通訊用雪崩光電二極管及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種通訊用雪崩光電二極管及其制備方法，所述雪崩光電二極管的外延結(jié)構(gòu)由底層向上具體包括：半絕緣InP襯底、n型分布反饋反射層、n?InP電阻接觸層、i?InGaAs吸收層、n?InGaAsP漸變層、n?InP控制層、i?InP倍增層、p?InP窗口層、重?fù)诫sp?InGaAs電阻接觸層和抗反射介質(zhì)層，其中，所述雪崩光電二極管為通過(guò)光刻和刻蝕技術(shù)形成臺(tái)面結(jié)構(gòu)的垂直型正入射雪崩光電二極管。本發(fā)明通訊用雪崩光電二極管在滿(mǎn)足高響應(yīng)度的同時(shí)實(shí)現(xiàn)容易制造、耗電低、穩(wěn)定性高的性能。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
通訊用雪崩光電二極管及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種通訊用雪崩光電二極管，尤其涉及一種高響應(yīng)度雪崩光電二極管。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著網(wǎng)絡(luò)信息產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展壯大，城區(qū)與城區(qū)之間的通訊更加緊密，意味著要實(shí)現(xiàn)遙遠(yuǎn)城區(qū)之間的通訊以及長(zhǎng)途信息傳輸，因此需要不斷提高現(xiàn)有的光傳輸速率。如今，高速率的光接收機(jī)有兩種，一種為PIN光電二極管，另一種為雪崩光電二極管(APD)，相較于PIN原理而言，APD是一種具有內(nèi)部光電流增益的半導(dǎo)體光電子器件，它應(yīng)用光生載流子在耗盡層內(nèi)的碰撞電離效應(yīng)而獲得光電流的雪崩倍增效應(yīng)。因此，APD在2.5Gb/s和lOGb/s的接收速率較PIN分別高出7dB、5-6dB。
[0003]然而光通信系統(tǒng)速率的不斷提高，Aro的量子效率與帶寬之間的矛盾變得明顯。為了提高雪崩光電二極管的頻率響應(yīng)，需要減小吸收層的厚度，但吸收層厚度的減薄將會(huì)降低雪崩光電二極管的外量子效率，即降低了探測(cè)器的響應(yīng)度，從而影響雪崩光電二極管的探測(cè)靈敏度。因此，制備具有高響應(yīng)度的高速雪崩光電二極管變得尤為重要。
[0004]為了制得具有高響應(yīng)度的高速雪崩光電二極管，申請(qǐng)?zhí)枮?01510547504的中國(guó)專(zhuān)利提出一種采用背入射方式的雪崩光電二極管，通過(guò)襯底剝離技術(shù)，實(shí)現(xiàn)功能層與襯底的分離，削減了襯底對(duì)入射光的吸收，采用增透膜和高反射率金屬層相結(jié)合的方法，提高入射光的利用率。然而，背入射式雪崩光電二極管的產(chǎn)量相對(duì)較低，因?yàn)?，通常許多工序是在基板被淹沒(méi)變薄之后在APD本體的背面執(zhí)行的。此外，背入射式ATO封裝成本相對(duì)較高。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)提供了另外一種側(cè)面入射式的雪崩光電二極管，其主要是讓光從側(cè)面耦合到雪崩光電二極管的波導(dǎo)中，利用漸變波導(dǎo)將光耦合進(jìn)雪崩光電二極管的吸收層，使光在吸收層中橫向傳播，提高了光吸收長(zhǎng)度。但由于生長(zhǎng)波導(dǎo)的工藝的復(fù)雜性，不僅生長(zhǎng)成本高，而且需要精確控制每一步步驟。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)還提出將有源器件結(jié)構(gòu)置于兩個(gè)1/4波長(zhǎng)薄膜堆棧構(gòu)成的分布布拉格反射鏡中間，符合諧振條件的光線(xiàn)在腔內(nèi)可以多次反射，增加吸收長(zhǎng)度，這樣就能在減薄吸收層厚度的同時(shí)得到較高的響應(yīng)度，但這樣做的成本不僅較高，同時(shí)由于分布布拉格反射鏡的加入導(dǎo)致芯片電阻變大，增大了電路時(shí)間常數(shù)RC，影響芯片響應(yīng)帶寬。此外，分布布拉格反射鏡兼具電流通道時(shí)，所產(chǎn)生的焦耳熱將影響DBR的反射特性和芯片的可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種通訊用雪崩光電二極管及其制備方法，旨在用于解決現(xiàn)有的高響應(yīng)度的雪崩光電二極管制造困難、成本高、穩(wěn)定性低的問(wèn)題。
[0008]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的:
本發(fā)明提供一種通訊用雪崩光電二極管，其特征在于，所述雪崩光電二極管的外延結(jié)構(gòu)由底層向上具體包括:半絕緣InP襯底、η型分布反饋反射層、n-1nP電阻接觸層、1-1nGaAs吸收層、n-1nGaAsP漸變層、n-1nP控制層、1-1nP倍增層、p-1nP窗口層、重?fù)诫sp-1nGaAs電阻接觸層和抗反射介質(zhì)層，其中，所述雪崩光電二極管為通過(guò)光刻和刻蝕技術(shù)形成臺(tái)面結(jié)構(gòu)的垂直型正入射雪崩光電二極管。
[0009]進(jìn)一步地，所述臺(tái)面結(jié)構(gòu)為從p-1nP窗口層刻蝕至n-1nP電阻接觸層形成。
[0010]本發(fā)明還提供一種通訊用雪崩光電二極管的制備方法，包括以下步驟:
(1)生長(zhǎng)外延片，包括在半絕緣InP襯底上生長(zhǎng)η型分布反饋反射層，隨后在其上依次生長(zhǎng)n-1nP電阻接觸層、1-1nGaAs吸收層、n-1nGaAsP漸變層、n-1nP控制層、1-1nP倍增層、ρ-1nP窗口層、重?fù)诫sp-1nGaAs電阻接觸層和抗反射介質(zhì)層；
(2)從p-1nP窗口層至n-1nP電阻接觸層刻蝕臺(tái)面結(jié)構(gòu)；
(3)在外延片表面及側(cè)壁形成鈍化層；
(4)利用沉積、光刻和刻蝕技術(shù)在P-1nGaAs電阻接觸層上制備光學(xué)增透膜并圖形化，為電極制備做準(zhǔn)備；
(5)在n-1nP電阻接觸層和p-1nGaAs電阻接觸層上形成金屬層，并分別制備η型電極和P型電極并退火形成良好的歐姆接觸。
[0011 ] 進(jìn)一步地，所述η型分布反饋反射層的材料為InGaAsP/InP或者GaAs/AlAs或者1]10.26&0.8八8/1110.8八10.2八3或者八16&111八8/八10.481110.52八80
[0012]進(jìn)一步地，所述η型分布反饋反射層的對(duì)數(shù)在5-15對(duì)之間。
[0013]進(jìn)一步地，所述臺(tái)面結(jié)構(gòu)的底部在n-1nP電阻接觸層和1-1nGaAs吸收層的交接處。
[0014]進(jìn)一步地，所述鈍化層采用低介電常數(shù)的聚合物材料。
[0015]進(jìn)一步地，所述鈍化層采用的聚合物材料為甲基環(huán)戊烯醇酮或者聚亞酰胺。
[0016]進(jìn)一步地，圖形化的光學(xué)增透膜的直徑在30微米-42微米之間。
[0017]進(jìn)一步地，所述η型電極材料采用Ti/Pd/Au，p型電極材料采用Au/Zn。
[0018]本發(fā)明具有以下有益效果:
本發(fā)明通訊用雪崩光電二極管將η型分布反饋反射層置于n-1nP電阻接觸層之下，使得η型分布反饋反射層不作電流通道，減小了芯片電阻，從而減小電路時(shí)間常數(shù)，同時(shí)也避免其電阻的焦耳熱影響分布反饋布拉格反射鏡的反射性能和芯片的可靠性，在滿(mǎn)足高響應(yīng)度的同時(shí)實(shí)現(xiàn)雪崩光電二極管容易制造、耗電低、穩(wěn)定性高的性能。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種通訊用雪崩光電二極管的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0021]如圖1，本發(fā)明實(shí)施例提供一種通訊用雪崩光電二極管，所述雪崩光電二極管的外延結(jié)構(gòu)由底層向上具體包括:半絕緣InP襯底、η型分布反饋反射層、n-1nP電阻接觸層、i_InGaAs吸收層、n-1nGaAsP漸變層、n-1nP控制層、1-1nP倍增層、p-1nP窗口層、重?fù)诫sp_InGaAs電阻接觸層和抗反射介質(zhì)層，其中，所述雪崩光電二極管為通過(guò)光刻和刻蝕技術(shù)形成臺(tái)面結(jié)構(gòu)的垂直型正入射雪崩光電二極管。所述臺(tái)面結(jié)構(gòu)為從P-1nP窗口層刻蝕至n-1nP電阻接觸層形成。將η型分布反饋反射層置于n-1nP電阻接觸層之下，使得η型分布反饋反射層不作電流通道，減小了芯片電阻，從而減小電路時(shí)間常數(shù)，同時(shí)也避免其電阻的焦耳熱影響η型分布反饋反射層的反射性能和芯片的可靠性。
[0022]本發(fā)明實(shí)施例還提供一種通訊用雪崩光電二極管的制備方法，包括以下步驟:
(1)生長(zhǎng)外延片，包括在半絕緣InP襯底上生長(zhǎng)η型分布反饋反射層，隨后在其上依次生長(zhǎng)n-1nP電阻接觸層、1-1nGaAs吸收層、n-1nGaAsP漸變層、n-1nP控制層、1-1nP倍增層、ρ-1nP窗口層、重?fù)诫sp-1nGaAs電阻接觸層和抗反射介質(zhì)層；
(2)從p-1nP窗口層至n-1nP電阻接觸層刻蝕臺(tái)面結(jié)構(gòu)；
(3)在外延片表面及側(cè)壁形成鈍化層；
(4)利用沉積、光刻和刻蝕技術(shù)在P-1nGaAs電阻接觸層上制備光學(xué)增透膜并圖形化，為電極制備做準(zhǔn)備；
(5)在n-1nP電阻接觸層和p-1nGaAs電阻接觸層上形成金屬層，并分別制備η型電極和P型電極并退火形成良好的歐姆接觸。
[0023]其中，所述η型分布反饋反射層的材料為InGaAsP/InP或者GaAs/AlAs或者1]10.263().848/111().841().243或者4]^11^8/^1().48111().5248，所述11型分布反饋反射層的對(duì)數(shù)在5-15對(duì)之間。所述臺(tái)面結(jié)構(gòu)的底部在n-1nP電阻接觸層和1-1nGaAs吸收層的交接處。所述鈍化層采用低介電常數(shù)的聚合物材料，優(yōu)選為為甲基環(huán)戊烯醇酮或者聚亞酰胺。所述光學(xué)增透膜采用SiNX增透膜，圖形化的光學(xué)增透膜的直徑在30微米-42微米之間。所述η型電極材料采用Ti/Pd/Au，p型電極材料采用Au/Zn。
[0024]外延片生長(zhǎng)完成之后，干法濕法刻蝕外延片至露出1-1nGaAs吸收層與n-1nP電阻接觸層交接處為止。隨后，在外延片表面及側(cè)壁涂覆一層具有低介電常數(shù)的聚合物薄膜作為鈍化膜。利用PECVD(等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法)在臺(tái)面結(jié)構(gòu)上生長(zhǎng)SiNX增透膜，利用掩膜版并通過(guò)光刻工藝將SiNX增透膜非光敏面處的氮化硅刻蝕掉，使p-1nGaAs電極接觸環(huán)和n-1nP電極接觸環(huán)露出。首先利用光刻在光刻膠層露出p-1nGaAs電極接觸環(huán)，蒸鍍Au/Zn作為金屬P型電極，隨后再次利用光刻在光刻膠處露出n-1nP電極接觸環(huán)，蒸鍍Ti/Pt/Au作為η型電極，在一定溫度下快速熱退火形成歐姆接觸。最后劃片進(jìn)行器件性能測(cè)試。
[0025]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種通訊用雪崩光電二極管，其特征在于，所述雪崩光電二極管的外延結(jié)構(gòu)由底層向上具體包括:半絕緣InP襯底、η型分布反饋反射層、η-ΙηΡ電阻接觸層、i_InGaAs吸收層、n-1nGaAsP漸變層、n-1nP控制層、1-1nP倍增層、p-1nP窗口層、重?fù)诫sp-1nGaAs電阻接觸層和抗反射介質(zhì)層，其中，所述雪崩光電二極管為通過(guò)光刻和刻蝕技術(shù)形成臺(tái)面結(jié)構(gòu)的垂直型正入射雪崩光電二極管。2.如權(quán)利要求1所述的通訊用雪崩光電二極管，其特征在于:所述臺(tái)面結(jié)構(gòu)為從P-1nP窗口層刻蝕至n-1nP電阻接觸層形成。3.—種通訊用雪崩光電二極管的制備方法，包括以下步驟: (1)生長(zhǎng)外延片，包括在半絕緣InP襯底上生長(zhǎng)η型分布反饋反射層，隨后在其上依次生長(zhǎng)n-1nP電阻接觸層、1-1nGaAs吸收層、n-1nGaAsP漸變層、n-1nP控制層、1-1nP倍增層、ρ-1nP窗口層、重?fù)诫sp-1nGaAs電阻接觸層和抗反射介質(zhì)層； (2)從p-1nP窗口層至n-1nP電阻接觸層刻蝕臺(tái)面結(jié)構(gòu)； (3)在外延片表面及側(cè)壁形成鈍化層； (4)利用沉積、光刻和刻蝕技術(shù)在P-1nGaAs電阻接觸層上制備光學(xué)增透膜并圖形化，為電極制備做準(zhǔn)備； (5)在n-1nP電阻接觸層和p-1nGaAs電阻接觸層上形成金屬層，并分別制備η型電極和P型電極并退火形成良好的歐姆接觸。4.如權(quán)利要求3所述的通訊用雪崩光電二極管的制備方法，其特征在于:所述η型分布反饋反射層的材料為InGaAsP/InP或者GaAs/AlAs或者InuGa0.8As/In0.8Al().2AS或者AlGaInAs/Al0.48ln0.52As05.如權(quán)利要求3所述的通訊用雪崩光電二極管的制備方法，其特征在于:所述η型分布反饋反射層的對(duì)數(shù)在5-15對(duì)之間。6.如權(quán)利要求3所述的通訊用雪崩光電二極管的制備方法，其特征在于:所述臺(tái)面結(jié)構(gòu)的底部在n-1nP電阻接觸層和1-1nGaAs吸收層的交接處。7.如權(quán)利要求3所述的通訊用雪崩光電二極管的制備方法，其特征在于:所述鈍化層采用低介電常數(shù)的聚合物材料。8.如權(quán)利要求7所述的通訊用雪崩光電二極管的制備方法，其特征在于:所述鈍化層采用的聚合物材料為甲基環(huán)戊烯醇酮或者聚亞酰胺。9.如權(quán)利要求3所述的通訊用雪崩光電二極管的制備方法，其特征在于:圖形化的光學(xué)增透膜的直徑在30微米-42微米之間。10.如權(quán)利要求3所述的通訊用雪崩光電二極管的制備方法，其特征在于:所述η型電極材料采用Ti/Pd/Au，p型電極材料采用Au/Zn。
【文檔編號(hào)】H01L31/107GK106098836SQ201610691962
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年8月19日 公開(kāi)號(hào)201610691962.5, CN 106098836 A, CN 106098836A, CN 201610691962, CN-A-106098836, CN106098836 A, CN106098836A, CN201610691962, CN201610691962.5
【發(fā)明人】劉思思, 郭明瑋
【申請(qǐng)人】武漢華工正源光子技術(shù)有限公司