CN212461704U - 一种三台面结构的雪崩光电二极管 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种三台面结构的雪崩光电二极管，包括自下而上设置的Fe‑InP衬底、InP缓冲层、P型InGaAsP接触层、第三台面、第二台面和第一台面；所述第三台面包括自下而上设置的P型InP腐蚀截止层、P型InGaAsP渐变层、P型InGaAs光吸收层、i型InGaAs光吸收层、P型AlGaInAs渐变层、P型InP电荷层和i型InAlAs倍增层；所述第二台面包括自下而上设置的N型InP电荷层和N型InP边缘电场缓冲层；所述第一台面包括N型InGaAs接触层。该雪崩光电二极管具有较高的可靠性和高速、高带宽性能。
Description
技术领域
本实用新型涉及光电二极管技术领域，具体涉及一种三台面结构的雪崩光电二极管。
背景技术
InP基雪崩光电二极管具有灵敏度高、响应度大等优点，作为光接收机的核心部分在光通信系统中被广泛使用，传统平面结构的雪崩光电二极管制造时，器件的光敏面大小由Zn扩散的窗口决定，而扩散窗口的曲率效应使边缘的电场强度高于光敏面中心区域，在扩散窗口边缘易造成边缘击穿，影响器件的正常工作，降低可靠性。
现有的抑制边缘击穿的方法一般采取在光敏面外圈再次进行扩散或离子注入，形成特定深度和扩散浓度的保护环，改善边缘电场。另一种方法是，先生长电荷层及其下面各层，刻蚀形成台面，然后利用MOCVD二次外延上面的InP层，以此改善边缘电场，抑制提前击穿。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种三台面结构的雪崩光电二极管，该雪崩光电二极管具有较高的可靠性和高速、高带宽性能。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种三台面结构的雪崩光电二极管，包括自下而上设置的Fe-InP衬底（1）、InP缓冲层（2）、P型InGaAsP接触层（3）、第三台面（4）、第二台面（5）和第一台面（6）；
所述第三台面包括自下而上设置的P型InP腐蚀截止层（41）、P型InGaAsP渐变层（42）、P型InGaAs光吸收层（43）、i型InGaAs光吸收层（44）、P型AlGaInAs渐变层（45）、P型InP电荷层（46）和i型InAlAs倍增层（47）；
所述第二台面包括自下而上设置的N型InP电荷层（51）和N型InP边缘电场缓冲层（52）；
所述第一台面包括N型InGaAs接触层（61）。
进一步地，各外延层均与衬底晶格匹配。
进一步地，所述P型InGaAsP接触层和N型InGaAs接触层上方分别设置有P电极（8）和N电极（9）。
进一步地，在三台面结构的上方和侧壁上设置有SiO2钝化层（7）。
进一步地，所述Fe-InP衬底背面设置有增透膜（10），雪崩光电二极管工作时，光从衬底背面入射。
进一步地，所述雪崩光电二极管光敏面的面积为第一台面的面积。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：通过湿法腐蚀与干法刻蚀相结合的工艺制造出的三台面结构的雪崩光电二极管，可以有效抑制边缘电场击穿现象，提高雪崩光电二极管的可靠性。此外，光敏面由第一台面的大小决定，可以有效减小雪崩光电二极管的寄生电容，提高高速性能，从而提升高速、高带宽性能。
附图说明
图1为本实用新型实施例的三台面结构雪崩光电二极管的结构示意图。
图2为本实用新型实施例中三台面结构雪崩光电二极管的外延结构示意图。
图3为本实用新型实施例中三台面结构雪崩光电二极管外延片掩膜SiO2后的截面示意图。
图4为本实用新型实施例中三台面结构雪崩光电二极管将第一台面图形转移至SiO2上的截面示意图。
图5为本实用新型实施例中三台面结构雪崩光电二极管腐蚀后得到第一台面的截面示意图。
图6为本实用新型实施例中三台面结构雪崩光电二极管腐蚀后得到第二台面的截面示意图。
图7为本实用新型实施例中三台面结构雪崩光电二极管腐蚀后得到第三台面的截面示意图。
图8为本实用新型实施例中三台面结构雪崩光电二极管台面钝化及蒸镀电极后的截面示意图。
图9为本实用新型实施例中三台面结构雪崩光电二极管衬底减薄及制作增透膜后的截面示意图。
图中：1-衬底，2-InP缓冲层，3-P型InGaAsP接触层，4-第三台面，41-P型InP腐蚀截止层，42-P型InGaAsP渐变层，43-P型InGaAs光吸收层，44-i型InGaAs光吸收层，45-P型AlGaInAs渐变层，46-P型InP电荷层，47-i型InAlAs倍增层，5-第二台面，51-N型InP电荷层，52-N型InP边缘电场缓冲层，6-第一台面，61-N型InGaAs接触层，7-SiO2钝化层，8-P电极，9-N电极，10-增透膜，11-SiO2掩膜，12-光刻胶。
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说明。
如图1所示，本实用新型提供了一种三台面结构的雪崩光电二极管，包括自下而上设置的Fe-InP衬底1、InP缓冲层2、P型InGaAsP接触层3、第三台面4、第二台面5和第一台面6。所述P型InGaAsP接触层和N型InGaAs接触层上方分别设置有P电极8和N电极9。在三台面结构的上方和侧壁上设置有SiO2钝化层7。所述Fe-InP衬底背面设置有增透膜10，雪崩光电二极管工作时，光从衬底背面入射。
由于光吸收层InGaAs与InP之间存在较大的带阶，能带的不连续会产生势垒，阻碍电子和空穴的移动，影响器件的高频响应。因此，根据载流子的不同，优化不同组分的InGaAsP或AlGaInAs渐变层，可以有效的降低势垒，提高器件的高频响应。
如图2所示，所述第三台面包括自下而上设置的P型InP腐蚀截止层41、P型InGaAsP渐变层42、P型InGaAs光吸收层43、i型InGaAs光吸收层44、P型AlGaInAs渐变层45、P型InP电荷层46和i型InAlAs倍增层47；所述第二台面包括自下而上设置的N型InP电荷层51和N型InP边缘电场缓冲层52；所述第一台面包括N型InGaAs接触层61。
其中，各外延层（InP缓冲层2、P型InGaAsP接触层3、P型InP腐蚀截止层41、P型InGaAsP渐变层42、P型InGaAs光吸收层43、i型InGaAs光吸收层44、P型AlGaInAs渐变层45、P型InP电荷层46、i型InAlAs倍增层47、N型InP电荷层51、N型InP边缘电场缓冲层52和N型InGaAs接触层61）均与衬底晶格匹配，即各外延层材料的晶格常数均与衬底的晶格常数一致，也即所有材料都是匹配的，不是失配的。
所述雪崩光电二极管光敏面的面积为第一台面的面积。
本实用新型三台面结构的雪崩光电二极管，其制造方法为：
S1. 在Fe-InP衬底1上，依次外延生长包括InP缓冲层2、P型InGaAsP接触层3、P型InP腐蚀截止层41、P型InGaAsP渐变层42、P型InGaAs光吸收层43、i型InGaAs光吸收层44、P型AlGaInAs渐变层45、P型InP电荷层46、i型InAlAs倍增层47、N型InP电荷层51、N型InP边缘电场缓冲层52和N型InGaAs接触层61，形成外延片。
S2. 采用SiO2掩膜、光刻，湿法腐蚀工艺，在所述外延片上形成第一台面。具体地，在所述外延片上，利用等离子体增强化学气相沉积法（PECVD）沉积一层SiO2掩膜，如图3所示。然后通过光刻、刻蚀将第一台面所需图形转移至SiO2掩膜上，形成第一台面腐蚀窗口，如图4所示。用去胶液去除光刻胶后，利用H3PO4:H202:H20混合溶液腐蚀N型InGaAs接触层，得到第一台面，如图5所示。
S3. 形成第一台面后，采用光刻工艺形成掩膜，湿法腐蚀形成第二台面。具体地，对得到第一台面的外延片再次进行光刻工艺，利用光刻胶掩膜，将第二台面所需图形转移至光刻胶上，然后利用HCl溶液腐蚀InP，去除剩余的光刻胶后得到第二台面，如图6所示。
