CN104576808A - 带载体的高速雪崩光电探测器芯片及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种带载体的高速雪崩光电探测器芯片及其制作方法，包括：载体、焊接于该载体上的数个焊接球以及采用倒装方式焊接于该数个焊接球上的外延片，该外延片包括：衬底、形成于该衬底上的缓冲层、形成于该缓冲层上的吸收层、形成于该吸收层上的过渡层、形成于该过渡层上的场控层、形成于该场控层上的顶层、形成于该顶层上的接触层、形成于该顶层和接触层中的扩散区、形成于该扩散区上的正电极、形成于该接触层及缓冲层上的负电极、形成于该衬底底部的微透镜、以及形成于该微透镜表面的增透膜，该正电极及负电极焊接于该数个焊接球上，该扩散区包括同心设置的扩散倍增区和扩散保护环，该扩散倍增区的半径大于15um且小于30um。
Description
技术领域
本发明涉及光传输网络技术领域，尤其涉及一种带载体的高速雪崩光电探测器芯片及其制作方法。
背景技术
在光网络传输系统中，由于光在光纤中的传输总是存在一定的损耗，所以在光传输系统的接收端，为了捕捉到光传输终端的微弱光信号，往往会采用具有信号放大功能的雪崩光电探测器芯片，即APD芯片，特别是在长途的光传输系统中，APD芯片更是必不可少关键芯片。另外，随着光传输速率的不断提高，10G光传输网络已大量铺开，其中要求应用到的接收芯片速率也在不断提高，通常的2.5G APD芯片已不能满足10G光传输网络的应用要求，对能够应用于10G光接收组件的高速APD芯片的需求也是日益迫切。为了能够达到10G光接收组件的要求，需要APD芯片的芯片电容低于0.2pF，并且为了实现光接收组件的高灵敏度，同时要求APD芯片在0.9Vbr下的芯片接收光信号倍增响应度大于10A/W。在用户端的应用上要求80KM 10Gb/s传输的接收光信号在10-12误码率下的接收灵敏度不低于-26dBm。为了达到上述要求，现有做法通常有3种：第一种做法是采用传统的InGaAs/InP/InGaAsP结构，如图1所示，该结构包括一个由InP衬底100、InP缓冲层200、InGaAs吸收层300、InGaAsP过渡层400、InP场控层500、InP顶层600、InGaAsP接触层700、由Zn扩散所形成的光吸收区800和悬浮保护环900。在该结构中，为了提高APD芯片的传输速率，通常将吸收层300的厚度D1缩减至1um以下，以达到缩短光生载流子渡越时间的目的；并且同时将光吸收区800的Zn扩散直径D2缩小至20um以下，这样的设计结构通常能够让APD芯片达到10G传输速率的要求，但却存在以下问题：1、由于InGaAs吸收层300厚度太薄，造成光响应度低，该设计结构制作的10G APD芯片的接收灵敏度很难达到-26dBm的应用要求；2、由于光吸收区800的吸收直径太小，造成芯片的耦合效率极低，很难达到生产使用要求。第二种做法是在第一种做法设计方案的基础上，在缓冲层200与吸收层300之间增加一层InGaAsP/InP或AlGaInAs/InP构成的n型分布反馈反射层202，如图2所示，该结构的APD芯片由于新增的n型分布反馈反射层202，会使入射光在经过该n型分布反馈反射层202时进行光反射，从而使入射光反射回光吸收区800，进行二次吸收，其作用相当于增加了光吸收区800的长度，从而解决了第一种做法的APD芯片结构设计中响应度低的问题。但，为了达到高带宽的要求，仍然需要将光吸收区800的Zn扩散直径D2缩小至20um以下，所以该做法的APD芯片仍然存在耦合效率低，很难满足使用要求的问题。