CN101350378A - 具有横向扩散结的台面型光电探测器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种稳定的具有横向扩散结的台面型光电探测器。本发明发现，不需要采用复杂的再生长方法，可以将简单的锌(Zn)扩散过程用来在暴露的主表面(critical surface)产生高质量的半导体结界面，或者用于断开窄带隙光子吸收层。本发明把在蚀刻台面沟槽或蚀刻台面阶周围或附近的外延材料层通过杂质扩散过程转变成不同的掺杂剂类型。优选地，扩散表面也是钝化表面。本发明还可以设置顶部照射或底部照射结构。
Description
技术领域
[01]本发明涉及一种台面型(mesa-type)PIN光电二极管，其具有在台面沟槽内或附近处的附加的掺杂扩散，以断开敏感的窄带隙吸收层，同时，本发明涉及一种制造台面型PIN光电二极管的方法，用以提高吸收层钝化的可靠性。
发明背景
[02]台面型光电二极管具有优越于平面雪崩光电二极管(APD)的许多优点，包括降低的电容和提高的能带。然而，台面型光电二极管可靠性差。这主要是由于其结构将敏感的窄带隙吸收层暴露于外部材料，如空气，氮化硅(SiN)，或是其它杂质。
[03]在台面型PIN光电探测器的蚀刻侧壁上暴露的窄带隙光子吸收层，极大地影响几乎所有材料系统的可靠性，尤其是对于持久高数据传输率链路的主要采用的器件InP/InGaAs PIN光电二极管(PDs)。以绝缘材料涂层形式的钝化被用以密封台面壁，从而提供可靠操作所需的稳定且低的暗电流，并且用以形成在其上镀键合点的绝缘层。尽管在发展表面钝化技术上已投入很多努力来降低表面缺陷和陷阱，基于台面型的PIN PD还是不能表现出令人满意的性能，而无法通过严格的Telcordia老化测试。
[04]然而，在许多情况下，基于台面型的PIN PD设计是优选的构造，例如用于高速PINPD阵列，其中，为减少相邻器件间的串话(crosstalk noise)，要求使用半绝缘(S.I.)衬底。由于其较低的寄生电容(parasitic capacitance)，一些更高速的应用也要求基于台面型的PIN PD设计，以便得到更高的带宽。
[05]传统的用于断开PIN光电探测器的可靠性敏感的窄能隙(reliability-sensitivenarrow-bandgap)光子吸收层的方法，通常为下列三种方法之一。第一种，仅在晶圆(wafer)切割或分裂成芯片时，带隙层才暴露于空气，即在晶片加工期间，在芯片区没有形成蚀刻的沟槽或台面。在芯片区内的任意位置处无蚀刻、注入或是扩散情况下，该可靠性敏感窄带隙光子吸收层延伸到该芯片的边缘。大多数一个顶接触(one-top-contact)的扩散PIN广泛地通过这种方式被制造。窄带隙光子吸收层在整个器件区保持它的完整性。大多数一个顶接触的(无n-阱)InP/InGaAsAPD也以这种方式制造，例如JDSU的美国专利6,515,315。对于InAlAs/InGaAs APD，这里有两个示例属于该方法。第一个例子来自三菱(Mitsubishi)：OFC 2007 paper OthG2；PTL-18，p.76(2006)；PTL-18，p.1264(2006)；以及Opt.Comm.2005。另一个例子来自Multiplex：美国专利号7,105,369和美国专利号6,756,613。但该方法不包括台面型PD。
[6]第二种方法中，在沟槽或台面蚀刻期间，边缘表面暴露于空气，但是接下来，该暴露的表面将通过一个或多个下列技术钝化：(a)外延再生长；(b)等离子体增强化学气相沉积(PECVD)或是溅射介质薄膜(sputtering dielectric film(s))，例如SiNx或SiO2，或旋转涂布(spin-on)聚酰亚胺或双苯并环丁烯(BCB)膜。现有技术中使用外延再生长的一些例子包括下列专利：Opnext的美国专利号6,800,914；Mitsubishi的美国专利申请号：2005/0025443和美国专利申请号2005/0047743；TriQuint的美国专利号6,706,542；Sunitomo的美国专利5,712,504和HP的Joural of Quantum Electronics 34，p.2321(1998)，美国专利号5,610,416，美国专利号5,843,804，美国专利号5,866,936。介电或BCB/聚酰亚胺钝化用于大多数的两个顶接触(two-top-contact)的台面型PIN或是APD，包括实验室设计和商业产品。