一种提高背照式光电二极管响应度的结构及制作方法技术

本发明专利技术涉及半导体光电二极管领域，特别涉及一种提高背照式光电二极管响应度的结构及制作方法，所述结构包括衬底，在衬底上生长有吸收层、渐变层、窗口层和欧姆接触层；所述结构采用台面型芯片结构，台面表面覆盖有钝化层，有源区窗口覆盖有P电极，从台面下N型接触层引出N电极，与P电极形成共平面电极；本发明专利技术有效减小欧姆接触面积，将增加二极管串联电阻，降低其频率特性，在高速光电二极管设计中上述影响将更加明显。

A Structure and Fabrication Method for Improving the Responsibility of Back-illuminated Photodiodes

The invention relates to the field of semiconductor photodiodes, in particular to a structure and a fabrication method for improving the responsiveness of back-illuminated photodiodes. The structure comprises a substrate, on which an absorption layer, a gradient layer, a window layer and an ohmic contact layer are grown. The structure adopts a mesa chip structure, the mesa surface is covered with a passivation layer, the active region window is covered with a P electrode, and the platform is covered with a P electrode. The N-type contact layer under the surface leads out the N electrode and forms a coplanar electrode with the P electrode; the invention effectively reduces the ohmic contact area, increases the series resistance of the diode and reduces its frequency characteristics, and the above-mentioned influence will be more obvious in the design of high-speed photodiodes.