目前第三种做法是采用InAlAs的超晶格和台面结构来共同实现，如图3所示，与传统的InGaAs/InP/InGaAsP结构的APD芯片不同，该结构的APD芯片倍增层主要由AlInAs/AlGaInAs构成的超晶格204构成，由于AlInAs相对传统的InP材料具有更高的电子空穴离化系数比，所以该结构的APD芯片具有很高的倍增响应，并且由于采用了台面结构设计，使该芯片的电容和芯片分布参数都得到了降低，能够达到10G光传输网络的要求，但该结构的APD芯片也存在制作工艺难度大，AlInAs/AlGaInAs超晶格结构要求每一层的厚度精确控制到1nm以下，这对于通常的制作工艺是很难实现的。另外，由于该结构采用的台面结构，在芯片的长期可靠性中也存在一定的可靠性风险。所以，目前还缺乏一种真正实用化、可批量生产的性能优良的10G光传输网络用的高速APD芯片。
因此，现有技术存在缺陷，需要改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带载体的高速雪崩光电探测器芯片，降低了雪崩光电探测器芯片的结电容，提升雪崩光电探测器芯片的耦合效率，提升雪崩光电探测器芯片的响应度，从而提升雪崩光电探测器芯片的接收灵敏度，还降低了雪崩光电探测器芯片的整体分布参数。
本发明的另一目的在于提供一种带载体的高速雪崩光电探测器芯片的制作方法，利用该方法值得的芯片降低了雪崩光电探测器芯片的结电容，提升雪崩光电探测器芯片的耦合效率，提升雪崩光电探测器芯片的响应度，从而提升雪崩光电探测器芯片的接收灵敏度，还降低了雪崩光电探测器芯片的整体分布参数。
本发明的技术方案如下：本发明提供一种带载体的高速雪崩光电探测器芯片，包括：载体、焊接于所述载体上的数个焊接球以及采用倒装方式焊接于所述数个焊接球上的外延片，所述外延片包括：衬底、形成于所述衬底上的缓冲层、形成于所述缓冲层上的吸收层、形成于所述吸收层上的过渡层、形成于所述过渡层上的场控层、形成于所述场控层上的顶层、形成于所述顶层上的接触层、形成于所述顶层和接触层中的扩散区、形成于所述扩散区上的正电极、形成于所述接触层及缓冲层上的负电极、形成于所述衬底底部的微透镜、以及形成于所述微透镜表面的增透膜，所述正电极及负电极焊接于所述数个焊接球上，所述扩散区包括同心设置的扩散倍增区和扩散保护环，所述扩散倍增区的半径大于15um且小于30um。
所述正电极由P型接触金属材料通过电子束蒸发或热蒸发的方式形成，所述负电极由N型接触金属材料通过电子束蒸发或热蒸发的方式形成，所述P型接触金属材料由钛、铂、铬和金中一种或几种构成，所述N型接触金属材料包括金。
所述衬底为n型Fe掺杂的半绝缘InP衬底；所述缓冲层为掺杂浓度大于1×1018cm-3的InP缓冲层，所述缓冲层的厚度大于2um且小于10um；所述吸收层为掺杂浓度低于5×1014cm-3的InGaAs吸收层，所述吸收层的厚度大于0.5um且小于1.5um；所述过渡层为InGaAsP过渡层，所述过渡层的厚度大于0.02um且小于0.05um，所述过渡层的截止波长分别为1.45um、1.25um和1.05um；所述场控层为掺杂浓度大于1×1017cm-3的InP场控层，所述场控层的厚度大于0.05um且小于0.1um；所述顶层为掺杂浓度小于5×1014cm-3的InP顶层，所述顶层的厚度大于2um且小于5um；所述接触层为InGaAsP接触层，所述接触层的厚度大于0.05um且小于0.2um，所述接触层的截止波长为1.05um。
所述微透镜采用湿法InP非选择性蚀工艺或RIE工艺形成，所述增透膜采用等离子体增强化学气相沉积法沉积而形成，所述增透膜为SiNx增透膜，所述增透膜的折射率为1.95~1.98，所述增透膜的厚度大于0.15um且小于0.19um。
