分电容(dC/dV)对材料的多数载流子种类和浓度敏感，因此在典型的p型掺杂向弱n型的非掺杂i区过渡时信号变化显著，可以利用空间电荷区的分布特征精确判定PN结的位置，再结合晶片上表面和扩散窗口的位置得到p型杂质在深度方向和侧向的扩散深度。

与现有技术相比，本发明具有如下优势：

本发明能够对尺寸小于100微米的扩散窗口和探测器光敏元进行检测，尤其适用于大规模线列或面阵器件的探测单元检测。

本发明是对扩散窗口或探测器单元剖面载流子分布的二维成像式扫描，可以同时获得深度方向和侧向杂质扩散深度的信息，空间分辨优于30纳米。

另外，本发明提供的方法实施便利，所获结区特征明显；对试样无特殊要求，且检测是非损耗的，可重复进行。

附图说明

图1是本发明的检测方式示意图；

图2是本发明实施例1的器件结构扩散结的剖面微分电容扫描像；

图3是本发明实施例1的器件结构扩散结深度方向的微分电容分布曲线；

图4是本发明实施例1的器件结构扩散窗口侧向微分电容分布曲线；

图5是本发明实施例2的器件结构扩散结的剖面微分电容扫描像；

图6是本发明实施例2的器件结构扩散结深度方向的微分电容分布曲线；

图7是本发明实施例2的器件结构扩散窗口侧向微分电容分布曲线。

其中：

101—扩散掩模层；

102—扩散窗口；

103—晶片顶层；

104—光敏层；

105—底电极层；

106—扫描电容显微测量回路；

107—晶片材料的深度方向；