CN115347060A - 一种波导探测器及其制备方法 - Google Patents
一种波导探测器及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115347060A CN115347060A CN202110530367.4A CN202110530367A CN115347060A CN 115347060 A CN115347060 A CN 115347060A CN 202110530367 A CN202110530367 A CN 202110530367A CN 115347060 A CN115347060 A CN 115347060A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- waveguide
- layer
- contact
- substrate
- optical signal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 71
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 61
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 44
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims abstract description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 25
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 14
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 12
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 9
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 claims description 6
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 168
- 230000008569 process Effects 0.000 description 13
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 5
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910000577 Silicon-germanium Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 4
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 4
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 4
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LEVVHYCKPQWKOP-UHFFFAOYSA-N [Si].[Ge] Chemical compound [Si].[Ge] LEVVHYCKPQWKOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003667 anti-reflective effect Effects 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 2
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 2
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 2
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 2
- 238000000103 photoluminescence spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 2
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 230000008094 contradictory effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000005525 hole transport Effects 0.000 description 1
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 1
- 238000007517 polishing process Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0232—Optical elements or arrangements associated with the device
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
- G02B6/1228—Tapered waveguides, e.g. integrated spot-size transformers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
- H01L31/105—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PIN type
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
本发明实施例公开了一种波导探测器及其制备方法。所述波导探测器包括：衬底；位于所述衬底上的探测器结构；所述探测器结构包括沿第一方向依次设置的第一接触层、吸收层和第二接触层；位于所述衬底上的波导结构；所述波导结构设置于所述吸收层的侧壁的外侧，且与所述吸收层的侧壁相接触；所述波导结构用于接收光信号，并将接收到的光信号传递至所述吸收层；其中，所述第一方向平行于所述衬底平面。
Description
技术领域
本发明涉及芯片制造领域，尤其涉及一种波导探测器及其制备方法。
背景技术
随着5G通信技术的发展，光通信网络已经面向100Gbit/s、甚至400Gbit/s。这样高速通信系统对半导体光电探测器的需求也从传统10Gbit/s速率提升到25Gbit/s以上，而且探测器的光饱和和灵敏度也是关注的焦点。然而，现有的波导探测器存在光饱和度和灵敏度低且制作工艺复杂等缺点，因此有待进一步的改进。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种波导探测器及其制备方法。
根据本发明实施例的第一方面，提供了一种波导探测器，其特征在于，包括：
衬底；
位于所述衬底上的探测器结构；所述探测器结构包括沿第一方向依次设置的第一接触层、吸收层和第二接触层；
位于所述衬底上的波导结构；所述波导结构设置于所述吸收层的侧壁的外侧，且与所述吸收层的侧壁相接触；所述波导结构用于接收光信号，并将接收到的光信号传递至所述吸收层；其中，所述第一方向平行于所述衬底平面。
在一些实施例中，所述波导结构包括第一波导区和第二波导区；所述第一波导区位于所述吸收层与所述第二波导区之间且与所述吸收层相接触；所述波导结构通过第二波导区接收光信号，并将接收到的光信号传递至所述第一波导区。
在一些实施例中，沿光信号的传递方向，所述第二波导区的宽度变窄，所述第一波导区的宽度不变。
在一些实施例中，所述波导探测器还包括：
缓冲层，所述缓冲层设置在所述吸收层和所述第一接触层之间。
在一些实施例中，所述波导探测器还包括：
与所述波导结构相接触的增透膜，所述增透膜位于所述波导结构的远离所述吸收层的一侧上。
根据本发明实施例的第二方面，提供一种波导探测器的制备方法，其特征在于，包括：
提供衬底；
形成位于所述衬底上的探测器结构；所述探测器结构包括沿第一方向依次设置的第一接触层、吸收层和第二接触层；
形成位于所述衬底上的波导结构；所述波导结构设置于所述吸收层的侧壁的外侧，且与所述吸收层的侧壁相接触；所述波导结构用于接收光信号，并将接收到的光信号传递至所述吸收层；其中，所述第一方向平行于所述衬底平面。
在一些实施例中，所述波导结构包括第一波导区和第二波导区；所述第一波导区位于所述吸收层与所述第二波导区之间且与所述吸收层相接触；所述波导结构通过第二波导区接收光信号，并将接收到的光信号传递至所述第一波导区。
在一些实施例中，沿光信号的传递方向，所述第二波导区的宽度变窄，所述第一波导区的宽度不变。
在一些实施例中，所述方法还包括：
形成缓冲层，所述缓冲层设置在所述吸收层和所述第一接触层之间。
在一些实施例中，所述方法还包括：
形成与所述波导结构相接触的增透膜，所述增透膜位于所述波导结构的远离所述吸收层的一侧上。
本发明实施例中，一方面通过将第一接触层和第二接触层设置成水平结构，如此可简化制作工艺，也可精确控器件的制作过程；另一方面波导结构直接与吸收层接触，避免了形成双层台型波导结构，优化了工艺。本发明实施例提供的波导探测器具有高带宽、高饱和光电流和高灵敏度且工艺简单。
附图说明
图1a为传统垂直入射的光电探测器的结构示意图；