所述载体为陶瓷载体，所述载体正面上有通过蒸发和光刻工艺形成的金属图案，所述金属图案包括：第一至第五焊盘及第一至第四焊接区，所述第一至第五焊盘均呈圆形，所述第一至第五焊盘的半径大于10um且小于50um，所述第一与第二焊盘与所述第一焊接区连接，所述第五圆盘与所述第三焊接区连接，所述第一与第二焊盘用于与所述负电极连接，所述第五圆盘用于与所述正电极连接；所述焊接球的半径大于10且小于50um，所述焊接球的数量为五个。
本发明还提供一种带载体的高速雪崩光电探测器芯片的制作方法，包括以下步骤：
步骤1、提供一衬底，并采用有机金属化学气相沉积法在所述衬底上依次形成缓冲层、吸收层、过渡层、场控层、顶层及接触层；
步骤2、在所述接触层上沉积SiNx或SiO2，以形成钝化膜，并蚀刻成两同心圆，对两同心圆进行两次Zn扩散工艺，以形成扩散倍增区和扩散保护环，所述扩散倍增区的半径大于15um且小于30um；
步骤3、采用湿法腐蚀方式形成一呈圆环形的N型腐蚀槽，所述N型腐蚀槽由接触层延伸至缓冲层上，采用电子束蒸发或热蒸发方式沉积金属材料以形成负电极与正电极；
步骤4、采用湿法腐蚀或RIE工艺在衬底底部形成微透镜，并在衬底底部及微透镜表面形成增透膜，从而形成一外延片；
步骤5、提供一载体和五个焊接球，通过光刻和湿法腐蚀方法在该载体表面形成金属图案，利用五个焊接球将所述外延片采用倒装焊工艺焊接于形成有金属图案的载体上。
在该步骤3中，所述正电极由P型接触金属材料通过电子束蒸发或热蒸发的方式形成，所述负电极由N型接触金属材料通过电子束蒸发或热蒸发的方式形成，所述P型接触金属材料由钛、铂、铬和金中一种或几种构成，所述N型接触金属材料包括金。
所述衬底为n型Fe掺杂的半绝缘InP衬底；所述缓冲层为掺杂浓度大于1×1018cm-3的InP缓冲层，所述缓冲层的厚度大于2um且小于10um；所述吸收层为掺杂浓度低于5×1014cm-3的InGaAs吸收层，所述吸收层的厚度大于0.5um且小于1.5um；所述过渡层为InGaAsP过渡层，所述过渡层的厚度大于0.02um且小于0.05um，所述过渡层的截止波长分别为1.45um、1.25um和1.05um；所述场控层为掺杂浓度大于1×1017cm-3的InP场控层，所述场控层的厚度大于0.05um且小于0.1um；所述顶层为掺杂浓度小于5×1014cm-3的InP顶层，所述顶层的厚度大于2um且小于5um；所述接触层为InGaAsP接触层，所述接触层的厚度大于0.05um且小于0.2um所述接触层的截止波长为1.05um。
所述微透镜采用湿法InP非选择性蚀工艺或RIE工艺形成，所述增透膜采用等离子体增强化学气相沉积法沉积而形成，所述增透膜为SiNx增透膜，所述增透膜的折射率为1.95~1.98，所述增透膜的厚度大于0.15um且小于0.19um。
所述载体为陶瓷载体，所述载体正面上有通过蒸发和光刻工艺形成的金属图案，所述金属图案包括：第一至第五焊盘及第一至第四焊接区，所述第一至第五焊盘均呈圆形，所述第一至第五焊盘的半径大于10um且小于50um，所述第一与第二焊盘与所述第一焊接区连接，所述第五圆盘与所述第三焊接区连接，所述第一与第二焊盘用于与所述负电极连接，所述第五圆盘用于与所述正电极连接；所述焊接球的半径大于10且小于50um。
