CN209675304U - 一种雪崩光电二极管 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种雪崩光电二极管，包括：InP衬底层；层叠设置于InP衬底层上的吸收层；层叠设置于吸收层上的非掺杂InP层，非掺杂InP层上开设有环形凹槽，及由环形凹槽围设而成的台阶，沿环形凹槽的槽壁和槽底及沿台阶的底部形成扩散了P型导电杂质的P型导电区域，涉及光电二极管技术领域。本实用新型采用在非掺杂InP层上开设环形凹槽，及由环形凹槽围设而成的台阶，环形凹槽的深度可以用台阶仪等工具测量，较容易监控，通过环形凹槽的深度精确控制了P型导电区域的扩散深度并形成深槽保护环结构，有利于提升雪崩光电二极管的性能，实现高增益和低噪声，可重复性好、成品率高、使用性能好。

Description

一种雪崩光电二极管

技术领域

本实用新型涉及光电二极管技术领域，具体是涉及一种雪崩光电二极管。

背景技术

随着光通信技术的发展，雪崩光电二极管(APD)已广泛应用于光电探测器领域，雪崩光电二极管是一种p-n结型的光检测二极管，其利用了载流子的雪崩倍增效应来放大光电信号以提高检测的灵敏度。雪崩光电二极管的制作工艺主要包括外延片生长、P型掺杂、欧姆接触电极等；其中，P型掺杂工艺是影响其性能的关键工艺之一，将Zn作为P型导电杂质扩散到非掺杂的InP中形成P型导电区域，由于雪崩光电二极管的Zn扩散边缘区域存在曲率效应，导致其边缘电场高于中心区域电场，边缘容易率先击穿，影响雪崩光电二极管的性能。

为了抑制雪崩光电二极管P型区域的边缘击穿现象，通常采用二次Zn扩散的保护环结构，一般有三种结构类型：一是浮动保护环结构，如图1a，即保护环在Zn扩散中心区域之外，采用一次环形扩散和一次圆形窗口扩散形成(环形内径大于圆形直径)；二是内保护环结构，如图1b，即保护环和中心区域部分重合，采用一次环形扩散和一次圆形窗口扩散形成(环形内径小于圆形直径)；三是同心圆结构，如图1c，即通过两次圆形窗口扩散形成；但是，以上结构中两次Zn扩散工艺会相互影响，深度难以控制，且工艺复杂，而Zn扩散的深度将决定雪崩光电二极管倍增层的厚度，因此，如何控制P型区域的扩散深度是一个亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服上述背景技术的不足，提供一种可重复性好、成品率高、使用性能好的雪崩光电二极管。

本实用新型提供一种雪崩光电二极管，包括：

InP衬底层；

层叠设置于所述InP衬底层上的吸收层；

层叠设置于所述吸收层上的非掺杂InP层，所述非掺杂InP层上开设有环形凹槽，及由所述环形凹槽围设而成的台阶，沿所述环形凹槽的槽壁和槽底及沿所述台阶的底部形成扩散了P型导电杂质的P型导电区域。

在上述技术方案的基础上，还包括分别设置于雪崩光电二极管上下两侧的P电极和N电极。

在上述技术方案的基础上，所述P电极设置于所述台阶上。

在上述技术方案的基础上，所述N电极为中空的环形。

在上述技术方案的基础上，所述InP衬底层为高掺杂InP层，所述N电极设置于所述InP衬底层上。

在上述技术方案的基础上，所述P电极为中空的环形。

在上述技术方案的基础上，所述P电极设置于所述环形凹槽内。

在上述技术方案的基础上，所述InP衬底层与所述吸收层之间还设置有InP缓冲层。

在上述技术方案的基础上，所述InP缓冲层为高掺杂InP层，所述P型导电区域周边为P型周边区域，由所述P型周边区域开设有连通至InP缓冲层的通槽，所述N电极设置于所述InP缓冲层上。

在上述技术方案的基础上，所述吸收层与所述非掺杂InP层之间还依次层叠设置有InGaAsP过渡层和InP电荷层。

与现有技术相比，本实用新型的优点如下：

本实用新型采用在非掺杂InP层上开设环形凹槽，及由环形凹槽围设而成的台阶，环形凹槽的深度可以用台阶仪等工具测量，较容易监控，随后在非掺杂InP层上，沿环形凹槽的槽壁和槽底及沿台阶的底部形成扩散了P型导电杂质的P型导电区域，通过环形凹槽的深度精确控制了P型导电区域的扩散深度，形成深槽保护环结构，有利于提升雪崩光电二极管的性能，实现高增益和低噪声，可重复性好、成品率高、使用性能好。

附图说明

图1a是现有技术中浮动保护环结构的雪崩光电二极管结构示意图；

图1b是现有技术中内保护环结构的雪崩光电二极管结构示意图；

图1c是现有技术中同心圆结构的雪崩光电二极管结构示意图；

图2是本实用新型实施例一的雪崩光电二极管结构示意图；

图3是本实用新型实施例二的雪崩光电二极管结构示意图。

附图标记：1—InP衬底层，2—InP缓冲层，3—吸收层，4—InGaAsP过渡层，5—InP电荷层，6—非掺杂InP层，7—环形凹槽，8—台阶，9—P型导电区域，10—P型周边区域，11—P电极，12—N电极，13—通槽。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步的详细描述。

实施例一

参见图2所示，本实用新型实施例提供一种雪崩光电二极管，包括：InP衬底层1，吸收层3，非掺杂InP层6。

所述吸收层3层叠设置于所述InP衬底层1上；所述非掺杂InP层6层叠设置于所述吸收层3上，所述非掺杂InP层6上开设有环形凹槽7，及由所述环形凹槽7围设而成的台阶8，沿所述环形凹槽7的槽壁和槽底及沿所述台阶8的底部形成扩散了P型导电杂质的P型导电区域9。

本实用新型采用在非掺杂InP层6上开设环形凹槽7，及由环形凹槽7围设而成的台阶8，环形凹槽7的深度可以用台阶仪等工具测量，较容易监控，随后在非掺杂InP层6上，沿环形凹槽7的槽壁和槽底及沿台阶8的底部形成扩散了P型导电杂质的P型导电区域9，通过环形凹槽7的深度精确控制了P型导电区域9的扩散深度，形成深槽保护环结构，有利于提升雪崩光电二极管的性能，实现高增益和低噪声，可重复性好、成品率高、使用性能好。

在本实施例中，优选的，还包括分别设置于雪崩光电二极管上下两侧的P电极11和N电极12；进一步，所述P电极11设置于所述台阶8上。

在本实施例中，优选的，所述N电极12为中空的环形；进一步，所述InP衬底层1为高掺杂InP层，所述N电极12设置于所述InP衬底层1上；本实施例中的雪崩光电二极管为背入射式，雪崩光电二极管底部的箭头区域即为光入射区，N电极12为中空的环形，避开了光入射区，不影响光入射区表面的光学性质。

实施例二

参见图3所示，本实用新型实施例提供一种雪崩光电二极管，包括：InP衬底层1，吸收层3，非掺杂InP层6。

所述吸收层3层叠设置于所述InP衬底层1上；所述非掺杂InP层6层叠设置于所述吸收层3上，所述非掺杂InP层6上开设有环形凹槽7，及由所述环形凹槽7围设而成的台阶8，沿所述环形凹槽7的槽壁和槽底及沿所述台阶8的底部形成扩散了P型导电杂质的P型导电区域9。

本实用新型采用在非掺杂InP层6上开设环形凹槽7，及由环形凹槽7围设而成的台阶8，环形凹槽7的深度可以用台阶仪等工具测量，较容易监控，随后在非掺杂InP层6上，沿环形凹槽7的槽壁和槽底及沿台阶8的底部形成扩散了P型导电杂质的P型导电区域9，通过环形凹槽7的深度精确控制了P型导电区域9的扩散深度，并形成深槽保护环结构，有利于提升雪崩光电二极管的性能，实现高增益和低噪声，可重复性好、成品率高、使用性能好。

与实施例一中不同的是，在本实施例中，优选的，还包括分别设置于雪崩光电二极管上下两侧的P电极11和N电极12；进一步，所述P电极11为中空的环形；本实施例中的雪崩光电二极管为正入射式，雪崩光电二极管顶部的箭头区域即为光入射区，P电极11为中空的环形，避开了光入射区，不影响光入射区表面的光学性质。

在本实施例中，优选的，所述InP衬底层1与所述吸收层3之间还设置有InP缓冲层2；进一步，所述InP缓冲层2为高掺杂InP层，所述P型导电区域9周边为P型周边区域10，由所述P型周边区域10开设有连通至InP缓冲层2的通槽13，所述N电极12设置于所述InP缓冲层2上；通槽13可采用光刻、刻蚀工艺在P型周边区域10刻蚀至InP缓冲层2，刻蚀深度容易控制，N电极12的位置易确定。

本实用新型的雪崩光电二极管制作工艺中，首先进行外延片生长，通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)或分子束外延(MBE)在InP衬底层1上依次生长高掺杂的InP缓冲层2、非掺杂的InGaAs吸收层3、n型掺杂的InGaAsP过渡层4、n型掺杂的InP电荷层5、非掺杂InP层6；随后进行保护环刻蚀，使用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)在生长好的外延片表面生长一层SiN_X或SiO₂薄膜，用于对非刻蚀区域进行保护，然后通过光刻和反应离子刻蚀(RIE)工艺在SiN_X或SiO₂薄膜上形成环形窗口，露出待刻蚀的非掺杂InP层6，然后使用反应耦合等离子体刻蚀(ICP)对环形窗口位置进行刻蚀形成环形凹槽7，及由环形凹槽7围设而成的台阶8，随后通过光刻和刻蚀工艺去除台阶8位置处的SiN_X或SiO₂薄膜，露出Zn扩散窗口；随后进行Zn扩散工艺，使用金属有机化学气相沉积(MOCVD)或扩散炉在Zn扩散窗口进行扩散工艺，形成P型导电区域；最后进行电极工艺，使用光刻、刻蚀和电子束蒸镀工艺，分别在雪崩光电二极管上下两侧的P区、N区形成P电极11、N电极12，其中背入射式如图2所示；正入射式如图3所示，有所不同的是，需要先在N区使用光刻、刻蚀工艺由P型周边区域10刻蚀连通至InP缓冲层2的通槽13，随后通过电子蒸镀工艺形成N电极12。

由于只需经过单次Zn扩散工艺，环形凹槽7区域和台阶8即中心主掺杂区由刻蚀形成的深度差不变，因此可以通过刻蚀深度控制保护环与中心扩散区的深度差；此外，由于使用单次Zn扩散工艺，避免了两次Zn扩散工艺之间重叠区域的互相影响，有利于精确控制中心区域的扩散深度，进而有利于倍增层厚度的控制，减少了工艺流程，降低了工艺难度，节省了生产成。

本领域的技术人员可以对本实用新型实施例进行各种修改和变型，倘若这些修改和变型在本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也在本实用新型的保护范围之内。

说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种雪崩光电二极管，其特征在于，包括：

InP衬底层(1)；

层叠设置于所述InP衬底层(1)上的吸收层(3)；

层叠设置于所述吸收层(3)上的非掺杂InP层(6)，所述非掺杂InP层(6)上开设有环形凹槽(7)，及由所述环形凹槽(7)围设而成的台阶(8)，沿所述环形凹槽(7)的槽壁和槽底及沿所述台阶(8)的底部形成扩散了P型导电杂质的P型导电区域(9)。

2.如权利要求1所述的一种雪崩光电二极管，其特征在于：还包括分别设置于雪崩光电二极管上下两侧的P电极(11)和N电极(12)。

3.如权利要求2所述的一种雪崩光电二极管，其特征在于：所述P电极(11)设置于所述台阶(8)上。

4.如权利要求2所述的一种雪崩光电二极管，其特征在于：所述N电极(12)为中空的环形。

5.如权利要求4所述的一种雪崩光电二极管，其特征在于：所述InP衬底层(1)为高掺杂InP层，所述N电极(12)设置于所述InP衬底层(1)上。

6.如权利要求2所述的一种雪崩光电二极管，其特征在于：所述P电极(11)为中空的环形。

7.如权利要求6所述的一种雪崩光电二极管，其特征在于：所述P电极(11)设置于所述环形凹槽(7)内。

8.如权利要求2所述的一种雪崩光电二极管，其特征在于：所述InP衬底层(1)与所述吸收层(3)之间还设置有InP缓冲层(2)。

9.如权利要求8所述的一种雪崩光电二极管，其特征在于：所述InP缓冲层(2)为高掺杂InP层，所述P型导电区域(9)周边为P型周边区域(10)，由所述P型周边区域(10)开设有连通至InP缓冲层(2)的通槽(13)，所述N电极(12)设置于所述InP缓冲层(2)上。

10.如权利要求1所述的一种雪崩光电二极管，其特征在于：所述吸收层(3)与所述非掺杂InP层(6)之间还依次层叠设置有InGaAsP过渡层(4)和InP电荷层(5)。