CN102789993B - 高效、广角、抗干扰、微型激光接收器的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效、广角、抗干扰、微型激光接收器的制作方法，用于各种半导体硅激光接收器的制作。其特征在于：1、在光电探测器光敏面周围，制作一个环极，并与芯片的衬底电极相连。光电探测器的底部耗尽层通过环极延伸到表面，构成探测器横向耗尽层。2、用带通窄、抑制度高的滤光片，使在±45°入射透过率可达垂直入射的80％，还增强了抗背景光的能力。3、在金属管帽光窗上蒸低阻导电膜，屏蔽电磁场干扰。4、低噪声放大的光信号，经八阶带通滤波，抑制高、低频噪声和杂波干扰。5、大光敏面的探测器芯片安装在电路板上表面，下表面布电子元器件，并安装在TO-8管座上，用内贴滤光片、外镀导电膜的管帽，封焊即成。

Description

高效、广角、抗干扰、微型激光接收器的制作方法

技术领域

本发明是在光电信息领域高响应度、大光敏面广角接收、抗强背景光与电磁场干扰、微型化封装的激光接收器的制作方法，用于高效、广角、抗干扰和微型激光接收器的制造。在光电检测、光机电一体化、激光大气通信、激光跟踪、制导、引信接收系统的激光接收器制造中，有着广泛的用途。

背景技术

半导体硅激光接收器，由于它的体内纵向饱和漏电流、表面漏电流和侧面的横向漏电流所组成的暗电流，构成了它的暗背景噪声，限制了信噪比；在大角度下，滤光片的带通宽度及透光抑制度差，电路滤波不力和从光窗口进入的外界电磁场干扰，降低了抗背景光和电磁场干扰的能力，从而限制了激光接收器的性能。

发明内容

为克服现有技术的不足之处，提供一种新的制作方法，实现高响应度，大角度接收，抗干扰(背景光和电磁场干扰)能力特别强，在大光敏面的情况下实现微型化封装。

具体的技术方案：1)、激光接收器的光电探测器芯片的结构上，是在光电探测器光敏面的周围100～150μm外，再制作一个宽度为20～200μm的环极。该环极是用与芯片衬底同型的杂质，跟衬底背面同时扩散的高低结(n⁺n或者p⁺p)结构，其形状随光敏面的形状而异，在芯片烧压时，将此环极与芯片下电极直接连接；应用中，芯片底部的耗尽层直接与该环极连接而引到表面，使周边环极以外的体内漏电流、表面漏电流和电磁场干扰信号均无法进入光敏区，从而降低噪声，增强芯片抗干扰能力；同时也使光敏面周边有了横向耗尽层，从而增大了光的接收面积，进而增大了光电流，提高了信噪比；还因为消除了光电流中横向扩散电流这一慢态分量而提高了响应速度；2)、粘贴在管帽中滤光片的带通和抑制度，分别控制在70±10nm和≤0.5％以内，在接收±45°的入射光时，不仅透过率可达中心波长的80％以上，而且抗背景光的能力显著增强；3)、在电路里制作八阶带通滤波器逐级滤波，把高，低频噪声，各种灯光和杂波干扰进行抑制，提高抗背景光和各种噪声的能力；4)、导电膜是在金属管帽熔封的光窗玻璃表面用ZnO蒸镀20～50Ω的导电膜，并在光窗玻璃与金属管帽光窗口连接的缝隙处涂抹少许导电胶，经固化，即可让导电膜与金属管帽的接触十分良好。在应用中管壳接地，让整个激光接收器处于电屏蔽的状态，从而消除了电磁场的干扰；5)、在电路版的下表面，压焊电子元器件，上表面经陶瓷片烧压光电探测器芯片，并安装在TO-8的标准管座上，再与内粘贴有滤光片，光窗玻璃外表面镀有导电膜的管帽封焊而成。

附图说明

图1：激光接收器中光敏面积为圆型的光电探测器芯片示意图

图A为芯片侧视剖面图，B为芯片俯视图。

图2：本发明的高效、广角、抗干扰、微型激光接收器的整个封装示意图。

图A为激光接收器侧视剖面图，B为管座俯视图。

具体实施方式

下面结合附图1和图2，介绍本发明中半导体硅光电探测器芯片制作、激光接收器安装的一个实施例，该实施例是用本发明制造半导体n型硅PIN光电探测器工艺过程及激光接收器安装步骤。

1.在n型硅(n-Si)衬底的抛光面上热氧化，生长一薄层SiO₂后淀积一层Si₃N4。再用光刻刻出硼扩散窗口。

2.通过硼扩散，形成p⁺-Si层，构成p⁺n结，其表层自然形成很薄的硼硅玻璃层，再在硼硅玻璃上再沉积一层Si₃N4。

3.在芯片硼扩散窗口周围100～150mm处，通过光刻，刻出一个环型的磷扩散窗口后，再实施芯片背面减薄抛光。

4.芯片的双面进行磷扩散形成n⁺n高低结，并原位氧化一薄层SiO₂。

5.在硼、磷扩散区和芯片背面分别刻出电极窗口，并双面蒸发金属铝、再反刻保留铝电极层。如图1中B所示。

6.将硅铝合金、并分离后的光电探测器芯片，用导电胶经陶瓷片，粘贴在电路板(φ12mm，厚0.6mm)的上表面；用Si-Al丝压焊，连接于陶瓷片上的正、负电极，然后再与电路板下表面的低噪声放大和八阶滤光器电路连接。整个电路板安装在TO-8(φ13.3mm)的标准管座上，其电路的输入、输出引线再与管脚连接。如图2A所示。

7.将光窗玻璃表层镀有导电膜，内部粘贴有干涉滤光片的管帽(φ14mm，高6.5mm)与管座封焊即成。制作完毕。

以上方法，也实用于p型硅光电探测器芯片的制作，只是将硼扩散区改为磷扩散，而磷扩散区改为硼扩散，其电极的极性与电路的极性相应变换即可。

Claims (5)

1.一种激光接收器制作方法，其特征在于：±45°范围内的光，经带通滤光后，再照射到制作了环极的半导体硅光电探测器的光敏面上，所生成的光电流，经低噪声放大，八阶带通滤波处理后输出，将制作了环极的半导体硅光电探测器粘贴在混合集成电路板的上表面，将用于低噪声放大处理和八阶带通滤波处理的电路焊接在混合集成电路板的下表面，然后将混合集成电路板安装在TO型管座上，再将TO型管座与光窗玻璃表面镀有导电膜并内部粘贴有滤光片的管帽封接。

2.根据权利要求1所述的激光接收器制作方法，其半导体硅光电探测器芯片光敏面的周围，用跟半导体硅光电探测器芯片衬底掺杂类型相同的杂质掺杂，与芯片衬底背面同时扩散n⁺n或p⁺p高低结，形成环极，所述环极的形状随光敏面而异，所述环极金属化后与衬底电极相连；应用中，将光电探测器底部耗尽层与环极连接，而引到表面。

3.根据权利要求1所述的激光接收器制作方法，其滤光片是光学玻璃抛光片上，两面蒸镀干涉滤膜，使之带通窄，抑制度低，接收±45°入射光时，透过率达中心滤长的80%以上。

4.根据权利要求1所述的激光接收器制作方法，其导电膜是在金属管帽熔封的光窗玻璃的上表面蒸镀一层ZnO导电膜；应用中，通过管壳接地，实现对外界电磁场的屏蔽。

5.根据权利要求1所述的激光接收器制作方法，其八阶带通滤波器，是通过八个带通滤波器逐级滤波，抑制高、低频噪声和杂波的干扰。