采用上述方案，本发明的带载体的高速雪崩光电探测器芯片及其制作方法，通过采用特殊设计的外延片结构，缩短了芯片光生载流子在雪崩光电探测器芯片内的渡越时间；通过采用半径大于15um且小于30um的扩散源区（扩散倍增区）结构，降低了雪崩光电探测器芯片的结电容；通过在外延片背面集成微透镜，解决了雪崩光电探测器芯片PN结过小所导致的耦合效率低的问题，提升雪崩光电探测器芯片的耦合效率；通过采用倒装焊工艺将外延片焊接于载体上，使由于雪崩光电探测器芯片吸收层过短而造成的未完全吸收的入射光穿过吸收层后，给正电极背面反射回吸收层，进行二次吸收，从而相当于增加了1倍的吸收层厚度，从而解决为了提升雪崩光电探测器芯片速率缩短吸收层厚度而造成的响应度低，进而造成的雪崩光电探测器芯片在应用过程中的接收灵敏度低的问题，提升了响应度，进而提升接收灵敏度，同时成功地降低了芯片的整体分布参数，有利于芯片传输速率的提升。
附图说明
图1为现有雪崩光电探测器芯片中第一种做法的结构示意图。
图2为现有雪崩光电探测器芯片中第二种做法的结构示意图。
图3为现有雪崩光电探测器芯片中第三种做法的结构示意图。
图4为本发明带载体的高速雪崩光电探测器芯片的结构示意图。
图5为本发明带载体的高速雪崩光电探测器芯片的俯视图。
图6为本发明带载体的高速雪崩光电探测器芯片中外延片的结构示意图。
图7为本发明带载体的高速雪崩光电探测器芯片中载体上金属图案的结构示意图。
图8为本发明中外延片安装方式示意图。
图9为本发明带载体的高速雪崩光电探测器芯片制作方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。
请参阅图4至图7，本发明提供一种带载体的高速雪崩光电探测器芯片，主要由三部分组成，具体包括：载体13、焊接于所述载体13上的数个焊接球12以及采用倒装方式焊接于所述数个焊接球12上的外延片40，所述载体13为陶瓷载体，其表面上形成有金属图案，所述焊接球12的半径R1大于10um且小于50um，可以确保焊接后，外延片40与载体13之间的距离D3大于10um。所述外延片40包括：衬底18、形成于所述衬底18上的缓冲层19、形成于所述缓冲层19上的吸收层20、形成于所述吸收层20上的过渡层21、形成于所述过渡层21上的场控层22、形成于所述场控层22上的顶层23、形成于所述顶层23上的接触层24、形成于所述顶层23和接触层24中的扩散区25、形成于所述扩散区25上的正电极15、形成于所述接触层24及缓冲层19上的负电极、形成于所述衬底18底部的微透镜16、以及形成于所述微透镜16表面的增透膜17，所述正电极15及负电极14焊接于所述数个焊接球12上，所述扩散区25采用常规APD芯片的扩散结构设计，具体包括同心设置的扩散倍增区41和扩散保护环42，所述扩散倍增区41的半径大于15um且小于30um，优选为20um。
所述正电极15由P型接触金属材料通过电子束蒸发或热蒸发的方式形成，所述负电极14由N型接触金属材料通过电子束蒸发或热蒸发的方式形成，所述P型接触金属材料由钛（Ti）、铂（Pt）、铬（Cr）或金（Au）中一种或几种构成，所述N型接触金属材料包括金（Au）。
在本实施例中，所述衬底18为n型Fe掺杂的半绝缘InP衬底；所述缓冲层19为掺杂浓度大于1×1018cm-3的InP缓冲层，所述缓冲层19的厚度大于2um且小于10um；所述吸收层20为掺杂浓度低于5×1014cm-3的InGaAs吸收层，所述吸收层20的厚度D4大于0.5um且小于1.5um；所述过渡层21为InGaAsP过渡层，所述过渡层21的厚度大于0.02um且小于0.05um，所述过渡层21的截止波长分别为1.45um、1.25um和1.05um；所述场控层22为掺杂浓度大于1×1017cm-3的InP场控层，所述场控层22的厚度大于0.05um且小于0.1um；所述顶层23为掺杂浓度小于5×1014cm-3的InP顶层，所述顶层23的厚度大于2um且小于5um；所述接触层24为InGaAsP接触层，所述接触层24的厚度大于0.05um且小于0.2um，所述接触层24的截止波长为1.05um。
