平面型光敏器件及其制作方法技术

本发明专利技术提供了一种平面型光敏器件及其制作方法，涉及光电技术领域。平面型光敏器件包括光学耦合器和APD，APD包括本征型衬底层以及间隔设置的N型掺杂层、P型掺杂层和P型电荷控制层，衬底上设置钝化层以及吸收层，吸收层靠近本征型衬底层的一侧分别与P型掺杂层和P型电荷控制层接触、背离本征型衬底层的一侧露出于钝化层表面；光学耦合器与吸收层之间包括有相互接触的投影重叠区域。将光学耦合器的光入射面与APD在水平方向上分离，从而可以在保证整个器件的光量子效率基本不变的条件下，大幅的降低APD的尺寸，减小吸收层的厚度，提升整个平面型光敏器件的工作速率与带宽，降低器件的暗电流与功耗，提升器件的灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
平面型光敏器件及其制作方法
本专利技术涉及光电
，具体而言，涉及一种平面型光敏器件及其制作方法。
技术介绍
雪崩光电二极管(APD)通过利用光生载流子的碰撞电离来实现光信号的探测。与光电二极管(PD)相比，由于载流子的碰撞电离，APD可以在器件内部实现光电信号的放大，具有可观的内部增益，这会增加APD的光响应灵敏度，提升光信号的传输距离。在近红外通信波段(1310nm和1550nm)，Ge/SiAPD具有更大的优势。与传统的III-V族材料(如InGaAs/InP)APD相比，Ge/SiAPD与CMOS工艺相兼容，有着很好的成本优势，同时可以与CMOS工艺相结合开发出光电子集成器件或系统。另外，Si材料有着更大电子空穴碰撞电离系数比，使得Ge/SiAPD有着更小的碰撞电离噪声；而产业界已经成功开发出的高低温Ge外延，可以较好的克服Ge-Si晶格系数差异带来的缺陷。APD可广泛应用于光通信、激光测距、激光雷达、3D传感、微弱光检测和单光子探测等领域。随着光通信速率的提升和对单个光子探测能力的要求，器件的尺寸需不断减小，而传统器件结构中光垂直入射到APD表面，器件的减小会造成光敏面的减小，增加了APD与光纤或透镜的耦合难度，也降低了APD的光量子效率。另外，传统器件的光垂直入射，吸收层的厚度需要几微米才能确保光的充分吸收，这极大限制了器件带宽的提升。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例的目的在于提供一种平面型光敏器件及其制作方法，以提供一种低成本、高量子效率的高速APD器件。本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术实施例提供了一种平面型光敏器件，包括光学耦合器和雪崩光电二极管，所述雪崩光电二极管包括本征型衬底层以及间隔设置在所述本征型衬底层上的N型掺杂层、P型掺杂层和P型电荷控制层，在设置有所述N型掺杂层、所述P型掺杂层和所述P型电荷控制层的所述本征型衬底层上设置钝化层以及吸收层，所述吸收层靠近所述本征型衬底层的一侧分别与所述P型掺杂层和所述P型电荷控制层接触、背离所述本征型衬底层的一侧露出于所述钝化层表面；所述光学耦合器与所述吸收层之间包括有相互接触的投影重叠区域。进一步地，所述光学耦合器包括光接收部以及与所述光接收部连接并凸出于所述光接收部的光波导结构，其中，所述光波导结构与所述吸收层之间投影重叠或部分重叠，所述光接收部由光栅结构或光子晶体结构组成，所述光波导结构与所述吸收层接触，所述光波导结构与光接收部通过Taper结构连接。进一步地，所述平面型雪崩光电二极管器件包括钝化层，钝化层设置于衬底上以保护N型掺杂层、P型掺杂层和P型电荷控制层，所述钝化层将所述吸收层显露。进一步地，在所述钝化层上还设置有N型接触电极和P型接触电极，所述N型接触电极和所述P型接触电极分别通过过孔与所述N型掺杂层以及所述P型掺杂层接触。本专利技术提供了一种平面型光敏器件制作方法，所述方法包括：在所述本征型衬底层上形成间隔设置的N型掺杂层、P型掺杂层和P型电荷控制层；在形成有所述N型掺杂层、P型掺杂层和P型电荷控制层的所述本征型衬底层上分别形成吸收层以及钝化层，其中，所述吸收层靠近所述本征型衬底层的一侧分别与所述P型掺杂层和所述P型电荷控制层接触、背离所述本征型衬底层的一侧露出于所述钝化层表面；在所述吸收层露出于所述钝化层表面的一侧设置光学耦合器，所述光学耦合器与所述吸收层之间包括有相互接触的投影重叠区域。进一步地，所述在所述吸收层露出于所述钝化层表面的一侧设置光学耦合器，所述光学耦合器与所述吸收层之间包括有相互接触的投影重叠区域的步骤包括：在形成有所述吸收层的所述钝化层表面沉积SiNx层和/或Si层；通过构图工艺形成所述光学耦合器。进一步地，所述光学耦合器包括光接收部和光波导结构，所述光接收部用于接收光信号，所述光波导结构的第一端与光接收部连接，所述光波导结构的第二端与所述吸收层接触，用于将光接收部接收的光信号传导至所述吸收层。进一步地，所述通过构图工艺形成所述光学耦合器的步骤包括：通过构图工艺形成光接收部和光波导结构，所述光接收部与所述光波导结构相连接，其中，所述光波导结构的至少一部分位于所述吸收层露出于所述钝化层表面的一侧。进一步地，所述方法还包括：在所述钝化层上形成过孔；在所述钝化层上形成N型接触电极和P型接触电极，其中，所述N型接触电极和所述P型接触电极分别通过所述过孔与N型掺杂层和P型掺杂层接触。