【技术实现步骤摘要】
一种提高背照式光电二极管响应度的结构及制作方法
本专利技术涉及半导体光电二极管领域，特别涉及一种提高背照式光电二极管响应度的结构及制作方法。
技术介绍
在光纤通信系统中，光电二极管被用来将携带信息的光信号转换为携带信息的电信号，以便于后续电路处理信息。由入射光方式的不同，可以分为正面照射型，背面照射型和侧面照射型。随着高速光纤通信系统对光电二极管速率要求的不断提高(≥25Gbps)，二极管光接收孔径越来越小(直径≤20μm)，光纤耦合难度越来越大。正面照射型，和侧面照射型光电二极管由于增加光纤耦合工艺难度和可靠度，不利于大规模生产。背照式光电二极管采用背面入射光，正面电极可对入射光形成反射，反射光在吸收区二次吸收，从而提高响应度；集成微透镜增加光接收孔径；P、N电极共面设计，减少串联电阻与寄生电容，被广泛应用于高速光接收机中。现有背照式光电二极管提高响应度的方法主要有两种：有源区顶部淀积金属反射层(见附图1)、有源区顶部淀积介质反射层(见附图2)。例如，如同下述文献中所公开的：2012年1月4日授权公告的胡申业等人的中国专利CN101350378B；2013年11月20日授权公告的胡申业的中国专利CN101552303B。但在实际应用中，上述方法存在以下问题：有源区顶部淀积金属反射层，实际应用中由于欧姆接触的原因，金属反射层多采用Cr/Au、Ti/Au、Ti/Pt/Au等。在光纤通信用1.55μm波长处，反射率≤30％。实际工艺中，由于合金后表面粗糙化，反射率将低于上述理想情况，响应度提高效果不明显。有源区顶部淀积介质反射层，实际应用中介质反射层222可采用SiNx、SiO2、SiOxNy、TiO2、ZrO2等一层或多层介质或由其组成的DBR结构。但采用此方法需占用有源区欧姆接触面积淀积介质DBR反射层，减小欧姆接触面积，将增加二极管串联电阻，降低其频率特性。尤其在高速光电二极管设计中，有源区直径越来越小，上述影响将更加明显。
技术实现思路
针对现有背照式光电二极管实际应用中的不足，为进一步提高二极管响应度，将cap层设计为由合金半导体材料组成的DBR结构，可广泛应用于背照式正-本征-负(Positive-Intrinsic-Negative，PIN)、雪崩光电二极管(AvalanchePhotoDiode，APD)结构设计中，本专利技术提出一种提高背照式光电二极管响应度的结构及制作方法，所述结构包括衬底，在衬底上生长有吸收层、渐变层、窗口层和欧姆接触层；所述结构采用台面型芯片结构，台面表面覆盖有钝化层，有源区窗口覆盖有P电极，从台面下N型接触层引出N电极，与P电极形成共平面电极。优选的，所述窗口层由两种不同折射率化合物半导体材料交替生长组成，每层材料厚度为目标波长λ与该材料折射率n的4倍比值，即每层的厚度为λ/4n，生长层数为5～15对；衬底背面经抛光后为进光面，可集成微透镜，表面淀积有抗反增透膜。作为一种可选方案，窗口层由InP材料与InGaAlAs材料、或InAlAs材料与InGaAs(P)材料、或InAlAs材料与InGaAlAs材料交替生长组成。作为一种可选方案，窗口层为InGaAs(P)材料的组成P型InP层与InGaAs(P)交替生长组成，InGaAs(P)的组分可表示为In1-xGaxAsyP1-y，其中x、y均为大于0且小于1的小数。作为一种可选方案，衬底上还包括缓冲层，在衬底上生长的顺序依次为缓冲层、吸收层、渐变层、窗口层和欧姆接触层。作为一种可选方案，衬底上还包括电荷层和倍增层，在衬底上生长的顺序依次为倍增层、电荷层、吸收层、渐变层、窗口层和欧姆接触层。作为一种可选方案，衬底上还包括缓冲层、电荷层和倍增层，在衬底上生长的顺序依次为缓冲层、吸收层、渐变层、电荷层、倍增层、窗口层和欧姆接触层。一种提高背照式光电二极管响应度的结构的制作方法，包括以下步骤：S1、通过等离子体增强化学气相淀积PECVD在外延材料上淀积厚度为氮化硅SiNx介质膜，通过光刻工艺定义出有源区区域；S2、采用干法刻蚀或湿法腐蚀的方式将有源区区域刻蚀至衬底，进行有源区隔离；其中干法刻蚀可采用感应耦合等离子体刻蚀ICP或反应离子刻蚀RIE方式；湿法腐蚀可采用酸系列、酸氧系列、溴系列腐蚀液，刻蚀或腐蚀深度须到达n+InP衬底；S3、钝化层采用等离子增强化学气相淀积PECVD沉积SiNx、SiO2或SiNxOy介质膜，或者钝化层采用涂敷苯并环丁烯BCB或聚酰亚胺PI形成表面钝化膜；S4、采用剥离工艺蒸发或溅射形成P型欧姆接触的金属或金属合金，选用的金属或金属合金包括钛Ti、铂Pt、铬Cr或金Au；S5、采用电子束或热蒸发工艺蒸发形成N型欧姆接触的金属或金属合金，选用的金属或金属合金包括金锗镍AuGeNi或金Au；S6、采用化学机械抛光的方式将外延片减薄抛光至100～150μm；S7、在抛光面背照入光面上刻蚀出透镜，起到汇聚入射光的作用，增加光纤耦合容差。进一步的，步骤S1之后还包括采用MOCVD或闭管扩散技术，对结构的部分区域进行P型掺杂为，其中P型掺杂剂包括锌Zn、镉Cd、铍Be、碳C等。进一步的，步骤S7之后还包括在透镜表面淀积抗反射增透膜。本专利技术与现有技术相比，将窗口层由单一InP或InAlAs等宽禁带材料设计为由InP或InAlAs材料与InGaAs(P)或InGaAlAs组成的DBR结构，用以提高薄吸收区结构光电二极管特定波长响应度，进一步提高其探测率和灵敏度。附图说明图1是现有采用金属层作为反射层的背照式光电二极管芯片结构示意图；图2是现有采用介质层和金属层作为反射层的背照式光电二极管芯片结构示意图；图3是本专利技术中优选实施例1中提高背照式光电二极管响应度的结构的结构示意图；图4是本专利技术中优选实施例1中提高背照式光电二极管响应度的结构中窗口层的结构示意图；图5是本专利技术中优选实施例2中提高背照式光电二极管响应度的结构的结构示意图；图6是本专利技术中优选实施例2中提高背照式光电二极管响应度的结构中窗口层的结构示意图；图7是本专利技术中优选实施例3中提高背照式光电二极管响应度的结构的结构示意图；图8是本专利技术中优选实施例3中提高背照式光电二极管响应度的结构中窗口层的结构示意图；图9是本专利技术中优选实施例4中提高背照式光电二极管响应度的结构的结构示意图；图10是本专利技术中优选实施例4中提高背照式光电二极管响应度的结构中窗口层的结构示意图；图11是本专利技术中优选实施例5中提高背照式光电二极管响应度的结构的结构示意图；图12是本专利技术中优选实施例5中提高背照式光电二极管响应度的结构中窗口层的结构示意图；其中，1、衬底，2、缓冲层，3、吸收层，4、渐变层，5、窗口层，6接触层，7、电荷层，8、倍增层。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提出一种提高背照式光电二极管响应度的结构及制作方法，所述结构包括衬底，在衬底上生长有吸收层、渐变层、窗口层和欧姆接触层；所述结构采用台面型芯片结构，台面表面覆盖有钝化层，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高背照式光电二极管响应度的结构，其特征在于，所述结构包括衬底，在衬底上生长有吸收层、渐变层、窗口层和欧姆接触层；所述结构采用台面型芯片结构，台面表面覆盖有钝化层，有源区窗口覆盖有P电极，从台面下N型接触层引出N电极，与P电极形成共平面电极。