所述微透镜16采用湿法InP非选择性蚀工艺或RIE工艺形成，其半径R2大于50um且小于100um。所述增透膜17采用等离子体增强化学气相沉积法沉积而形成，所述增透膜17为SiNx增透膜，所述增透膜17的折射率为1.95~1.98，所述增透膜17的厚度大于0.15m且小于0.19um。
另外，为了使正电极15和负电极14能够位于外延片40的同一面上，在外延片40的正面采用湿法腐蚀方式形成腐蚀深度达到缓冲层的N型腐蚀槽，然后在N型腐蚀槽上采用通常的蒸发和光刻腐蚀工艺制作形成负电极14。
所述载体13为陶瓷载体，具体由ALN或AL2O3构成。所述载体13正面上有通过蒸发和光刻工艺形成的金属图案（未标示），该金属图案由钛、铂、铬和金中一种或几种构成。所述金属图案包括：第一至第五焊盘31、32、33、34、35及第一至第四焊接区29、35、28、36，所述第一至第五焊盘31、32、33、34、35均呈圆形，所述第一至第五焊盘31、32、33、34、35的半径均大于10um且小于50um，所述第一与第二焊盘31、32与所述第一焊接区29连接，所述第五圆盘35与所述第三焊接区28连接，所述第一与第二焊盘31、32用于与所述负电极14连接，所述第五圆盘35用于与所述正电极15连接，第三焊盘33与第四焊盘34上的焊接球12用来平衡支撑外延片40，而第一焊接区29与第三焊接区28用于与高速雪崩光电探测器芯片正、负电极连接。所述焊接球12的半径大于10且小于50um，所述焊接球12为AuSn焊接球，其中金与锡（Sn）的比例为80:20。所述焊接球12具体数量对应焊盘的数量，为五个。
请参阅图8，并结合参阅图4、图6及图7，在将外延片40焊接于载体13上时，首先，在倒装焊组装时，要求位于第五焊盘35上的焊料球12尽量与外延片40的正电极15的中心点接触，两者之间的位置差不能大于5um。其次，在外延片40正电极15的中心点对齐后，要求外延片40的4边BC、CD、DE及EB分别和载体13上金属图案的4边B’’C’’、C’D’、D’’E’’及E’B’平行对齐。另外，如果在无法确定外延片40正电极15的中心点与第五焊盘35上的焊料球12的位置关系时，也可通过外延片40的4边（BC、CD、DE及EB）和载体13上金属图案的4边（B’’C’’、C’D’、D’’E’’及E’B’）对齐、平行，且确保每对平行边的间距相同，从而可以保证外延片40位于载体13上金属图案的正中心。
请参阅图4至图9，本发明还提供一种带载体的高速雪崩光电探测器芯片的制作方法，包括以下步骤：
步骤1、提供一衬底18，并采用有机金属化学气相沉积法在所述衬底18上依次形成缓冲层19、吸收层20、过渡层21、场控层22、顶层23及接触层24。
所述衬底18为n型Fe掺杂的半绝缘InP衬底；所述缓冲层19为掺杂浓度大于1×1018cm-3的InP缓冲层，所述缓冲层19的厚度大于2um且小于10um；所述吸收层20为掺杂浓度低于5×1014cm-3的InGaAs吸收层，所述吸收层20的厚度D4大于0.5um且小于1.5um；所述过渡层21为InGaAsP过渡层，所述过渡层21的厚度大于0.02um且小于0.05um，所述过渡层21的截止波长分别为1.45um、1.25um和1.05um；所述场控层22为掺杂浓度大于1×1017cm-3的InP场控层，所述场控层22的厚度大于0.05um且小于0.1um；所述顶层23为掺杂浓度小于5×1014cm-3的InP顶层，所述顶层23的厚度大于2um且小于5um；所述接触层24为InGaAsP接触层，所述接触层24的厚度大于0.05um且小于0.2um，所述接触,24的截止波长为1.05um。步骤2、在所述接触层24上沉积SiNx或SiO2，以形成钝化膜，并蚀刻成两同心圆，对两同心圆进行两次Zn扩散工艺，以形成扩散倍增区41和扩散保护环42，所述扩散倍增区41的半径大于15um且小于30um。
