CN106098836B - 通讯用雪崩光电二极管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种通讯用雪崩光电二极管及其制备方法，所述雪崩光电二极管的外延结构由底层向上具体包括：半绝缘InP衬底、n型分布反馈反射层、n‑InP电阻接触层、i‑InGaAs吸收层、n‑InGaAsP渐变层、n‑InP控制层、i‑InP倍增层、p‑InP窗口层、重掺杂p‑InGaAs电阻接触层和抗反射介质层，其中，所述雪崩光电二极管为通过光刻和刻蚀技术形成台面结构的垂直型正入射雪崩光电二极管。本发明通讯用雪崩光电二极管在满足高响应度的同时实现容易制造、耗电低、稳定性高的性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种通讯用雪崩光电二极管，尤其涉及一种高响应度雪崩光电二极管。
背景技术
随着网络信息产业的不断发展壮大，城区与城区之间的通讯更加紧密，意味着要实现遥远城区之间的通讯以及长途信息传输，因此需要不断提高现有的光传输速率。如今，高速率的光接收机有两种，一种为PIN光电二极管，另一种为雪崩光电二极管(APD)，相较于PIN原理而言，APD是一种具有内部光电流增益的半导体光电子器件，它应用光生载流子在耗尽层内的碰撞电离效应而获得光电流的雪崩倍增效应。因此，APD在2.5Gb/s和10Gb/s的接收速率较PIN分别高出7dB、5-6dB。
然而光通信系统速率的不断提高，APD的量子效率与带宽之间的矛盾变得明显。为了提高雪崩光电二极管的频率响应，需要减小吸收层的厚度，但吸收层厚度的减薄将会降低雪崩光电二极管的外量子效率，即降低了探测器的响应度，从而影响雪崩光电二极管的探测灵敏度。因此，制备具有高响应度的高速雪崩光电二极管变得尤为重要。
为了制得具有高响应度的高速雪崩光电二极管，申请号为201510547504的中国专利提出一种采用背入射方式的雪崩光电二极管，通过衬底剥离技术，实现功能层与衬底的分离，削减了衬底对入射光的吸收，采用增透膜和高反射率金属层相结合的方法，提高入射光的利用率。然而，背入射式雪崩光电二极管的产量相对较低，因为，通常许多工序是在基板被淹没变薄之后在APD本体的背面执行的。此外，背入射式APD封装成本相对较高。
现有技术提供了另外一种侧面入射式的雪崩光电二极管，其主要是让光从侧面耦合到雪崩光电二极管的波导中，利用渐变波导将光耦合进雪崩光电二极管的吸收层，使光在吸收层中横向传播，提高了光吸收长度。但由于生长波导的工艺的复杂性，不仅生长成本高，而且需要精确控制每一步步骤。
现有技术还提出将有源器件结构置于两个1/4 波长薄膜堆栈构成的分布布拉格反射镜中间，符合谐振条件的光线在腔内可以多次反射，增加吸收长度， 这样就能在减薄吸收层厚度的同时得到较高的响应度，但这样做的成本不仅较高，同时由于分布布拉格反射镜的加入导致芯片电阻变大，增大了电路时间常数RC，影响芯片响应带宽。此外，分布布拉格反射镜兼具电流通道时，所产生的焦耳热将影响DBR的反射特性和芯片的可靠性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通讯用雪崩光电二极管及其制备方法，旨在用于解决现有的高响应度的雪崩光电二极管制造困难、成本高、稳定性低的问题。
本发明是这样实现的：
本发明提供一种通讯用雪崩光电二极管，其特征在于，所述雪崩光电二极管的外延结构由底层向上具体包括：半绝缘InP衬底、n型分布反馈反射层、n-InP电阻接触层、i-InGaAs吸收层、n-InGaAsP渐变层、n-InP控制层、i-InP倍增层、p-InP窗口层、重掺杂p-InGaAs电阻接触层和抗反射介质层，其中，所述雪崩光电二极管为通过光刻和刻蚀技术形成台面结构的垂直型正入射雪崩光电二极管。
进一步地，所述台面结构为从p-InP窗口层刻蚀至n-InP电阻接触层形成。
本发明还提供一种通讯用雪崩光电二极管的制备方法，包括以下步骤：
(1) 生长外延片，包括在半绝缘InP衬底上生长n型分布反馈反射层，随后在其上依次生长n-InP电阻接触层、i-InGaAs吸收层、n-InGaAsP渐变层、n-InP控制层、i-InP倍增层、p-InP窗口层、重掺杂p-InGaAs电阻接触层和抗反射介质层；