S4. 形成第二台面后，采用光刻工艺形成掩膜，干法刻蚀和湿法腐蚀形成第三台面。具体地，对得到第二台面的外延片继续进行光刻工艺，利用光刻胶掩膜，将第三台面所需图形转移至光刻胶上，首先利用ICP或RIE干法刻蚀，自上而下从i型InAlAs倍增层刻蚀至InP刻蚀截止层，然后利用HCl溶液去除剩余的InP刻蚀截止层，去除剩余的光刻胶后得到第三台面，如图7所示。
S5. 利用缓冲氧化物刻蚀液（BOE）去除外延片上台面刻蚀后残余的SiO2掩膜，再利用PECVD沉积SiO2，在三台面结构的上方和侧壁上生长SiO2钝化层7，使台面上方和侧壁被保护，降低表面的漏电流，提高器件可靠性，如图8所示。
S6. 在第一台面中的N型InGaAs接触层和第三台面中的P型InGaAsP接触层的上方开窗口，分别蒸镀N金属和P金属，形成N电极9和P电极8。
S7. 电极制备完成后，将外延片减薄，在Fe-InP衬底背面蒸镀一层雪崩光电二极管工作波长四分之一厚度的增透膜，如图9所示。
本实用新型的三台面结构的雪崩光电二极管，无需进行Zn扩散、离子注入等工艺，利用三台面结构，对边缘电场进行优化，抑制边缘提前击穿，增加了器件的可靠性，优化的外延结构设计，使之具备高速、高带宽的优良特性。
以上是本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本实用新型技术方案的范围时，均属于本实用新型的保护范围。
Claims (6)
1.一种三台面结构的雪崩光电二极管，其特征在于，包括自下而上设置的Fe-InP衬底（1）、InP缓冲层（2）、P型InGaAsP接触层（3）、第三台面（4）、第二台面（5）和第一台面（6）；
所述第三台面包括自下而上设置的P型InP腐蚀截止层（41）、P型InGaAsP渐变层（42）、P型InGaAs光吸收层（43）、i型InGaAs光吸收层（44）、P型AlGaInAs渐变层（45）、P型InP电荷层（46）和i型InAlAs倍增层（47）；
所述第二台面包括自下而上设置的N型InP电荷层（51）和N型InP边缘电场缓冲层（52）；
所述第一台面包括N型InGaAs接触层（61）。
2.根据权利要求1所述的一种三台面结构的雪崩光电二极管，其特征在于，各外延层均与衬底晶格匹配。
3.根据权利要求1所述的一种三台面结构的雪崩光电二极管，其特征在于，所述P型InGaAsP接触层和N型InGaAs接触层上方分别设置有P电极（8）和N电极（9）。
4.根据权利要求1所述的一种三台面结构的雪崩光电二极管，其特征在于，在三台面结构的上方和侧壁上设置有SiO2钝化层（7）。
5.根据权利要求1所述的一种三台面结构的雪崩光电二极管，其特征在于，所述Fe-InP衬底背面设置有增透膜（10），雪崩光电二极管工作时，光从衬底背面入射。
6.根据权利要求1所述的一种三台面结构的雪崩光电二极管，其特征在于，所述雪崩光电二极管光敏面的面积为第一台面的面积。
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Cited By (2)
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| CN111739975A (zh) * | 2020-07-17 | 2020-10-02 | 福建中科光芯光电科技有限公司 | 一种三台面结构的雪崩光电二极管及其制造方法 |
| WO2022237495A1 (zh) * | 2021-05-11 | 2022-11-17 | 华为技术有限公司 | Apd、apd的制备方法、探测器及激光雷达系统 |
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- 2020-07-17 CN CN202021415726.9U patent/CN212461704U/zh active Active
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