进一步地，在形成钝化层之前，所述方法还包括：使用预设的温度进行多次循环退火以降低吸收层的缺陷密度。进一步地，在形成钝化层之前，所述方法还包括：使用预设的温度进行多次循环退火以降低吸收层的缺陷密度。相对现有技术，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供的一种平面型光敏器件及其制作方法，平面型光敏器件包括光学耦合器和雪崩光电二极管，所述雪崩光电二极管包括本征型衬底层以及间隔设置在所述本征型衬底层上的N型掺杂层、P型掺杂层和P型电荷控制层，在设置有所述N型掺杂层、所述P型掺杂层和所述P型电荷控制层的所述本征型衬底层上设置钝化层以及吸收层，所述吸收层靠近所述本征型衬底层的一侧分别与所述P型掺杂层和所述P型电荷控制层接触、背离所述本征型衬底层的一侧露出于所述钝化层表面；所述光学耦合器与所述吸收层之间包括有相互接触的投影重叠区域，将光学耦合器与雪崩光电二极管在水平方向上分离，从而可以在保证光量子效率不变的条件下，大幅的降低雪崩光电二极管的尺寸，从而可以提升平面型光敏器件的工作速率和带宽，降低器件的暗电流与功耗，提升器件的灵敏度。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1示出了本专利技术所提供的一种平面型光敏器件制作方法的流程图。图2是示出了经过步骤S10后的外延结构示意图。图3示出了形成吸收层后的外延结构示意图。图4示出了形成钝化层后的外延结构示意图。图5示出了本实施例提供的平面型光敏器件的示意图。图6示出了步骤S50的子步骤流程图。图7示出了开设电极孔的外延结构示意图。图8示出了本实施例提供的APD结构示意图。图标：10-平面型光敏器件；100-APD；110-衬底；111-本征si；112-N型掺杂层；113-载流子碰撞电离区；114-P型电荷控制层；115-P型掺杂层；130-吸收层；150-钝化层；151-第一过孔；153-第二过孔；155-P型接触电极；157-N型接触电极；200-光学耦合器；210-光波导结构；250-光接收部。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中附图，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。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术的实施例，本领域技术人员本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种平面型光敏器件，其特征在于，包括光学耦合器和雪崩光电二极管，所述雪崩光电二极管包括本征型衬底层以及间隔设置在所述本征型衬底层上的N型掺杂层、P型掺杂层和P型电荷控制层，在设置有所述N型掺杂层、所述P型掺杂层和所述P型电荷控制层的所述本征型衬底层上设置钝化层以及吸收层，所述吸收层靠近所述本征型衬底层的一侧分别与所述P型掺杂层和所述P型电荷控制层接触、背离所述本征型衬底层的一侧露出于所述钝化层表面；所述光学耦合器与所述吸收层之间包括有相互接触的投影重叠区域。

【技术特征摘要】
1.一种平面型光敏器件，其特征在于，包括光学耦合器和雪崩光电二极管，所述雪崩光电二极管包括本征型衬底层以及间隔设置在所述本征型衬底层上的N型掺杂层、P型掺杂层和P型电荷控制层，在设置有所述N型掺杂层、所述P型掺杂层和所述P型电荷控制层的所述本征型衬底层上设置钝化层以及吸收层，所述吸收层靠近所述本征型衬底层的一侧分别与所述P型掺杂层和所述P型电荷控制层接触、背离所述本征型衬底层的一侧露出于所述钝化层表面；所述光学耦合器与所述吸收层之间包括有相互接触的投影重叠区域。2.如权利要求1所述的平面型光敏器件，其特征在于，所述光学耦合器包括光接收部以及与所述光接收部连接并凸出于所述光接收部的光波导结构，其中，所述光波导结构与所述吸收层之间投影重叠或部分重叠，所述光接收部由光栅结构或光子晶体结构组成，所述光波导结构与所述吸收层接触，所述光波导结构与光接收部通过Taper结构连接。3.如权利要求1所述的平面型光敏器件，其特征在于，所述平面型雪崩光电二极管器件包括钝化层，钝化层设置于衬底上以保护N型掺杂层、P型掺杂层和P型电荷控制层，所述钝化层将所述吸收层显露。4.如权利要求1所述的平面型光敏器件，其特征在于，在所述钝化层上还设置有N型接触电极和P型接触电极，所述N型接触电极和所述P型接触电极分别通过过孔与所述N型掺杂层以及所述P型掺杂层接触。5.一种平面型光敏器件制作方法，其特征在于，所述方法包括：在本征型衬底层上形成间隔设置的N型掺杂层、P型掺杂层和P型电荷控制层；在形成有所述N型掺杂层、P型掺杂层和P型电荷控...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾巧玉，龚政，陈志涛，刘晓燕，曾昭烩，潘章旭，刘久澄，任远，王巧，李叶林，
申请(专利权)人：广东省半导体产业技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44