【技术特征摘要】
1.一种提高背照式光电二极管响应度的结构，其特征在于，所述结构包括衬底，在衬底上生长有吸收层、渐变层、窗口层和欧姆接触层；所述结构采用台面型芯片结构，台面表面覆盖有钝化层，有源区窗口覆盖有P电极，从台面下N型接触层引出N电极，与P电极形成共平面电极。2.根据权利要求1所述的一种提高背照式光电二极管响应度的结构，其特征在于，所述窗口层由两种不同折射率化合物半导体材料交替生长组成，每层材料厚度为目标波长λ与该材料折射率n的4倍比值，即每层的厚度为λ/4n，生长层数为5～15对；衬底背面经抛光后为进光面，可集成微透镜，表面淀积有抗反增透膜。3.根据权利要求2所述的一种提高背照式光电二极管响应度的结构，其特征在于，窗口层由InP材料与InGaAlAs材料、或InAlAs材料与InGaAs(P)材料、或InAlAs材料与InGaAlAs材料交替生长组成。4.根据权利要求2所述的一种提高背照式光电二极管响应度的结构，其特征在于，窗口层为InGaAs(P)材料的组成P型InP层与InGaAs(P)交替生长组成，InGaAs(P)的组分可表示为In1-xGaxAsyP1-y，其中x、y均为大于0且小于1的小数。5.根据权利要求2所述的一种提高背照式光电二极管响应度的结构，其特征在于，衬底上还包括缓冲层，在衬底上由低向上生长的顺序依次为缓冲层、吸收层、渐变层、窗口层和欧姆接触层。6.根据权利要求2所述的一种提高背照式光电二极管响应度的结构，其特征在于，衬底上还包括电荷层和倍增层，在衬底上由低向上生长的顺序依次为倍增层、电荷层、吸收层、渐变层、窗口层和欧姆接触层。7.根据权利要求2所述的一种提高背照式光电二极管响应度的结构，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄晓峰，王立，崔大健，高新江，莫才平，迟殿鑫，樊鹏，陈伟，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十四研究所，
类型：发明
国别省市：重庆,50