下入光式红外传感器元件及其制造方法与流程

技术特征：
1.一种下入光式红外传感器元件，所述下入光式红外传感器元件包括：至少一个化合物半导体叠层，所述至少一个化合物半导体叠层能够检测波长大于等于1微米的红外线并输出表示该检测的电信号；含有ic电路的基板，所述ic电路对从所述至少一个化合物半导体叠层输出的电信号进行处理并进行运算以获得检测结果；粘结层，所述粘结层将至少一个化合物半导体叠层键合到含有ic电路的基板上；其中，所述至少一个化合物半导体叠层的电极与ic电路的引线端电连接，所述基板上设置有至少一个光学窗以允许入射光穿过进入到至少一个化合物半导体叠层中。2.根据权利要求1所述的下入光式红外传感器元件，其中，所述至少一个化合物半导体叠层中的一个化合物半导体叠层从上至下依次包括：p型电极、p型电极欧姆接触及电流导通层、载流子阻挡层、p
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n或p
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n型光子吸收层、n型电极欧姆接触及电流导通层和在n型电极欧姆接触及电流导通层上设置的n型电极。3.根据权利要求2所述的下入光式红外传感器元件，其中，所述n型电极欧姆接触及电流导通层包括叠置在一起的第一n型电极欧姆接触及电流导通层和第二n型电极欧姆接触及电流导通层，所述第二n型电极欧姆接触及电流导通层的尺寸大于第一n型电极欧姆接触及电流导通层，所述第二n型电极欧姆接触及电流导通层未被第一n型电极欧姆接触及电流导通层的部分上设置有n型电极；所述n型电极与ic电路的负极引线端的电连接以及所述p型电极与ic电路的正极引线端的电连接通过金属打线连接或通过光刻形成的多层金属互连线连接。4.根据权利要求3所述的下入光式红外传感器元件，其中，所述p型电极包括au、ge、ni、ti、cr、cu或它们的合金形成的金属电极；所述p型电极欧姆接触及电流导通层是p型重掺杂的包含ga、al、in、sb或as的化合物半导体膜；所述载流子阻挡层包括p型掺杂的包含ga、al、in、sb或as的化合物半导体膜；所述光子吸收层包括p
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n或p
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n型轻掺杂的insb、gaas、inas、ingaas、gaassb或ingap化合物半导体膜；所述第一n型电极欧姆接触及电流导通层和第二n型电极欧姆接触及电流导通层包括n型重掺杂的insb、gaas、inas、ingaas、gaassb或ingap化合物半导体膜；所述n型电极包括au、ge、ni、ti、cr、cu或它们的合金形成的金属电极。5.根据权利要求4所述的下入光式红外传感器元件，其中，所述至少一个化合物半导体叠层由以下步骤制造得到：在半导体单晶衬底上异质依次外延生长多个化合物半导体膜，分别形成含有晶格缓冲牺牲层的p型电极欧姆接触及电流导通层、载流子阻挡层、p
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n或p
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n型光子吸收层、第一n型电极欧姆接触及电流导通层和第二n型电极欧姆接触及电流导通层；在第二n型电极欧姆接触及电流导通层和基板的至少一个上涂覆粘结层，并且通过粘结层将它们面对面键合在一起；选择性移除半导体单晶衬底和p型电极欧姆接触及电流导通层中的晶格缓冲牺牲层，其中，所述半导体单晶衬底采用gaas、inp、gan或si单晶衬底，所述化合物半导体膜包括insb、gaas、inas、ingaas、inalsb、gaassb或ingap，所述粘结层包括氮化硅膜、氧化硅膜、
氧化铝膜、氮氧化硅膜、环氧树脂、硅胶、二氧化硅和聚酰亚胺膜中的任一种。6.根据权利要求5所述的下入光式红外传感器元件，其中，仅移除半导体单晶衬底之后p型电极欧姆接触及电流导通层的迁移率大于40000cm2/vs，所述p型电极欧姆接触及电流导通层的厚度为500nm
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10μm；同时移除半导体单晶衬底和p型电极欧姆接触及电流导通层中晶体质量较差的晶格缓冲牺牲层，p型电极欧姆接触及电流导通层的迁移率大于50000cm2/vs且小于78000cm2/vs，所述p型电极欧姆接触及电流导通层的厚度为100nm
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9μm；p
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n或p
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n型光子吸收层的面缺陷密度小于等于10
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100/cm2。7.根据权利要求1
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6中任一项所述的下入光式红外传感器元件，其中，所述下入光式红外传感器元件还包括用于覆盖化合物半导体叠层的保护层，但是至少暴露出n型电极和p型电极的一部分；所述保护层包括氮化硅膜、氧化硅膜、氧化铝膜、氮氧化硅膜、环氧树脂、硅胶、二氧化硅和聚酰亚胺膜中的任一种。8.根据权利要求1
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6中任一项所述的下入光式红外传感器元件，其中，所述含有ic电路的基板是刚性的或柔性的，所述基板包括含有ic电路的si基晶圆、石英衬底、氧化铝衬底、氮化铝衬底、聚酰亚胺柔性衬底中的任一种。9.根据权利要求1
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6中任一项所述的下入光式红外传感器元件，其中，所述至少一个化合物半导体叠层以面阵列、线阵列或四象限的形式布置在基板上。10.一种制造根据权利要求1
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9中任一项所述的下入光式红外传感器元件的方法，所述方法包括：制造至少一个化合物半导体叠层，所述至少一个化合物半导体叠层能够检测波长大于等于1微米的红外线并输出表示该检测的电信号；提供含有ic电路的基板，所述ic电路对从所述至少一个化合物半导体叠层输出的电信号进行处理并进行运算以获得检测结果；设置粘结层将至少一个化合物半导体叠层键合到含有ic电路的基板上；其中，所述至少一个化合物半导体叠层的电极与ic电路的引线端电连接，所述基板上设置有至少一个光学窗以允许入射光穿过进入到至少一个化合物半导体叠层中。

技术总结
本发明的实施例公开了一种下入光式红外传感器元件及其制造方法，所述下入光式红外传感器元件包括至少一个化合物半导体叠层，能够检测波长大于等于1微米的红外线并输出表示该检测的电信号；含有IC电路的基板，所述IC电路对从半导体叠层输出的电信号进行处理并进行运算以获得检测结果；粘结层，所述粘结层将至少一个化合物半导体叠层键合到含有IC电路的基板上。所述至少一个化合物半导体叠层的电极与IC电路的引线端电连接，所述基板上设置有至少一个光学窗以允许入射光穿过进入到至少一个化合物半导体叠层中。本发明属于半导体技术领域。下入光式红外传感器元件可在室温下工作，不易受暗电流、电磁噪声以及热波动的影响，且结构紧凑。且结构紧凑。且结构紧凑。


技术研发人员：朱忻
受保护的技术使用者：苏州矩阵光电有限公司
技术研发日：2021.08.10
技术公布日：2021/11/9