用于InAlAs/InGaAs APD的四个例子有：Picometrix的OFC 2005paper OFM5；PTL-18，p.1898(2006)和美国专利申请号2004/0251483；Mitsubishi的美国专利号US 7,187,013以及美国专利号US 7,038,251；Hitachi的美国专利US 5,543,629；以及NEC的PTL-10，p.576(1998)，PTL-8，p.824(1996)，和PTL-3，1115(1991)。用于外延再生长的附加的步骤极大地增加了光电二极管制造的复杂性及成本。单独使用介电膜或是BCB已表明其性能对于减少暗电流的不一致性，且不足以满足data-com以及telecom的老化要求。
[07]第三种方法包括在平面(台面)表面内或蚀刻的沟槽内通过离子注入而进行钝化。现有技术中使用该技术的例子包括：Mitsubishi的美国专利申请号2005/0224839，美国专利号US 7,038,251，美国专利号US 7,187,013以及美国专利申请号2005/0230706；Picometrix的美国专利申请号2004/0251483，美国专利申请号2005/0156192；NEC的JLT-18，p.2200(2000)；PTL-9，p.1619(1997)；PTL-8，p.827(1996)；以及美国专利号US6,229,162；和OCP的美国专利号US 6,753,214。
[08]美国专利申请号2005/0224839公开了一种蚀刻的环形沟槽，其环绕在倍增层的具有Ti注入和Zn扩散的p-n结周围。这种结构用于移除p-型特征并且用作一种保护环。美国专利号7,187,013也要求一种蚀刻的沟槽环。附加的表面钝化以在沟槽表面上的AR涂层的形式被使用。美国专利申请号2005/0156192抛弃了之前的这些设计。“现有的雪崩光电二极管具有蚀刻的绝缘环，其被向下蚀刻，从而暴露高场雪崩区的顶部，接着由钛深注入从而进一步隔离该高场区。然后通过锌(Zinc)扩散来接触p-型半导体区。这是非常复杂的结构，对蚀刻及注入步骤要求非常严苛。尽管如此，仍认为这种雪崩光电二极管的寿命比其标准的平面型光电二极管寿命短10倍，因此不足以用于通信使用中”。美国专利申请号2005/0156192接着公开了一种由湿式氧化和随后的BCB、SiO2、SiN等的表面钝化所形成的“迷你台面”的钝化侧区。但这类钝化仅适用于含Al材料。
[9]现有技术所有这些实践中，只有扩散产生的场断开和表面钝化结合在一起才可以表现出令人满意的可靠性能，从而满足data-com和telecom的需要。期望找到一种这样的钝化组合方法，而无需增加复杂性及成本。
[10]因此，仍然非常期待，在不增加昂贵的附加处理步骤的情况下，有一种产生蚀刻的台面型PD表面的可靠的钝化方法。
[11]可以提供平面型PD的可靠性的台面型PD同样也是非常期待的。
发明内容
[12]本发明发现，不需要采用复杂的再生长方法，可以将简单的锌(Zn)扩散过程用来在暴露的主表面(critical surface)产生高质量的半导体结界面，或者用于断开窄带隙光子吸收层。本发明的关键在于：把在蚀刻台面沟槽或蚀刻台面阶周围或附近的外延材料层通过杂质扩散过程转变成不同的掺杂剂类型。众所周知，与采用介电膜和/或双苯并环丁烯(BCB)/聚酰亚胺(polyimide)传统的钝化方法相比，所得到的横向扩散p-n结界面具有优越得多的可靠性，例如，特别是对于基于In(Al)GaAs/磷化铟(InP)的材料系统。
[13]本发明既可以适用于顶部照射结构也可以适用于底部照射结构。对于底部照射方案，在衬底表面上可以有蚀刻透镜，用以促使光线耦合进该器件区域，并且在外延层表面上设置金属或介电反射器以提高响应率(responsivity)。对于顶部照射结构的情况，也可以在外延层堆的底部生长有分布布拉格(DBR)反射镜堆以提高响应率。
[14]相应地，本发明的一个目的是提供台面型PIN光电二极管，其包括：外延半导体层结构，所述外延半导体层结构包括设置在衬底上的下列层：缓冲层；吸收层；缓变层和窗口层；台面结构，所述台面结构包括光输入窗口，所述光输入窗口与窗口层中的扩散p-n结相通，所述台面由穿过所述外延层的沟槽限定，所述台面包括在沟槽内的侧壁，所述侧壁包括p-型材料的扩散边际，所述p-型材料的扩散边际断开所述台面的外延层的横向延伸；p-接触，其被设置用于与所述p-n结电接触；n-接触，其被设置用于与所述p-n结电接触。