图1b为传统波导探测器的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的波导探测器的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的波导探测器的芯片外观图，
图4为本发明实施例提供的波导探测器的制备方法的流程示意图；
图5a至5g为本发明实施例提供的波导探测器在制备过程中的器件结构示意图。
附图标记说明：
11、21、100-衬底；
12-N型接触电极；14-P型接触区；15-P型接触电极；
22-光纤耦合波导；23-模斑转化波导；
24、200-探测器结构；201-第一接触层；202-缓冲层；13、203-吸收层；204-第二接触层；
300-波导结构；301-第一波导区；302-第二波导区；
400-增透膜；
500-包覆层；
601-第一接触焊盘；602-第二接触焊盘；
700-绝缘层。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明，而不应被这里阐述的具体实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述；即，这里不描述实际实施例的全部特征，不详细描述公知的功能和结构。
在附图中，为了清楚，层、区、元件的尺寸以及其相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。
应当明白，当元件或层被称为“在……上”、“与……相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在……上”、“与……直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。而当讨论的第二元件、部件、区、层或部分时，并不表明本发明必然存在第一元件、部件、区、层或部分。
空间关系术语例如“在……下”、“在……下面”、“下面的”、“在……之下”、“在……之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在……下面”和“在……下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
在相关技术中，如图1a所示，传统垂直入射的光电探测器包括衬底11、N型接触电极12、吸收层13、P型接触区14和P型接触电极15。该光电探测器的速率在超过25Gbit/s时，因为响应度、带宽和电容之间的矛盾限制，速率已经无法提高，抗大功率光冲击和饱和问题也因吸收层过薄而无法解决。因此，后续使用了波导探测器，波导探测器采取光波水平入射，载流子垂直运动，吸收层不再是这些参数的矛盾焦点，克服了上述的困难。
然而，如图1b所示，传统波导探测器包括衬底21、光纤耦合波导22、模斑转化波导23和探测器结构24。传统波导探测器采用垂直PN结结构，波导在水平方向和探测器结构24中的吸收层存在高度差，如果要保证耦合效率，需要采取倏逝波耦合型波导结构，包含有光纤耦合波导22和模斑转化波导23，因此，波导层需要刻蚀双层台型。另外，探测器的PN结也要进行台型刻蚀，所以工艺很复杂，整个探测器工艺无法精确控制。
基于此，本发明实施例提供了一种波导探测器。图2为本发明实施例提供的波导探测器的结构示意图。
参见图2，所述波导探测器包括：衬底100；位于所述衬底100上的探测器结构200；所述探测器结构200包括沿第一方向依次设置的第一接触层201、吸收层203和第二接触层204；位于所述衬底100上的波导结构300；所述波导结构300设置于所述吸收层203的侧壁的外侧，且与所述吸收层203的侧壁相接触；所述波导结构300用于接收光信号，并将接收到的光信号传递至所述吸收层203；其中，所述第一方向平行于所述衬底100平面。
本发明实施例中，一方面通过将第一接触层和第二接触层设置成水平结构，如此可简化制作工艺，也可精确控器件的制作过程；另一方面波导结构直接与吸收层接触，避免了形成双层台型波导结构，优化了工艺。本发明实施例提供的波导探测器具有高带宽、高饱和光电流和高灵敏度且工艺简单。
在一实施例中，所述衬底可以为单质半导体材料衬底(例如为硅(Si)衬底、锗(Ge)衬底等)、复合半导体材料衬底(例如为锗硅(SiGe)衬底等)、或绝缘体上硅(SOI)衬底、绝缘体上锗(GeOI)衬底等。本发明实施例提供的衬底为InP掺Fe半绝缘衬底。
这里，衬底可以包括处于正面的顶表面以及处于与正面相对的背面的底表面，而衬底顶表面和底表面所在的面，或者严格意义上讲衬底厚度方向上的中心面，即确定为衬底平面。
在一实施例中，所述波导探测器包括位于所述衬底100上的探测器结构200；所述探测器结构200包括沿第一方向依次设置的第一接触层201、吸收层203和第二接触层204；其中，所述第一方向平行于所述衬底100平面。应当明白，当多个元件被称为“依次设置”时，这些元件之间仍可以允许存在居间的元件或层。