所述扩散倍增区41和扩散保护环42构成扩散区25。
步骤3、采用湿法腐蚀方式形成一呈圆环形的N型腐蚀槽27，所述N型腐蚀槽27由接触层24延伸至缓冲层19上，采用电子束蒸发或热蒸发方式沉积金属材料以形成负电极14与正电极15。
该步骤中采用等离子体增强化学气相沉积法淀积形成厚度大于0.3um的扩散区保护膜，并采用光刻和湿法腐蚀或RIE刻蚀的方法，在该保护膜上制作一个圆环作为芯片N型腐蚀槽的开孔区，之后再形成N型腐蚀槽27。在该步骤中采用的腐蚀液为HBr。
为了使正电极15和负电极14能够位于外延片40的同一面上，采用湿法腐蚀方式形成腐蚀深度达到缓冲层19的N型腐蚀槽27，然后在N型腐蚀槽27上采用通常的蒸发和光刻腐蚀工艺制作形成负电极14。
所述正电极15由P型接触金属材料通过电子束蒸发或热蒸发的方式形成，所述负电极14由N型接触金属材料通过电子束蒸发或热蒸发的方式形成，所述P型接触金属材料由钛（Ti）、铂（Pt）、铬（Cr）或金（Au）中一种或几种构成，所述N型接触金属材料包括金。
步骤4、采用湿法腐蚀或RIE工艺在衬底底部形成微透镜16，并在微透镜16表面形成增透膜17，从而形成一外延片40。
该步骤中还包括采用芯片背面减薄工艺，将外延片40的厚度H1减薄到100um至150um之间，并采用化学抛光工艺，对外延片40背面进行抛光处理。之后，在外延片40背面采用等离子体增强化学气相沉积法沉积形成厚度大于0.2um且小于0.6um的SiNx或SiO2保护膜（未图示）。
所述微透镜16呈圆形，其半径R2大于50um且小于100um，所述微透镜16采用湿法InP非选择性蚀工艺或RIE工艺形成；所述增透膜17采用等离子体增强化学气相沉积法（PECVD）沉积而形成，所述增透膜17为SiNx增透膜，所述增透膜17的折射率为1.95~1.98，所述增透膜17的厚度大于0.15um且小于0.19um。
步骤5、提供一载体13和五个焊接球12，通过光刻和湿法腐蚀方法在该载体表面形成金属图案，利用五个焊接球12将所述外延片40采用倒装焊工艺焊接于形成有金属图案的载体13上。
所述载体13为陶瓷载体，具体由ALN或AL2O3构成。
所述载体13正面上有通过蒸发和光刻工艺形成的金属图案，该金属图案由钛、铂、铬和金中一种或几种构成。所述金属图案包括：第一至第五焊盘31、32、33、34、35及第一至第四焊接区29、35、28、36，所述第一至第五焊盘31、32、33、34、35均呈圆形，所述第一至第五焊盘31、32、33、34、35的半径均大于10um且小于50um，所述第一与第二焊盘31、32与所述第一焊接区29连接，所述第五圆盘35与所述第三焊接区28连接，所述第一与第二焊盘31、32用于与所述负电极14连接，所述第五圆盘35用于与所述正电极15连接，第三焊盘33与第四焊盘34上的焊接球12用来平衡支撑外延片40，而第一焊接区29与第三焊接区28用于与高速雪崩光电探测器芯片正、负电极连接。所述焊接球12的半径R1大于10um且小于50um，可以确保焊接后，外延片40与载体13之间的距离D3大于10um。所述焊接球12为AuSn焊接球，其中金与锡（Sn）的比例为80:20。所述焊接球12具体数量对应焊盘的数量。