[15]因此，本发明的一个方面提供了一种钝化台面型PIN光电二极管的蚀刻侧壁的方法，包括以下步骤：
在衬底上的半导体外延层堆上提供钝化层，所述半导体外延层堆包括：缓冲层，吸收层，缓变层和窗口层；
在所述钝化层上开设窗口，并且在所述半导体层上蚀刻沟槽以形成台面；
将掺杂剂扩散到所述沟槽，以在所述台面的侧壁上形成p-型材料的扩散边际；
在所述台面上的钝化层中开设窗口；
将掺杂剂扩散穿过所述台面上的窗口，以在所述窗口层产生扩散有源区，所述扩散有源区包括光输入窗口，所述光输入窗口与在所述窗口层的扩散p-n结相通；
在所述光输入窗口上设置抗反射膜；
设置p-和n-金属接触。
附图说明
[16]结合附图的以下详细描述中将体现本发明更多的特征及优点，其中：
[17]图1A是根据本发明的具有一个顶接触的台面型扩散PIN光电二极管的横截面示意图；
[18]图1B是图1A所示的光电二极管的另一种结构的横截面示意图；
[19]图2A是根据本发明的具有两个顶接触的台面型扩散PIN光电二极管的横截面示意图；
[20]图2B是图2A所示的光电二极管的另一种结构的横截面示意图；
[21]图3A-E是制造图2A所示的光电二极管的横截面流程示意图；
[22]图4是本发明的另一种实施例的示意图；
[23]图5是本发明的另一种实施例的示意图；
[24]图6是本发明的另一种实施例的示意图。
[25]附图中，相同的特征由相同的参考标号标识。
具体实施方式
[26]本发明提供了一种台面型扩散PIN光电二极管10，如图1A所示，包括一个扩散的横向p-n结33，用于协助对敏感的窄带隙吸收层的钝化。光电二极管10包括一个外延结构，该外延结构包括以下层：一个n+磷化铟(InP)衬底12，一个n+磷化铟(InP)或磷砷化镓铟(InGaAsP)缓冲层14，一个本征铟镓砷(InGaAs)或磷砷化镓铟(InGaAsP)吸收层16，一个本征磷砷化镓铟(InGaAsP)缓变层18，和一个本征或n-磷砷化镓铟(InGaAsP)或磷化铟(InP)窗口层20，窗口层20包括p+磷化铟(InP)有源区22的一个扩散p-n结。该台面由环形沟槽30限定。如本领域所熟知的那样，在沟槽30以外的外围材料被蚀刻去除，或与所期望的键合点布置(未示出)不相关。光电二极管10具有一个单独的顶接触，p接触35。在衬底12的底面镀有一个n-金属接触(未示出)。图1B示出了一个相似的台面型扩散PIN光电二极管10’，其中，在沟槽30以外的外围材料被去除，以在衬底12上形成一个键合点区域37。在实施例10和10’中，沟槽30都有一个扩散边际33，在此，被蚀刻的沟槽30被暴露而受到掺杂剂扩散过程的作用。这种扩散可以同时发生在位于有源区22的扩散p-n结的形成过程中。优选地，这种扩散由一个单独的扩散步骤产生。该扩散边际33的扩散产生了横向p-n结，将窄带隙层(14，16，18和20)的边际转变成p-型材料。这样就有效地阻止了暗电流的流动。要小心谨慎，以产生完全穿过所述吸收层16的扩散边际，优选该扩散边际进入到所述缓冲层14中。接下来，沟槽30被蚀刻，穿过扩散边际33并进入所述衬底，以隔离所述键合点。成品的器件10和10’还包括聚酰亚胺(polyimide)，双苯环丁烯(BCB)，二氧化硅(SiO2)或SiN的表面钝化，这提供了进一步的绝缘和环境保护。在对器件10和10’的说明中，为了做到清楚和简要，对SiN表面钝化和金属互连没有作详细的说明。
[27]图2A和2B示出了台面型扩散PIN的另一种可供选择的结构100和100’，它们包括两个顶接触。在实施例100，100’中，二极管均生长在S.I.磷化铟(InP)衬底上。该S.I.衬底有利于生成具有更小的电容量和更少的相互干扰的二极管。外延层结构生长在衬底112上，外延层结构如下：一个n+磷化铟(InP)或磷砷化镓铟(InGaAsP)缓冲层114，一个本征铟镓砷(InGaAs)或磷砷化镓铟(InGaAsP)吸收层116，一个本征磷砷化镓铟(InGaAsP)缓变层118，和一个本征或n-磷砷化镓铟(InGaAsP)或磷化铟(InP)的窗口层120。窗口层120包括一个位于p+磷化铟(InP)有源区122的扩散p-n结。环形p接触135和n-接触139都位于该器件的顶面上。环形沟槽130限定了所述的台面结构。扩散边际133限定了横向p-n结，将窄带隙层(114，116，118和120)断开。该沟槽130被蚀刻到扩散边际133之下，用于布置n接触139。在对器件100和100’的说明中，为了做到清楚和简要，对SiN表面钝化和金属互连没有作详细的说明。