所述第一接触层201为N+型InP接触层，所述吸收层203为I型InGaAs光吸收层，所述第二接触层204为P+型InGaAs接触层。
所述第一接触层201的掺杂浓度为1×1018/cm3～3×1018/cm3，所述吸收层203的掺杂浓度小于5×1015/cm3，所述第二接触层204的掺杂浓度的范围为1×1018/cm3～3×1018/cm3。
所述第一接触层201沿第一方向的尺寸为0.3μm，沿第二方向的尺寸为20μm，沿第三方向的尺寸为5μm。这里，所述第二方向为垂直于所述第一方向且平行于所述衬底平面的方向，所述第三方向为垂直于所述衬底平面的方向。需要解释的是，在本发明实施例中，沿第一方向的尺寸即为宽度，沿第二方向的尺寸即为长度，沿第三方向的尺寸即为高度。
所述吸收层203沿第一方向的尺寸为0.6μm，沿第二方向的尺寸为20μm，沿第三方向的尺寸为5μm。
所述第二接触层204沿第一方向的尺寸为0.15μm，沿第二方向的尺寸为20μm，沿第三方向的尺寸为5μm。
在一实施例中，所述波导探测器包括位于所述衬底上的波导结构300；所述波导结构300设置于所述吸收层203的侧壁的外侧，且与所述吸收层203的侧壁相接触；所述波导结构300用于接收光信号，并将接收到的光信号传递至所述吸收层203。
所述波导结构300为InP/InGaAsP周期波导结构，其中，InP/InGaAsP的周期数为10。
所述波导结构300的掺杂浓度小于5×1015/cm3，InGaAsP的PL(photoluminescence，光致发光光谱)峰值为1.18μm。
在一实施例中，所述波导结构300包括第一波导区301和第二波导区302；所述第一波导区301位于所述吸收层203与所述第二波导区302之间且与所述吸收层203相接触；所述波导结构300通过第二波导区302接收光信号，并将接收到的光信号传递至所述第一波导区301。
在一实施例中，沿光信号的传递方向，所述第二波导区302的宽度变窄，所述第一波导区301的宽度不变。
沿光信号的传递方向，所述波导结构300沿第一方向的尺寸，即宽度从3μm过渡到0.6μm，即沿光信号的传递方向，所述第二波导区302沿第一方向的尺寸从3μm逐渐缩小到0.6μm，所述第一波导区301沿第一方向的尺寸为0.6μm。所述波导结构300沿第二方向的尺寸，即长度为450μm，沿第三方向的尺寸，即高度为5μm，其中，所述波导结构300中的InP和InGaAsP沿第三方向的尺寸分别为0.45μm和0.05μm。这种结构的波导结构，可以很好实现波长为1.3-1.5μm的光波的传输。当波导结构的宽度从3μm过渡到0.6μm，长度为450μm时，光波可以实现95％的效率传输。
在一实施例中，所述波导探测器还包括：缓冲层202，所述缓冲层202设置在所述吸收层203和所述第一接触层201之间。
当光信号沿着波导结构300传输到探测器结构200的时候，吸收层203产生载流子电子和空穴，在反向电场中，电子向第一接触层201，即N区迁徙，空穴向第二接触层，即P区迁徙。因为电子的迁移速率大于空穴的迁移速率，所以通过增加电子的迁移距离可以使电子迁移时间(τe)接近或者等于空穴迁移时间(τh)。其中，探测器带宽(f)、载流子迁移时间(τ)、RC响应时间(τRC)、真空介电常数(ε0)、相对介电常数(εr)、探测器结构的面积(S)、探测器结构内建电场长度(d)关系式如下：
τ＝max(τh，τe) (2)
τRC＝RC (3)
C＝ε0εrS/d (4)
根据上述公式(1)至公式(4)，可以得到，通过增加缓冲层202，可以不改变载流子的迁移时间，增加探测器结构内建电场长度，从而减少电容，提高探测器带宽。通过该结构实验可以得出，当缓冲层202沿第一方向的尺寸，即宽度为1μm时，电容从100fF降到80fF，-3db的带宽从32GHZ提高到36GHZ。
所述缓冲层202沿第一方向的尺寸范围为0.5μm至1μm，沿第二方向的尺寸为20μm，沿第三方向的尺寸为5μm。
所述缓冲层202为N-型InP缓冲层，掺杂浓度为1×1017/cm3。
在一实施例中，所述波导探测器还包括：与所述波导结构300相接触的增透膜400，所述增透膜400位于所述波导结构300的远离所述吸收层203的一侧上。所述增透膜400有利于增大光线的反射率，提高耦合效率。
所述增透膜400为宽谱增透膜。
图3为本发明实施例提供的波导探测器的芯片外观图，如图3所示，所述波导探测器还包括：包覆层500，所述包覆层500覆盖在所述衬底100上，且覆盖所述探测器结构200和部分所述波导结构300。
所述包覆层500的材料包括但不限于氮化硅或二氧化硅。
所述包覆层500为钝化包覆层。
所述波导探测器还包括：第一接触焊盘601和第二接触焊盘602。所述第一接触焊盘601和所述第二接触焊盘602形成在所述包覆层500上，具体地，所述第一接触焊盘601在所述包覆层500上的位置与所述第一接触层201相对应，所述第二接触焊盘602在所述包覆层500上的位置与所述第二接触层204相对应。所述第一接触焊盘601和所述第二接触焊盘602分别通过窗口与所述第一接触层201和所述第二接触层204连接。
本发明实施例还提供了一种波导探测器的制备方法，具体请参见附图4，如图所示，所述方法包括以下步骤：
步骤401：提供衬底；
步骤402：形成位于所述衬底上的探测器结构；所述探测器结构包括沿第一方向依次设置的第一接触层、吸收层和第二接触层；
步骤403：形成位于所述衬底上的波导结构；所述波导结构设置于所述吸收层的侧壁的外侧，且与所述吸收层的侧壁相接触；所述波导结构用于接收光信号，并将接收到的光信号传递至所述吸收层；其中，所述第一方向平行于所述衬底平面。
下面结合具体实施例对本发明实施例提供的波导探测器的制备方法再作进一步详细的说明。
图5a至5g为本发明实施例提供的波导探测器在制备过程中的器件结构示意图。
首先，参考图5a，执行步骤401，提供衬底100。
所述衬底100可以为单质半导体材料衬底(例如为硅(Si)衬底、锗(Ge)衬底等)、复合半导体材料衬底(例如为锗硅(SiGe)衬底等)、或绝缘体上硅(SOI)衬底、绝缘体上锗(GeOI)衬底等。本发明实施例提供的衬底100为InP掺Fe半绝缘衬底。
接着，参考图5b至图5e，执行步骤402和步骤403。
先参考图5b，在所述衬底100上形成绝缘层700。所述绝缘层700的材料包括但不限于氧化硅。所述绝缘层700沿第三方向的尺寸，即高度为5μm。这里，所述第三方向为垂直于所述衬底平面的方向。
接下来，参考图5c，利用光刻和刻蚀工艺，在绝缘层700中预备要形成第一接触层的位置处刻蚀出沿第一方向的尺寸为0.3μm，沿第二方向的尺寸为20μm的孔洞。这里，所述第一方向平行于所述衬底平面，所述第二方向垂直于所述第一方向且平行于所述衬底平面。
接下来，利用金属化合物气相沉积(MOCVD)或者分子束外延(MBE)工艺在孔洞中选择性生长第一接触层201，直至第一接触层201的高度与所述绝缘层700的高度平齐。
接下来，参考图5d，用缓冲氢氟酸(BOE)除去绝缘层700，以在衬底100上只形成第一接触层201。
所述第一接触层201为N+型InP接触层，掺杂浓度为1×1018/cm3～3×1018/cm3。所述第一接触层201沿第一方向的尺寸为0.3μm，沿第二方向的尺寸为20μm，沿第三方向的尺寸为5μm。
接下来，参考图5e，采用形成所述第一接触层201的工艺，分别形成缓冲层202、吸收层203、第二接触层204和波导结构300。
所述第一接触层201、所述缓冲层202、所述吸收层203和所述第二接触层204组成探测器结构200。
所述第一接触层201、所述缓冲层202、所述吸收层203和所述第二接触层204沿第一方向依次设置。
所述缓冲层202设置在所述吸收层203和所述第一接触层201之间。
所述波导结构300设置于所述吸收层203的侧壁的外侧，且与所述吸收层203的侧壁相接触；所述波导结构300用于接收光信号，并将接收到的光信号传递至所述吸收层203。
所述吸收层203为I型InGaAs光吸收层，掺杂浓度小于5×1015/cm3。所述吸收层203沿第一方向的尺寸为0.6μm，沿第二方向的尺寸为20μm，沿第三方向的尺寸为5μm。
所述缓冲层202为N-型InP缓冲层，掺杂浓度为1×1017/cm3。所述缓冲层202沿第一方向的尺寸范围为0.5μm至1μm，沿第二方向的尺寸为20μm，沿第三方向的尺寸为5μm。
所述第二接触层204为P+型InGaAs接触层，掺杂浓度的范围为1×1018/cm3～3×1018/cm3。所述第二接触层204沿第一方向的尺寸为0.15μm，沿第二方向的尺寸为20μm，沿第三方向的尺寸为5μm。
在一实施例中，所述波导结构300包括第一波导区301和第二波导区302；所述第一波导区301位于所述吸收层203与所述第二波导区302之间且与所述吸收层203相接触；所述波导结构300通过第二波导区302接收光信号，并将接收到的光信号传递至所述第一波导区301。
所述波导结构300为InP/InGaAsP周期波导结构，其中，InP/InGaAsP的周期数为10。
所述波导结构300的掺杂浓度小于5×1015/cm3，InGaAsP的PL(photoluminescence，光致发光光谱)峰值为1.18μm。
在一实施例中，沿光信号的传递方向，所述第二波导区302的宽度变窄，所述第一波导区301的宽度不变。
沿光信号的传递方向，所述波导结构300沿第一方向的尺寸，即宽度从3μm过渡到0.6μm，即沿光信号的传递方向，所述第二波导区302沿第一方向的尺寸从3μm逐渐缩小到0.6μm，所述第一波导区301沿第一方向的尺寸为0.6μm。所述波导结构300沿第二方向的尺寸，即长度为450μm，沿第三方向的尺寸，即高度为5μm，其中，所述波导结构300中的InP和InGaAsP沿第三方向的尺寸分别为0.45μm和0.05μm。这种结构的波导结构，可以很好实现波长为1.3-1.5μm的光波的传输。当波导结构的宽度从3μm过渡到0.6μm，长度为450μm时，光波可以实现95％的效率传输。
接着，参考图5f，在外延片表面形成包覆层500，所述包覆层500覆盖在所述衬底100上，且覆盖所述探测器结构200和部分所述波导结构300。所述包覆层500覆盖所述衬底的部分的高度为6μm至7μm，覆盖所述探测器结构200和部分所述波导结构300的高度为1μm至2μm。
所述包覆层500的材料包括但不限于氮化硅或二氧化硅。
接着，通过光刻和刻蚀工艺，在包覆层500上与第一接触层201和第二接触层204对应的位置，刻蚀除掉该位置处的包覆层，以漏出第一接触层201和第二接触层204。
接着，利用电子束蒸发和剥离工艺，在漏出第一接触层201和第二接触层204的位置处，分别形成第一接触焊盘601和第二接触焊盘602。
所述第一接触焊盘601和所述第二接触焊盘602分别通过窗口与所述第一接触层201和所述第二接触层204连接。
接着，将外延片处于300～360℃下热处理1～3分钟。
接着，采用碾磨抛光(Lapping and CMP)工艺，将外延片减薄抛光到约150μm。具体地，从衬底100的背面进行碾磨抛光工艺，将衬底进行减薄。
接着，将外延片沿晶向[001]方向，解理成500μm的Bar条，其中，端面解理面为镜面。
接着，形成与所述波导结构300相接触的增透膜400，所述增透膜400位于所述波导结构300的远离所述吸收层203的一侧上。
具体的，可采用镀膜工艺，将Bar条上的波导结构的波导入光面镀上波长为1.3-1.5μm，反射率低于5％的增透膜400。
接着，如图5g所示，采用解理工艺，将Bar条解理成300μm×500μm的长方形管芯，即最终形成为300μm×500μm的波导探测器芯片。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，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)
1.一种波导探测器，其特征在于，包括：
衬底；
位于所述衬底上的探测器结构；所述探测器结构包括沿第一方向依次设置的第一接触层、吸收层和第二接触层；
位于所述衬底上的波导结构；所述波导结构设置于所述吸收层的侧壁的外侧，且与所述吸收层的侧壁相接触；所述波导结构用于接收光信号，并将接收到的光信号传递至所述吸收层；其中，所述第一方向平行于所述衬底平面。
2.根据权利要求1所述的波导探测器，其特征在于，
所述波导结构包括第一波导区和第二波导区；所述第一波导区位于所述吸收层与所述第二波导区之间且与所述吸收层相接触；所述波导结构通过第二波导区接收光信号，并将接收到的光信号传递至所述第一波导区。
3.根据权利要求2所述的波导探测器，其特征在于，
沿光信号的传递方向，所述第二波导区的宽度变窄，所述第一波导区的宽度不变。
4.根据权利要求1所述的波导探测器，其特征在于，还包括：
缓冲层，所述缓冲层设置在所述吸收层和所述第一接触层之间。
5.根据权利要求1所述的波导探测器，其特征在于，还包括：
与所述波导结构相接触的增透膜，所述增透膜位于所述波导结构的远离所述吸收层的一侧上。
6.一种波导探测器的制备方法，其特征在于，包括：
提供衬底；
形成位于所述衬底上的探测器结构；所述探测器结构包括沿第一方向依次设置的第一接触层、吸收层和第二接触层；
形成位于所述衬底上的波导结构；所述波导结构设置于所述吸收层的侧壁的外侧，且与所述吸收层的侧壁相接触；所述波导结构用于接收光信号，并将接收到的光信号传递至所述吸收层；其中，所述第一方向平行于所述衬底平面。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，
所述波导结构包括第一波导区和第二波导区；所述第一波导区位于所述吸收层与所述第二波导区之间且与所述吸收层相接触；所述波导结构通过第二波导区接收光信号，并将接收到的光信号传递至所述第一波导区。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，
沿光信号的传递方向，所述第二波导区的宽度变窄，所述第一波导区的宽度不变。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
形成缓冲层，所述缓冲层设置在所述吸收层和所述第一接触层之间。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
形成与所述波导结构相接触的增透膜，所述增透膜位于所述波导结构的远离所述吸收层的一侧上。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110530367.4A CN115347060A (zh) | 2021-05-14 | 2021-05-14 | 一种波导探测器及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110530367.4A CN115347060A (zh) | 2021-05-14 | 2021-05-14 | 一种波导探测器及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115347060A true CN115347060A (zh) | 2022-11-15 |
Family
ID=83947199
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110530367.4A Pending CN115347060A (zh) | 2021-05-14 | 2021-05-14 | 一种波导探测器及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115347060A (zh) |
-
2021
- 2021-05-14 CN CN202110530367.4A patent/CN115347060A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10468543B2 (en) | Microstructure enhanced absorption photosensitive devices | |
| US10446700B2 (en) | Microstructure enhanced absorption photosensitive devices | |
| CN106098836B (zh) | 通讯用雪崩光电二极管及其制备方法 | |
| US8723125B1 (en) | Waveguide end-coupled infrared detector | |
| CN108010982B (zh) | 波导复合式耦合型单行载流子探测器 | |
| US9978890B1 (en) | Germanium multi-directional detector | |
| CN104303315A (zh) | 包括能独立控制的吸收区电场和倍增区电场的器件 | |
| US20200185561A1 (en) | Waveguide-Integrated Avalanche Photodiode | |
| CN110729373B (zh) | 基于Ge波导的GeSn红外光电探测器及其制造方法 | |
| CN111133590A (zh) | 微结构增强的吸收光敏器件 | |
| CN110896112B (zh) | 波导集成的GeSn光电探测器及其制造方法 | |
| WO2022041550A1 (zh) | 一种雪崩光电探测器及其制备方法 | |
| CN104576810A (zh) | 共面电极模拟光电探测器芯片及其制作方法 | |
| CN111668324A (zh) | 一种集成光栅反射结构的光探测器 | |
| US10942315B2 (en) | Reducing back reflection in a photodiode | |
| CN108039389B (zh) | 波导耦合型单行载流子探测器 | |
| JP3675223B2 (ja) | アバランシェフォトダイオードとその製造方法 | |
| EP3618125B1 (en) | Universal broadband photodetector design and fabrication process | |
| CN110571300B (zh) | 一种外延片、平面型光电二极管及其制备方法 | |
| US20220271182A1 (en) | Backside illuminated avalanche photodiode and manufacturing method thereof | |
| CN115347060A (zh) | 一种波导探测器及其制备方法 | |
| JP4094471B2 (ja) | 半導体受光装置 | |
| JPH04263475A (ja) | 半導体受光素子及びその製造方法 | |
| CN117476800B (zh) | 硅基光电探测器及其制备方法 | |
| CN111755553B (zh) | 铅掺杂型锗红外光电探测器及其形成方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |