InP晶圆背面减薄工艺中翘曲度的控制与矫正

背面减薄是制备InP基光电子芯片的一道重要工艺。晶圆被减薄后失去结构支撑,会因应力作用产生剧烈形变,翘曲度大幅提高。严重的翘曲会使芯片可靠性降低甚至失效,应对晶圆的翘曲度进行控制和矫正。文章从“损伤层-翘曲度”理论出发,实验研究了晶圆厚度、粘片方式、研磨压力、磨盘转速、磨料粒径对翘曲度的影响。根据试验结果优化工艺参量,优化后晶圆的翘曲度降低了约20%;再通过湿法腐蚀去除损伤层,矫正已产生的翘曲,使晶圆的翘曲度降低约90%。优化减薄工艺降低损伤应力与湿法腐蚀去除损伤层分别是控制和矫正晶圆翘曲度的适用方法,可使翘曲度下降至之前的10%以内。     

级联倍增InAlAs/InAlGaAs雪崩光电二极管暗电流成分分析

实验制备了级联倍增InAlAs/InAlGaAs雪崩光电二极管,对二极管暗电流随台面直径和温度的变化进行了研究分析。结合暗电流函数模型,利用Matlab软件对暗电流的各成分进行了数值计算,并仿真研究了芯片结构的缺陷浓度Nt和表面复合速率S对暗电流的影响。结果表明,二极管暗电流主要来自于体暗电流,而非表面漏电流。在工作点偏压90V处,受缺陷影响的缺陷辅助隧穿电流Itat在暗电流中占据了主导,并推算出了芯片结构的缺陷浓度Nt约为1019 m-3、吸收区中的缺陷浓度NInGaAs约为7×1015 m-3。由于芯片结构的缺陷主要来源于InAlAs/InAlGaAs倍增区和InGaAs吸收区,而吸收区缺陷占比很少,因此认为缺陷主要来自于异质结InAlAs/InAlGaAs倍增区。     

失配异质结构InGaAs/InP的MOCVD生长

基于延展波长(截止波长2.2μm)InGaAs-PIN光电探测器进行了失配异质结构InxGa1-xAs(x=0.72)/InP的MOCVD外延生长研究。采用宽带隙组分梯度渐变的InAlAs作为缓冲层和顶层,通过生长优化,获得了满足器件要求的外延材料。     

InGaAs四象限探测器

采用InP/InGaAs/InP双异质结结构研制了对人眼安全的1.54～1.57 μm InGaAs四象限探测器.对器件结构设计和材料选择进行了讨论.在对响应时间、象限串扰、暗电流和响应度等参数进行计算与分析的基础上,优化了器件结构参数.实验结果表明,器件响应度达到0.90 A/W,响应时间为2 ns,暗电流低于5 nA,象限串扰达到1%(象限间隔20 μm),象限均匀性为4%.     

一种可见光波长拓展型InGaAs焦平面探测器

背照结构的InGaAs焦平面器件,受其衬底InP的阻挡,对可见光无响应.针对宽光谱探测的应用需求,研制了 一种像元间距为25 μm、阵列规模为640×512的InGaAs焦平面探测器.通过在倒焊互连工艺后,对器件进行干法、湿法相结合的减薄抛光工艺,所得探测器阵列(PDA)芯片最终保留厚度约5 μm,实现了对400～1 700 nm光谱范围内可见光和短波红外光的同时响应,峰值探测率高于8×1012 cm·Hz1/2·W-1,峰值外量子效率超过85％,响应非均匀性优于6％,器件成像效果良好.     

(113)B和(100)面InAs/GaAs量子点光致发光光谱特性研究

利用分子束外延技术在(100)和(113)B GaAs衬底上进行了有/无AlAs盖帽层量子点的生长,测量了其在4～100 K温度区间的PL光谱。通过对PL光谱的积分强度、峰值能量和半高宽进行分析进而研究载流子的热传输特性。无AlAs盖帽层的(113)B面量子点的PL光谱的热淬灭现象可以由载流子极易从量子点向浸润层逃逸来解释。然而,有AlAs盖帽层的(113)B量子点的PL热淬灭主要是由于载流子进入了量子点与势垒或者浸润层界面中的非辐射中心引起的。并且其PL的温度依存性与利用Varshni定律计算的体材料InAs的温度依存性吻合很好,表明载流子通过浸润层进行传输受到了抑制,由于AlAs引起的相分离机制(113)B量子点的浸润层已经消失或者减小了。(100)面有AlAs盖帽层的PL半高宽的温度依存性与无AlAs盖帽层的量子点大致相同,表明在相同外延条件下相分离机制在(100)面上不如(113)B面显著。     

100 mm InP晶圆临时键合解键合工艺技术

InP基阵列近红外焦平面探测器的研发是近年来的热点，其器件性能的提升主要依赖于化合物半导体InP芯片的工艺优化。针对超薄InP晶圆在减薄抛光工艺过程中容易出现的形变、碎裂、损伤等问题，设计了一种临时键合及解键合工艺技术。结果表明，该技术成功实现了表面具有微观结构的超薄100 mm(4英寸)InP晶圆的临时键合及解键合，有效解决了减薄生产中碎片的问题，对芯片工艺优化具有重要的指导意义。