(2) 从p-InP窗口层至n-InP电阻接触层刻蚀台面结构；
(3) 在外延片表面及侧壁形成钝化层；
(4) 利用沉积、光刻和刻蚀技术在p-InGaAs电阻接触层上制备光学增透膜并图形化，为电极制备做准备；
(5)在n-InP电阻接触层和p-InGaAs电阻接触层上形成金属层，并分别制备n型电极和p型电极并退火形成良好的欧姆接触。
进一步地，所述n型分布反馈反射层的材料为InGaAsP/InP或者GaAs/AlAs或者In0.2Ga0.8As/In0.8Al0.2AS或者AlGaInAs/Al0.48In0.52As。
进一步地，所述n型分布反馈反射层的对数在5-15对之间。
进一步地，所述台面结构的底部在n-InP电阻接触层和i-InGaAs吸收层的交接处。
进一步地，所述钝化层采用低介电常数的聚合物材料。
进一步地，所述钝化层采用的聚合物材料为甲基环戊烯醇酮或者聚亚酰胺。
进一步地，图形化的光学增透膜的直径在30微米-42微米之间。
进一步地，所述n型电极材料采用Ti/Pd/Au，p型电极材料采用Au/Zn。
本发明具有以下有益效果：
本发明通讯用雪崩光电二极管将n型分布反馈反射层置于n-InP电阻接触层之下，使得n型分布反馈反射层不作电流通道，减小了芯片电阻，从而减小电路时间常数，同时也避免其电阻的焦耳热影响分布反馈布拉格反射镜的反射性能和芯片的可靠性，在满足高响应度的同时实现雪崩光电二极管容易制造、耗电低、稳定性高的性能。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种通讯用雪崩光电二极管的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1，本发明实施例提供一种通讯用雪崩光电二极管，所述雪崩光电二极管的外延结构由底层向上具体包括：半绝缘InP衬底、n型分布反馈反射层、n-InP电阻接触层、i-InGaAs吸收层、n-InGaAsP渐变层、n-InP控制层、i-InP倍增层、p-InP窗口层、重掺杂p-InGaAs电阻接触层和抗反射介质层，其中，所述雪崩光电二极管为通过光刻和刻蚀技术形成台面结构的垂直型正入射雪崩光电二极管。所述台面结构为从p-InP窗口层刻蚀至n-InP电阻接触层形成。将n型分布反馈反射层置于n-InP电阻接触层之下，使得n型分布反馈反射层不作电流通道，减小了芯片电阻，从而减小电路时间常数，同时也避免其电阻的焦耳热影响n型分布反馈反射层的反射性能和芯片的可靠性。
本发明实施例还提供一种通讯用雪崩光电二极管的制备方法，包括以下步骤：
(1) 生长外延片，包括在半绝缘InP衬底上生长n型分布反馈反射层，随后在其上依次生长n-InP电阻接触层、i-InGaAs吸收层、n-InGaAsP渐变层、n-InP控制层、i-InP倍增层、p-InP窗口层、重掺杂p-InGaAs电阻接触层和抗反射介质层；
(2) 从p-InP窗口层至n-InP电阻接触层刻蚀台面结构；
(3) 在外延片表面及侧壁形成钝化层；
(4) 利用沉积、光刻和刻蚀技术在p-InGaAs电阻接触层上制备光学增透膜并图形化，为电极制备做准备；
(5)在n-InP电阻接触层和p-InGaAs电阻接触层上形成金属层，并分别制备n型电极和p型电极并退火形成良好的欧姆接触。
其中，所述n型分布反馈反射层的材料为InGaAsP/InP或者GaAs/AlAs或者In0.2Ga0.8As/In0.8Al0.2AS或者AlGaInAs/Al0.48In0.52As，所述n型分布反馈反射层的对数在5-15对之间。所述台面结构的底部在n-InP电阻接触层和i-InGaAs吸收层的交接处。所述钝化层采用低介电常数的聚合物材料，优选为为甲基环戊烯醇酮或者聚亚酰胺。所述光学增透膜采用SiNX增透膜，图形化的光学增透膜的直径在30微米-42微米之间。所述n型电极材料采用Ti/Pd/Au，p型电极材料采用Au/Zn。
外延片生长完成之后，干法湿法刻蚀外延片至露出 i-InGaAs吸收层与n-InP电阻接触层交接处为止。随后，在外延片表面及侧壁涂覆一层具有低介电常数的聚合物薄膜作为钝化膜。利用PECVD（等离子体增强化学气相沉积法）在台面结构上生长SiNX增透膜，利用掩膜版并通过光刻工艺将SiNX增透膜非光敏面处的氮化硅刻蚀掉，使p-InGaAs电极接触环和n-InP电极接触环露出。首先利用光刻在光刻胶层露出 p-InGaAs电极接触环，蒸镀Au/Zn作为金属p型电极，随后再次利用光刻在光刻胶处露出n-InP电极接触环，蒸镀Ti/Pt/Au作为n型电极，在一定温度下快速热退火形成欧姆接触。最后划片进行器件性能测试。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种通讯用雪崩光电二极管，其特征在于，所述雪崩光电二极管的外延结构由底层向上具体包括：半绝缘InP衬底、n型分布反馈反射层、n-InP电阻接触层、i-InGaAs吸收层、n-InGaAsP渐变层、n-InP控制层、i-InP倍增层、p-InP窗口层、重掺杂p-InGaAs电阻接触层和抗反射介质层，其中，所述雪崩光电二极管为通过光刻和刻蚀技术形成台面结构的垂直型正入射雪崩光电二极管。
2.如权利要求1所述的通讯用雪崩光电二极管，其特征在于：所述台面结构为从p-InP窗口层刻蚀至n-InP电阻接触层形成。
3.一种通讯用雪崩光电二极管的制备方法，包括以下步骤：
(1) 生长外延片，包括在半绝缘InP衬底上生长n型分布反馈反射层，随后在其上依次生长n-InP电阻接触层、i-InGaAs吸收层、n-InGaAsP渐变层、n-InP控制层、i-InP倍增层、p-InP窗口层、重掺杂p-InGaAs电阻接触层和抗反射介质层；
(2) 从p-InP窗口层至n-InP电阻接触层刻蚀台面结构；
(3) 在外延片表面及侧壁形成钝化层；
(4) 利用沉积、光刻和刻蚀技术在p-InGaAs电阻接触层上制备光学增透膜并图形化，为电极制备做准备；
(5)在n-InP电阻接触层和p-InGaAs电阻接触层上形成金属层， 并分别制备n型电极和p型电极并退火形成良好的欧姆接触；
所述n型分布反馈反射层的材料为InGaAsP/InP，所述n型分布反馈反射层的对数在5-15对之间。
4.如权利要求3所述的通讯用雪崩光电二极管的制备方法，其特征在于：所述台面结构的底部在n-InP电阻接触层和i-InGaAs吸收层的交接处。
5.如权利要求3所述的通讯用雪崩光电二极管的制备方法，其特征在于：所述钝化层采用低介电常数的聚合物材料。
6.如权利要求5所述的通讯用雪崩光电二极管的制备方法，其特征在于：所述钝化层采用的聚合物材料为甲基环戊烯醇酮或者聚亚酰胺。
7.如权利要求3所述的通讯用雪崩光电二极管的制备方法，其特征在于：图形化的光学增透膜的直径在30微米-42微米之间。
8.如权利要求3所述的通讯用雪崩光电二极管的制备方法，其特征在于：所述n型电极材料采用Ti/Pd/Au，p型电极材料采用Au/Zn。
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|---|---|---|---|---|
| CN101271935A (zh) * | 2008-04-01 | 2008-09-24 | 武汉电信器件有限公司 | 高速平面雪崩光电二极管 |
| CN101350378A (zh) * | 2007-07-18 | 2009-01-21 | Jds尤尼弗思公司 | 具有横向扩散结的台面型光电探测器 |
| CN101436621A (zh) * | 2007-11-14 | 2009-05-20 | Jds尤尼弗思公司 | 前照式雪崩光电二极管 |
| CN105720130A (zh) * | 2015-07-10 | 2016-06-29 | 中国科学院物理研究所 | 基于量子阱带间跃迁的光电探测器 |
-
2016
- 2016-08-19 CN CN201610691962.5A patent/CN106098836B/zh active Active
Patent Citations (4)
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