[28]优选的扩散材料其中包括锌(zinc)，镉(cadmium)，碳(carbon)，镁(magnesium)和铍(beryllium)。通过将扩散边际的扩散和有源区的扩散作为分离的步骤，可以保证对p-n结的扩散分布的更好的控制。此外，通过先进行扩散边际的扩散，在进行第二步扩散的步骤中，在扩散边际的掺杂剂能够渗透得更深。扩散的深度应该深到足以消除蚀刻的侧壁效应的影响，例如，当台面是采用湿法蚀刻工艺形成时深度大于0.2微米，或者当台面是采用干法蚀刻工艺形成时深度大于1微米。
[29]制造台面型扩散PIN光电二极管的方法的步骤在图3A-E中有介绍。
[30]如图3A所示，器件100的外延层堆，被沉积有SiN保护层140。在保护层140上开设有采用干法化学蚀刻或湿法化学蚀刻工艺形成的窗口142。然后采用干法化学蚀刻或湿法化学蚀刻来蚀刻去除半导体层以形成环形沟槽130。第一扩散步骤形成了扩散边际133。
[31]如图3B所示，第二窗口144开设在保护层140上。第二扩散步骤提供掺杂剂来形成扩散有源区122；同时提供对扩散边际133的第二次扩散。
[32]图3C示出了在窗口144、扩散边际133和保护层140之上沉积抗反射膜146。穿过抗反射膜146蚀刻出环形，以将p-金属用作p-接触环135，而抗反射膜146在该器件的光输入窗口150之上。
[33]如图3D所示，在沟槽130上进一步蚀刻而穿过扩散边际133。在沟槽130中施用n-金属作为n-接触139。
[34]最后，环绕n-接触139，在沟槽130的表面之上施加双苯环丁烯(BCB)或聚酰亚胺(polyimide)表面钝化膜152。
[35]图4示出了成品器件101’，包括表面钝化层152。另一种方式的器件10如图5所示，具有表面钝化层152。在该例中，器件10还包括一个反射器154，如：砷化铟铝(InAlAs)或砷化铝铟镓(InAlGaAs)分布布拉格反射器(DBR)，以提高响应率。又如图6所示，是器件10’，其包括表面钝化层152。该实施例中也包括有一个砷化铟铝(InAlAs)或砷化铝铟镓(InAlGaAs)分布布拉格反射器(DBR)154。底部照射的器件可以包括位于倍增层顶部的金属或介电反射器，用以将光线重新定向到有源区22以提高响应率。底部照射的器件还可以包括位于所述衬底表面上的蚀刻透镜，用以促使光线耦合进有源区，这是本领域公知的。
[36]上述本发明的实施方式仅旨在示范，因此本发明的范围仅通过所附的权利要求限定。
Claims (16)
1.一种台面型PIN光电二极管，包括：
外延半导体层结构，所述外延半导体层结构包括设置在衬底上的下列层：缓冲层；吸收层；缓变层和窗口层；
台面结构，所述台面结构包括光输入窗口，所述光输入窗口与窗口层中的扩散p-n结相通，所述台面由穿过所述外延层的沟槽限定，所述台面包括在沟槽内的侧壁，所述侧壁包括p-型材料的扩散边际，所述p-型材料的扩散边际断开所述台面的外延层的横向延伸；
p-接触，其被设置用于与所述p-n结电接触；
n-接触，其被设置用于与所述p-n结电接触。
2.根据权利要求1所述的台面型PIN光电二极管，其中，所述扩散边际包括扩散的横向p-n结，其用于断开所述外延层。
3.根据权利要求2所述的台面型PIN光电二极管，其中，所述扩散边际完全断开所述吸收层，缓变层和窗口层。
4.根据权利要求3所述的台面型PIN光电二极管，其中，所述扩散层渗透进入所述缓冲层。
5.根据权利要求1所述的台面型PIN光电二极管，其中，所述扩散边际的深度足以消除蚀刻引起的侧壁缺陷效应的影响。
6.根据权利要求5所述的台面型PIN光电二极管，其中，所述扩散边际的深度至少为0.2微米至大约1微米。
7.根据权利要求1所述的台面型PIN光电二极管，还包括反射器，所述反射器用来提高所述光电二极管的响应率。
8.根据权利要求7所述的台面型PIN光电二极管，其中，所述光电二极管是顶部照射台面型PIN光电二极管，所述反射器包括位于所述衬底上的分布布拉格反射器。
9.根据权利要求7所述的台面型PIN光电二极管，其中，所述光电二极管是底部照射台面型PIN光电二极管，所述反射器包括设置在所述窗口层表面上的金属或介电反射器。
10.根据权利要求9所述的台面型PIN光电二极管，其中，所述底部照射台面型PIN光电二极管还包括位于所述衬底上的蚀刻透镜，用以促使光线耦合进所述扩散的p-n结。
11.根据权利要求1所述的台面型PIN光电二极管，其中，所述外延半导体层结构的材料是从下列材料组成的组中选出：所述衬底包括n+InP或半绝缘InP；所述缓冲层包括n+InP或InGaAsP；所述吸收层包括本征InGaAs或InGaAsP；所述缓冲层包括本征InGaAsP，所述窗口层包括n-或本征InGaAsP或InP。
12.根据权利要求11所述的台面型PIN光电二极管，其中，所述掺杂剂选自由下列材料组成的组：锌，镉，碳，镁，铍。
13.一种钝化台面型PIN光电二极管的蚀刻侧壁的方法，包括以下步骤：
在衬底上的半导体外延层堆上提供钝化层，所述半导体外延层堆包括：缓冲层，吸收层，缓变层和窗口层；
在所述钝化层上开设窗口，并且在所述半导体层上蚀刻沟槽以形成台面；
将掺杂剂扩散到所述沟槽，以在所述台面的侧壁上形成p-型材料的扩散边际；
在所述台面上的钝化层中开设窗口；
将掺杂剂扩散穿过所述台面上的窗口，以在所述窗口层产生扩散有源区，所述扩散有源区包括光输入窗口，所述光输入窗口与在所述窗口层的扩散p-n结相通；
在所述光输入窗口上设置抗反射膜；
设置p-和n-金属接触。
14.根据权利要求13所述的钝化台面型PIN光电二极管的蚀刻侧壁的方法，还包括以下步骤：设置所述金属接触之后，在所述台面侧壁上设置绝缘钝化膜。
15.根据权利要求13所述的钝化台面型PIN光电二极管的蚀刻侧壁的方法，其中，将掺杂剂扩散到所述沟槽内和将掺杂剂扩散穿过所述台面上的窗口的两个步骤作为一个扩散步骤同时进行实施。
16.根据权利要求13所述的钝化台面型PIN光电二极管的蚀刻侧壁的方法，其中，将掺杂剂扩散到所述沟槽和将掺杂剂扩散穿过所述台面上的窗口的两个步骤包括第一扩散步骤和随后的第二扩散步骤，其中，所述第二扩散步骤同时把掺杂剂扩散进入所述沟槽而增加所述扩散边际。
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|---|---|
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Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101937938A (zh) * | 2009-06-30 | 2011-01-05 | 英特尔公司 | 侧壁光电检测器 |
| CN101814537B (zh) * | 2009-02-19 | 2012-03-28 | 中国科学院半导体研究所 | 氮化镓基雪崩型探测器及其制作方法 |
| CN106098836A (zh) * | 2016-08-19 | 2016-11-09 | 武汉华工正源光子技术有限公司 | 通讯用雪崩光电二极管及其制备方法 |
| CN106653932A (zh) * | 2016-12-27 | 2017-05-10 | 北京世纪金光半导体有限公司 | 一种SiC雪崩光电二极管及其制备方法 |
| CN106711274A (zh) * | 2016-11-30 | 2017-05-24 | 武汉光迅科技股份有限公司 | 一种雪崩光电二极管及其制造方法 |
| CN106887469A (zh) * | 2017-03-22 | 2017-06-23 | 武汉光谷量子技术有限公司 | 一种雪崩二极管的外延结构及雪崩二极管的制造方法 |
| CN106910769A (zh) * | 2017-03-28 | 2017-06-30 | 常州银河世纪微电子股份有限公司 | 台面型半导体器件及其制造方法 |
| CN113540263A (zh) * | 2021-09-16 | 2021-10-22 | 福建慧芯激光科技有限公司 | 一种低表面漏电流的探测器及其制作方法 |
| CN115249755A (zh) * | 2022-09-21 | 2022-10-28 | 北京英孚瑞半导体科技有限公司 | 一种雪崩光电探测器的制备方法 |
| CN115295683A (zh) * | 2022-10-08 | 2022-11-04 | 北京英孚瑞半导体科技有限公司 | 一种单载流子输运的平衡探测器及其制备方法 |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8253215B2 (en) * | 2009-01-15 | 2012-08-28 | Wavefront Holdings, Llc | Mesa heterojunction phototransistor and method for making same |