综上所述，本发明提供一种带载体的高速雪崩光电探测器芯片及其制作方法，通过采用特殊设计的外延片结构，缩短了芯片光生载流子在雪崩光电探测器芯片内的渡越时间；通过采用半径大于15um且小于30um的扩散源区（扩散倍增区）结构，降低了雪崩光电探测器芯片的结电容；通过在外延片背面集成微透镜，解决了雪崩光电探测器芯片PN结过小所导致的耦合效率低的问题，提升雪崩光电探测器芯片的耦合效率；通过采用倒装焊工艺将外延片焊接于载体上，使由于雪崩光电探测器芯片吸收层过短而造成的未完全吸收的入射光穿过吸收层后，给正电极背面反射回吸收层，进行二次吸收，从而相当于增加了1倍的吸收层厚度，从而解决为了提升雪崩光电探测器芯片速率缩短吸收层厚度而造成的响应度低，进而造成的雪崩光电探测器芯片在应用过程中的接收灵敏度低的问题，提升了响应度，进而提升接收灵敏度，同时成功地降低了芯片的整体分布参数，有利于芯片传输速率的提升。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种带载体的高速雪崩光电探测器芯片，其特征在于，包括：载体、焊接于所述载体上的数个焊接球以及采用倒装方式焊接于所述数个焊接球上的外延片，所述外延片包括：衬底、形成于所述衬底上的缓冲层、形成于所述缓冲层上的吸收层、形成于所述吸收层上的过渡层、形成于所述过渡层上的场控层、形成于所述场控层上的顶层、形成于所述顶层上的接触层、形成于所述顶层和接触层中的扩散区、形成于所述扩散区上的正电极、形成于所述接触层及缓冲层上的负电极、形成于所述衬底底部的微透镜、以及形成于所述微透镜表面的增透膜，所述正电极及负电极焊接于所述数个焊接球上，所述扩散区包括同心设置的扩散倍增区和扩散保护环，所述扩散倍增区的半径大于15um且小于30um。
2.根据权利要求1所述的带载体的高速雪崩光电探测器芯片，其特征在于，所述正电极由P型接触金属材料通过电子束蒸发或热蒸发的方式形成，所述负电极由N型接触金属材料通过电子束蒸发或热蒸发的方式形成，所述P型接触金属材料由钛、铂、铬和金中一种或几种构成，所述N型接触金属材料包括金。
3.根据权利要求1所述的带载体的高速雪崩光电探测器芯片，其特征在于，所述衬底为n型Fe掺杂的半绝缘InP衬底；所述缓冲层为掺杂浓度大于1×1018cm-3的InP缓冲层，所述缓冲层的厚度大于2um且小于10um；所述吸收层为掺杂浓度低于5×1014cm-3的InGaAs吸收层，所述吸收层的厚度大于0.5um且小于1.5um；所述过渡层为InGaAsP过渡层，所述过渡层的厚度大于0.02um且小于0.05um，所述过渡层的截止波长分别为1.45um、1.25um和1.05um；所述场控层为掺杂浓度大于1×1017cm-3的InP场控层，所述场控层的厚度大于0.05um且小于0.1um；所述顶层为掺杂浓度小于5×1014cm-3的InP顶层，所述顶层的厚度大于2um且小于5um；所述接触层为InGaAsP接触层，所述接触层的厚度大于0.05um且小于0.2um，所述接触层的截止波长为1.05um。
4.根据权利要求1所述的带载体的高速雪崩光电探测器芯片，其特征在于，所述微透镜采用湿法InP非选择性蚀工艺或RIE工艺形成，所述增透膜采用等离子体增强化学气相沉积法沉积而形成，所述增透膜为SiNx增透膜，所述增透膜的折射率为1.95~1.98，所述增透膜的厚度大于0.15um且小于0.19um。
5.根据权利要求1所述的带载体的高速雪崩光电探测器芯片，其特征在于，所述载体为陶瓷载体，所述载体正面上有通过蒸发和光刻工艺形成的金属图案，所述金属图案包括：第一至第五焊盘及第一至第四焊接区，所述第一至第五焊盘均呈圆形，所述第一至第五焊盘的半径大于10um且小于50um，所述第一与第二焊盘与所述第一焊接区连接，所述第五圆盘与所述第三焊接区连接，所述第一与第二焊盘用于与所述负电极连接，所述第五圆盘用于与所述正电极连接；所述焊接球的半径大于10且小于50um，所述焊接球的数量为五个。
6.一种带载体的高速雪崩光电探测器芯片的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、提供一衬底，并采用有机金属化学气相沉积法在所述衬底上依次形成缓冲层、吸收层、过渡层、场控层、顶层及接触层；
步骤2、在所述接触层上沉积SiNx或SiO2，以形成钝化膜，并蚀刻成两同心圆，对两同心圆进行两次Zn扩散工艺，以形成扩散倍增区和扩散保护环，所述扩散倍增区的半径大于15um且小于30um；
步骤3、采用湿法腐蚀方式形成一呈圆环形的N型腐蚀槽，所述N型腐蚀槽由接触层延伸至缓冲层上，采用电子束蒸发或热蒸发方式沉积金属材料以形成负电极与正电极；
步骤4、采用湿法腐蚀或RIE工艺在衬底底部形成微透镜，并在衬底底部及微透镜表面形成增透膜，从而形成一外延片；
步骤5、提供一载体和五个焊接球，通过光刻和湿法腐蚀方法在该载体表面形成金属图案，利用五个焊接球将所述外延片采用倒装焊工艺焊接于形成有金属图案的载体上。
7.根据权利要求6所述的带载体的高速雪崩光电探测器芯片的制作方法，其特征在于，在该步骤3中，所述正电极由P型接触金属材料通过电子束蒸发或热蒸发的方式形成，所述负电极由N型接触金属材料通过电子束蒸发或热蒸发的方式形成，所述P型接触金属材料由钛、铂、铬和金中一种或几种构成，所述N型接触金属材料包括金。
8.根据权利要求6所述的带载体的高速雪崩光电探测器芯片的制作方法，其特征在于，所述衬底为n型Fe掺杂的半绝缘InP衬底；所述缓冲层为掺杂浓度大于1×1018cm-3的InP缓冲层，所述缓冲层的厚度大于2um且小于10um；所述吸收层为掺杂浓度低于5×1014cm-3的InGaAs吸收层，所述吸收层的厚度大于0.5um且小于1.5um；所述过渡层为InGaAsP过渡层，所述过渡层的厚度大于0.02um且小于0.05um，所述过渡层的截止波长分别为1.45um、1.25um和1.05um；所述场控层为掺杂浓度大于1×1017cm-3的InP场控层，所述场控层的厚度大于0.05um且小于0.1um；所述顶层为掺杂浓度小于5×1014cm-3的InP顶层，所述顶层的厚度大于2um且小于5um；所述接触层为InGaAsP接触层，所述接触层的厚度大于0.05um且小于0.2um所述接触层的截止波长为1.05um。
9.根据权利要求6所述的带载体的高速雪崩光电探测器芯片的制作方法，其特征在于，所述微透镜采用湿法InP非选择性蚀工艺或RIE工艺形成，所述增透膜采用等离子体增强化学气相沉积法沉积而形成，所述增透膜为SiNx增透膜，所述增透膜的折射率为1.95~1.98，所述增透膜的厚度大于0.15um且小于0.19um。
10.根据权利要求6所述的带载体的高速雪崩光电探测器芯片的制作方法，其特征在于，所述载体为陶瓷载体，所述载体正面上有通过蒸发和光刻工艺形成的金属图案，所述金属图案包括：第一至第五焊盘及第一至第四焊接区，所述第一至第五焊盘均呈圆形，所述第一至第五焊盘的半径大于10um且小于50um，所述第一与第二焊盘与所述第一焊接区连接，所述第五圆盘与所述第三焊接区连接，所述第一与第二焊盘用于与所述负电极连接，所述第五圆盘用于与所述正电极连接；所述焊接球的半径大于10且小于50um。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |