一種量子阱紅外焦平面陣列及其製作方法

2023-08-03 01:31:46

專利名稱：一種量子阱紅外焦平面陣列及其製作方法
技術領域：
本發明涉及一種紅外焦平面陣列及其製作方法，尤其涉及一種量子阱紅外 焦平面陣列及其製作方法。
背景技術：
傳統技術中的量子阱紅外焦平面陣列中，根據量子力學的選擇定則，量子阱 紅外探測器對於垂直入射的紅外光信號無法吸收。因此，對於常規的量子阱紅 外焦平面陣列來講，只能通過耦合光柵的作用，將垂直入射的紅外光信號散射 為非垂直的散射紅外光信號，由於在這個過程中對紅外光信號有損失，這樣就 降低了對紅外光信號的吸收效率，同時，光柵具體的結構參數對紅外光信號的 耦合效率較為敏感，為此光柵必須進行精細的製備，這無疑增加了量子阱紅外 焦平面的製備難度。同時，為了和信號的讀出電路陣列進行鍵合，具有耦合光 柵結構的量子阱紅外焦平面陣列只能採用背面入射的方式，這樣的結構也不利
於對紅外光的有效吸收。發明專利200710171905. 5公開了一種多重光散射耦合 的量子阱紅外探測器，它主要通過金屬小球或表面鍍有金屬的小球所形成的陣 列層來完成對垂直入射紅外光信號的散射耦合，但是這樣的結構仍然是散射耦 合，而且入射紅外光信號經過襯底層，同樣會造成對紅外光信號的損失，從而 造成對紅外光信號吸收效率的降低。
綜上所述，現有的量子阱紅外焦平面陣列由於採用耦合光柵和背面入射方 式，使得加工工藝複雜，同時也無法有效地吸收所入射的紅外光信號，使得使 得量子阱紅外焦平面陣列的器件性能受到很大的影響。

發明內容
針對現有技術的缺點，本發明的目的是提供一種採用正面入射且能有效吸收紅外光信號的、能實現垂直入射的紅外光信號探測的，並且加工工藝簡便的 量子阱紅外焦平面陣列。
為實現上述目的，本發明的技術方案為 一種量子阱紅外焦平面陣列，包 括襯底、置於該襯底正面的由量子阱紅外探測器單元組成的量子阱紅外探測器 陣列、置於該村底背面的和所述量子阱紅外探測器單元——對應的實現探測信 號讀出的讀出電路陣列，所述量子阱紅外探測器陣列和讀出電路陣列通過上電 極引線和下電極引線互聯，在所述量子阱紅外探測器陣列中相鄰的量子阱紅外 探測器單元列與列之間還設有紅外光反射鏡臺，該紅外光反射鏡臺能將垂直入 射的紅外光信號反射為與所述襯底平行的紅外光信號，且在其上表面設有對紅 外光有反射性的鍍層。該紅外光反射鏡臺為側稜與村底以及量子阱紅外探測器 單元列均平行放置的底面為等腰直三角形的三稜柱，所述三稜柱上表面兩個側 面和襯底夾角均為45°放置。所述兩個側面設有對紅外光有反射性的鍍層。這 樣可以利用在量子阱紅外焦平面陣列結構中所設計的紅外光反射鏡臺，將垂直 入射的紅外光信號反射為與量子阱紅外探測器陣列上表面平行的紅外光信號， 實現量子阱紅外焦平面陣列對垂直入射紅外光信號的有效吸收。同時，由於該 量子阱紅外焦平面陣列中，讀出電路陣列位於所述襯底的背面，因而可以通過 正面入射方式實現對紅外光信號的探測。
所述兩個側面設有的對紅外光有反射性的鍍層為金鍍層。該量子阱紅外探 測器單元包括上歐姆接觸層、中間的多量子阱層以及下歐姆接觸層，該量子阱 紅外探測器單元形狀為圓柱體或長方體。該量子阱紅外探測器單元為 GaAs/AlGaAs量子阱紅外探測器單元。所述襯底材質為GaAs。
本發明的另一種技術方案是提供一種如前所述的量子阱紅外焦平面陣列 的製作方法，包括
在所述襯底上釆用分子束外延或金屬有機化學氣相生長出整層的上歐姆接 觸層、中間的多量子阱層以及下歐姆4妄觸層；
使用光刻膠把將要刻蝕紅外光反射鏡臺的區域保護起來，刻蝕出量子阱紅 外探測器單元，以免刻蝕該量子阱紅外探測單元的時候，幹涉到將來要刻蝕紅外光反射鏡臺的區域。
使用光刻膠將已經刻蝕好的量子阱紅外探測器單元保護起來，採用原子精 確刻蝕的方式完成對紅外光反射鏡臺的刻蝕，這樣可以防止在刻蝕所述紅外光 反射鏡臺的時候，影響到已經刻蝕好的量子阱紅外探測器單元，此外採用原子
精確刻蝕的目的是形成光潔的反射鏡表面；
在紅外光反射鏡臺表面蒸鍍對紅外光能夠良好反射的材料，這樣使得所述 紅外光反射鏡臺具有反射紅外光信號的功能；
使用標準集成電路工藝製作上電極引線和下電極引線；
最後通過銦球實現讀出電路陣列和上電極引線、下電極引線的鍵合。所述 原子精確刻蝕為AsBn幹法刻蝕。所述對紅外光有反射性的鍍層為金鍍層。
與現有技術相比，本發明的量子阱紅外焦平面陣列用於紅外光信號的探測 中，在解決垂直入射的紅外光探測問題的同時，還具有的優點是本發明的量 子阱紅外焦平面陣列由於利用了紅外光反射鏡臺對垂直入射的紅外光信號進行 耦合，從而大大提高了對紅外光信號的吸收效率。同時，本發明中紅外光信號 採用了正面入射的方式，與背面入射方式相比，沒有襯底的影響，可以對紅外 光信號進行更好的探測，此外，也簡化了加工工藝。


圖1為本發明的量子阱紅外焦平面陣列的結構示意圖2為本發明的量子阱紅外焦平面陣列的截面示意圖。
具體實施例方式
以下結合附圖對本發明進行詳細的描述。 實施例1
如附圖1、 2所示，顯示了本發明中的量子阱紅外焦平面陣列的結構圖以及 其截面示意圖。
一種量子阱紅外焦平面陣列，包括襯底5、置於該襯底5正面的由量子阱紅 外探測器單元1組成的量子阱紅外探測器陣列6、置於該襯底5背面的和所述量 子阱紅外探測器單元1——對應的實現探測信號讀出的讀出電路陣列7，所述量子阱紅外探測器陣列6和讀出電路陣列7通過上電極引線3和下電極引線4互 聯；在所述量子阱紅外探測器陣列6中相鄰的量子阱紅外探測器單元1列與列 之間還設有紅外光反射鏡臺2,該紅外光反射鏡臺2為側稜與襯底、量子阱紅外 探測器單元1列均平行放置的底面為等腰直三角形的三稜柱，所述三稜柱上表 面兩個側面和村底夾角均為45°放置，所述兩個側面設有對紅外光有反射性的 鍍層。此外，所述兩個側面設有的對紅外光有反射性的鍍層為金鍍層。該量子 阱紅外探測器單元1包括上歐姆接觸層8、中間的多量子阱層9以及下歐姆接觸 層10,該量子阱紅外探測器單元1的形狀根據需要為圓柱體或長方體。該量子 阱紅外探測器單元為GaAs/AlGaAs量子阱紅外探測器單元，所述村底材質為 GaAs。
其中，圖1中給出了量子阱紅外焦平面陣列中量子阱紅外探測器單元1和 紅外光反射鏡臺2的一種排列方式，在量子阱紅外探測器單元1的列和列之間， 設有直角三稜柱狀的紅外光反射鏡臺2用以將垂直入射的紅外光信號11反射為 傳播方向與量子阱紅外探測器單元1上表面方向平行的紅外光信號，並照射到 量子阱紅外糹冢測器單元1的側面，該量子阱紅外焦平面陣列採耳又正面垂直入射
需要來確定量子阱紅外^t笨測器單元1的個數。
圖2中，給出了兩個相鄰的量子阱紅外探測器單元1列以及置於它們之間 的紅外光反射鏡臺2的位置關係圖，該量子阱紅外探測器單元1包括上歐姆接 觸層8、中間的多量子阱層9以及下歐姆接觸層IO,當紅外光信號ll正面垂直 入射到紅外光反射鏡臺2表面時，被紅外光反射鏡臺2反射到量子阱紅外探測 器單元1的側面，這樣就可以滿足量子力學的選擇定則，使得量子阱紅外探測 器單元l對紅外光信號ll有良好的吸收。同時，由於該量子阱紅外焦平面陣列 採用了正面入射的方式，可以不受襯底5對紅外光信號的影響，從而大大提高 了器件的性能。 實施例2
本發明中的量子阱紅外焦平面陣列的器件工藝流程如下在所述襯底5上採用分子束外延或金屬有機化學氣相生長出整層的上歐姆接觸層8、中間的多量 子阱層9以及下歐姆接觸層10，然後使用光刻膠把將要刻蝕紅外光反射鏡臺2 的區域保護起來，刻蝕出量子阱紅外探測器單元1,緊接著使用光刻膠將已經刻 蝕好的量子阱紅外探測器單元1保護起來，採用原子精確刻蝕例如AsBn幹法刻 蝕的方式完成對紅外光反射鏡臺2的刻蝕，原子精確刻蝕的目的是形成光潔的 反射鏡表面，之後，在紅外光反射鏡臺表面蒸鍍對紅外光能夠良好反射的材料， 例如金鍍層。而上電極引線3和下電極引線4是通過標準的集成電路工藝形成， 最後再通過銦球實現讀出電路陣列7和上電極引線3、下電極引線4的4建合。
以上對本發明所提供的量子阱紅外焦平面陣列及其製作方法進行了詳細介 紹，其中，紅外光反射鏡臺2的結構不局限於三稜柱結構，其上表面也可為兩 個或多個鏡面，只要能使垂直入射的紅外光信號經過一次或多次反射，最後達 到平行入射的效果即可。對於本領域的一般技術人員，依據本發明實施例的思 想，在具體實施方式
及應用範圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容 不應理解為對本發明的限制。
權利要求
1、一種量子阱紅外焦平面陣列，包括襯底(5)、置於該襯底(5)正面的由量子阱紅外探測器單元(1)組成的量子阱紅外探測器陣列(6)、置於該襯底(5)背面的和所述量子阱紅外探測器單元(1)一一對應的實現探測信號讀出的讀出電路陣列(7)，所述量子阱紅外探測器陣列(6)和讀出電路陣列(7)通過上電極引線(3)和下電極引線(4)互聯，其特徵在於在所述量子阱紅外探測器陣列(6)中相鄰的量子阱紅外探測器單元(1)列與列之間還設有紅外光反射鏡臺(2)，該紅外光反射鏡臺(2)能將垂直入射的紅外光信號反射為與所述襯底(5)平行的紅外光信號，且在其上表面設有對紅外光有反射性的鍍層。
2、 根據權利要求l所述的量子阱紅外焦平面陣列，其特徵在於該紅外光 反射鏡臺(2)為側稜與襯底(5)以及量子阱紅外探測器單元(1)列均平行放 置的底面為等腰直三角形的三稜柱，所述三稜柱上表面兩個側面和襯底(5)夾 角均為45°放置。
3、 根據權利要求l所述的量子阱紅外焦平面陣列，其特徵在於所述兩個 側面設有的對紅外光有反射性的鍍層為金鍍層。
4、 根據權利要求l所述的量子阱紅外焦平面陣列，其特徵在於該量子阱 紅外探測器單元(1)包括上歐姆接觸層(8)、中間的多量子阱層(9)以及下 歐姆接觸層(10),該量子阱紅外探測器單元(1)形狀為圓柱體或長方體。
5、 根據權利要求l所述的量子阱紅外焦平面陣列，其特徵在於該量子阱 紅外探測器單元(1 )為GaAs/AlGaAs量子阱紅外探測器單元。
6、 根據權利要求1所述的量子阱紅外焦平面陣列，其特徵在於所述襯底 (5)材質為GaAs。
7、 一種量子阱紅外焦平面陣列的製作方法，其特徵在於在所述襯底(5) 上採用分子束外延或金屬有機化學氣相生長出整層的上歐姆接觸層(8)、中間 的多量子阱層(9)以及下歐姆接觸層(10);使用光刻膠把將要刻蝕紅外光反射鏡臺(2)的區域保護起來，刻蝕出量子 阱紅外探測器單元(1);使用光刻膠將已經刻蝕好的量子阱紅外探測器單元(1)保護起來，採用原 子精確刻蝕的方式完成對紅外光反射鏡臺(2)的刻蝕；在紅外光反射鏡臺(2)表面蒸鍍對紅外光能夠良好反射的材料；使用標準集成電路工藝製作上電極引線(3)和下電極引線(4);通過銦球實現讀出電路陣列(7)和上電極引線(3)、下電極引線(4)的 鍵合。
8、 根據權利要求7所述的量子阱紅外焦平面陣列的製作方法，其特徵在於 所述原子精確刻蝕為AsBr3幹法刻蝕。
9、 根據權利要求7所述的量子阱紅外焦平面陣列的製作方法，其特徵在於 所述對紅外光有反射性的鍍層為金鍍層。
全文摘要
本發明公開了一種量子阱紅外焦平面陣列，其包括襯底、置於該襯底正面的由量子阱紅外探測器單元組成的量子阱紅外探測器陣列、置於該襯底背面的讀出電路陣列，所述量子阱紅外探測器陣列和背面讀出電路陣列通過上電極引線和下電極引線互聯，在所述量子阱紅外探測器陣列中相鄰的量子阱紅外探測器單元列與列之間還設有紅外光反射鏡臺。本發明利用在量子阱紅外焦平面陣列中所設計的紅外光反射鏡臺，將垂直入射的紅外光信號反射為與量子阱紅外探測器單元上表面平行的紅外光信號。本發明同時公開了一種量子阱紅外焦平面陣列的製作方法。本發明的量子阱紅外焦平面陣列採用正面入射方式實現紅外光信號的探測，能有效吸收紅外光信號、加工工藝簡便。
文檔編號H01L25/16GK101635295SQ20091004187
公開日2010年1月27日 申請日期2009年8月14日 優先權日2009年8月14日
發明者魯 孫, 灝 江 申請人:中山大學