| US8072041B2 (en) * | 2009-04-08 | 2011-12-06 | Finisar Corporation | Passivated optical detectors with full protection layer |
| US9048106B2 (en) * | 2012-12-13 | 2015-06-02 | Diodes Incorporated | Semiconductor diode assembly |
| US10090426B2 (en) | 2014-05-05 | 2018-10-02 | Trustees Of Boston University | Dark current mitigation with diffusion control |
| US11322643B2 (en) | 2014-05-27 | 2022-05-03 | Silanna UV Technologies Pte Ltd | Optoelectronic device |
| JP6636459B2 (ja) | 2014-05-27 | 2020-01-29 | シランナ・ユー・ブイ・テクノロジーズ・プライベート・リミテッドＳｉｌａｎｎａ Ｕｖ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｐｔｅ Ｌｔｄ | 半導体構造と超格子とを用いた高度電子デバイス |
| WO2015181656A1 (en) | 2014-05-27 | 2015-12-03 | The Silanna Group Pty Limited | Electronic devices comprising n-type and p-type superlattices |
| JP6817072B2 (ja) | 2014-05-27 | 2021-01-20 | シランナ・ユー・ブイ・テクノロジーズ・プライベート・リミテッドＳｉｌａｎｎａ Ｕｖ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｐｔｅ Ｌｔｄ | 光電子デバイス |
| US10553633B2 (en) * | 2014-05-30 | 2020-02-04 | Klaus Y.J. Hsu | Phototransistor with body-strapped base |
| JP6507912B2 (ja) * | 2015-07-30 | 2019-05-08 | 三菱電機株式会社 | 半導体受光素子 |
| US20200052012A1 (en) * | 2018-08-07 | 2020-02-13 | Sensors Unlimited, Inc. | Mesa trench etch with stacked sidewall passivation |
| US11011411B2 (en) * | 2019-03-22 | 2021-05-18 | International Business Machines Corporation | Semiconductor wafer having integrated circuits with bottom local interconnects |
| RU2721161C1 (ru) * | 2019-11-19 | 2020-05-18 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Способ изготовления фотопреобразователя |
| TWI768831B (zh) * | 2021-04-16 | 2022-06-21 | 聯亞光電工業股份有限公司 | 非擴散型光電二極體 |
Family Cites Families (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2941349B2 (ja) * | 1990-04-06 | 1999-08-25 | 株式会社日立製作所 | 超格子ａｐｄ |
| JP2762939B2 (ja) * | 1994-03-22 | 1998-06-11 | 日本電気株式会社 | 超格子アバランシェフォトダイオード |
| DE69637318T2 (de) * | 1995-02-02 | 2008-09-04 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | PIN lichtempfindliche Vorrichtung und ihr Herstellungsverfahren |
| US5610416A (en) * | 1995-02-16 | 1997-03-11 | Hewlett-Packard Company | Avalanche photodiode with epitaxially regrown guard rings |
| US5866936A (en) * | 1997-04-01 | 1999-02-02 | Hewlett-Packard Company | Mesa-structure avalanche photodiode having a buried epitaxial junction |
| JP3177962B2 (ja) * | 1998-05-08 | 2001-06-18 | 日本電気株式会社 | プレーナ型アバランシェフォトダイオード |
| US6515315B1 (en) * | 1999-08-05 | 2003-02-04 | Jds Uniphase, Corp. | Avalanche photodiode for high-speed applications |
| US6706542B1 (en) * | 2000-01-07 | 2004-03-16 | Triquint Technology Holding Co. | Application of InAIAs double-layer to block dopant out-diffusion in III-V device Fabrication |
| US6756613B2 (en) * | 2000-11-03 | 2004-06-29 | Multiplex, Inc. | Shallow-mesa structure for planar PIN and APD photodiodes |
| US6495380B2 (en) * | 2000-12-11 | 2002-12-17 | Nortel Networks Limited | Epitaxially grown avalanche photodiode |
| US6753214B1 (en) * | 2001-02-16 | 2004-06-22 | Optical Communication Products, Inc. | Photodetector with isolation implant region for reduced device capacitance and increased bandwidth |
| JP4220688B2 (ja) * | 2001-02-26 | 2009-02-04 | 日本オプネクスト株式会社 | アバランシェホトダイオード |
| CA2396325C (en) * | 2001-09-06 | 2010-03-30 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Zn1-xmgxsyse1-y pin photodiode and zn1-xmgxsyse1-y avalanche-photodiode |
| JP4938221B2 (ja) * | 2002-02-01 | 2012-05-23 | ピコメトリックス インコーポレイテッド | プレーナ・アバランシェ・フォトダイオード |
| JP4084958B2 (ja) * | 2002-05-24 | 2008-04-30 | 日本オプネクスト株式会社 | 半導体受光装置の製造方法 |
| JP4318981B2 (ja) * | 2003-07-29 | 2009-08-26 | 三菱電機株式会社 | 導波路型受光素子 |
| JP4291085B2 (ja) * | 2003-08-25 | 2009-07-08 | 三菱電機株式会社 | 導波路型受光素子 |
| JP4306508B2 (ja) * | 2004-03-29 | 2009-08-05 | 三菱電機株式会社 | アバランシェフォトダイオード |
| JP4611066B2 (ja) * | 2004-04-13 | 2011-01-12 | 三菱電機株式会社 | アバランシェフォトダイオード |
| JP4370203B2 (ja) * | 2004-05-25 | 2009-11-25 | 三菱電機株式会社 | 半導体素子 |
| JP2006040919A (ja) * | 2004-07-22 | 2006-02-09 | Mitsubishi Electric Corp | アバランシェフォトダイオード |
| CN200965884Y (zh) * | 2006-10-17 | 2007-10-24 | 深圳飞通光电子技术有限公司 | 平面pin光电二极管浅台面芯片 |
-
2008
- 2008-07-16 US US12/174,079 patent/US8030684B2/en active Active
- 2008-07-18 CN CN2008101321269A patent/CN101350378B/zh active Active
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101814537B (zh) * | 2009-02-19 | 2012-03-28 | 中国科学院半导体研究所 | 氮化镓基雪崩型探测器及其制作方法 |
| CN101937938A (zh) * | 2009-06-30 | 2011-01-05 | 英特尔公司 | 侧壁光电检测器 |
| CN106098836B (zh) * | 2016-08-19 | 2017-11-03 | 武汉华工正源光子技术有限公司 | 通讯用雪崩光电二极管及其制备方法 |
| CN106098836A (zh) * | 2016-08-19 | 2016-11-09 | 武汉华工正源光子技术有限公司 | 通讯用雪崩光电二极管及其制备方法 |
| CN106711274A (zh) * | 2016-11-30 | 2017-05-24 | 武汉光迅科技股份有限公司 | 一种雪崩光电二极管及其制造方法 |
| CN106711274B (zh) * | 2016-11-30 | 2017-12-08 | 武汉光迅科技股份有限公司 | 一种雪崩光电二极管及其制造方法 |
| CN106653932A (zh) * | 2016-12-27 | 2017-05-10 | 北京世纪金光半导体有限公司 | 一种SiC雪崩光电二极管及其制备方法 |
| CN106887469B (zh) * | 2017-03-22 | 2019-05-07 | 武汉光谷量子技术有限公司 | 一种雪崩二极管的外延结构及雪崩二极管的制造方法 |
| CN106887469A (zh) * | 2017-03-22 | 2017-06-23 | 武汉光谷量子技术有限公司 | 一种雪崩二极管的外延结构及雪崩二极管的制造方法 |
| CN106910769A (zh) * | 2017-03-28 | 2017-06-30 | 常州银河世纪微电子股份有限公司 | 台面型半导体器件及其制造方法 |
| CN113540263A (zh) * | 2021-09-16 | 2021-10-22 | 福建慧芯激光科技有限公司 | 一种低表面漏电流的探测器及其制作方法 |
| CN113540263B (zh) * | 2021-09-16 | 2021-12-21 | 福建慧芯激光科技有限公司 | 一种低表面漏电流的探测器及其制作方法 |
| CN115249755A (zh) * | 2022-09-21 | 2022-10-28 | 北京英孚瑞半导体科技有限公司 | 一种雪崩光电探测器的制备方法 |
| CN115249755B (zh) * | 2022-09-21 | 2022-11-25 | 北京英孚瑞半导体科技有限公司 | 一种雪崩光电探测器的制备方法 |
| CN115295683A (zh) * | 2022-10-08 | 2022-11-04 | 北京英孚瑞半导体科技有限公司 | 一种单载流子输运的平衡探测器及其制备方法 |
Also Published As
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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