光敏器件及其制作方法技术

本发明专利技术提供了一种光敏器件及其制作方法，涉及光电技术领域，所述光敏器件包括APD及光学耦合器，APD包括衬底层及依次设置的N型掺杂层、倍增层、P型电荷控制层、吸收层及P型掺杂层，在N型掺杂层、APD台面外周设置填充钝化层，光学耦合器设置于器件的顶部，用于光耦合汇聚和改变光传输方向。光学耦合器与P型掺杂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雪崩光电二极管在水平方向上分离，利用光学耦合器的光耦合汇聚特性，可以在保证整个器件光量子效率基本不变的条件下，通过大幅的降低雪崩光电二极管APD的尺寸和减小吸收层的厚度，以提升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。

Photosensitive device and its making method

The invention provides a photosensitive device and a manufacturing method thereof, which relates to the field of optoelectronic technology. The photosensitive device comprises an APD and an optical coupler. The APD comprises a substrate layer and a successively arranged N-type doping layer, a multiplier layer, a P-type charge control layer, an absorption layer and a P-type doping layer, and a filling passivation is arranged around the N-type doping layer and an APD table surface. The optical coupler is arranged at the top of the device, which is used for optical coupling to converge and change the direction of optical transmission. The projection overlap area between the optical coupler and the P-doped layer is included. The incident plane of the optical coupler is separated horizontally from the avalanche photodiode. By utilizing the optical coupling and convergence characteristics of the optical coupler, the optical quantum efficiency of the whole device can be guaranteed to remain basically unchanged, and the optical quantum efficiency can be greatly improved. Reducing the size of APD and the thickness of the absorption layer can improve the speed and bandwidth of photosensitive devices, reduce the dark current and power consumption, and enhance the sensitivity of the devices.

【技术实现步骤摘要】
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光敏器件，所述光敏器件包括雪崩光电二极管及光学耦合器，所述雪崩光电二极管包括衬底层及依次设置于衬底层上的N型掺杂层、倍增层、P型电荷控制层、吸收层及P型掺杂层，所述倍增层、P型电荷控制层、吸收层及P型掺杂层依次设置于所述N型掺杂层远离衬底层的表面的预设区域，所述N型掺杂层上设置有填充钝化层以将形成台面的倍增层、P型电荷控制层、吸收层及P型掺杂层的四周包覆，所述光学耦合器设置于所述填充钝化层上，所述光学耦合器与所述P型掺杂层之间包括有相互接触的投影重叠区域，所述P型掺杂层的表面与所述光学耦合器不接触的区域设置有第一钝化层，所述N型掺杂层未设置填充钝化层的表面设置有第二钝化层。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受部的光波导结构，其中，所述光波导结构与所述P型掺杂层之间投影重叠或部分重叠。进一步地，所述雪崩光电二极管还包括P型接触电极和N型接触电极，所述P型接触电极设置于所述第一钝化层上，所述P型接触电极通过过孔与所述P型掺杂层接触，所述N型接触电极设置于所述第二钝化层上，所述N型接触电极通过过孔与所述N型掺杂层接触。进一步地，所述过孔包括第一过孔，第一过孔设置于所述第一钝化层上，所述P型接触电极通过所述第一过孔与所述P型掺杂层接触。进一步地，所述过孔包括第二过孔，第二过孔设置于所述第二钝化层上，所述N型接触电极通过所述第二过孔与所述N型掺杂层接触。本专利技术实施例提供了一种光敏器件制作方法，所述方法包括：在衬底层上依次形成N型掺杂层、倍增层、P型电荷控制层、吸收层及P型掺杂层；按照预设图形刻蚀/腐蚀形成雪崩光电二极管APD台面区域，刻蚀深度至所述N型掺杂层远离衬底层的表面；未被刻蚀而保留的区域为APD台面区域；在所述N型掺杂层上沉积填充钝化层并做表面平整化处理，以将所述雪崩光电二极管台面区域的四周包覆；在所述填充钝化层表面的一侧制备光学耦合器，所述光学耦合器与所述P型掺杂层之间包括有相互接触的投影重叠区域。进一步地，在所述填充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：在所述P型掺杂层和填充钝化层的表面沉积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，所述通过构图工艺形成所述光学耦合器的步骤包括：通过光刻和刻蚀/腐蚀工艺依次形成所述光学耦合器的光接收部、光波导结构及连接所述光接收部与光波导结构的Taper结构，其中，所述光接收部为光栅结构或光子晶体结构，所述光波导结构与所述P型掺杂层接触。进一步地，所述方法还包括：在所述P型掺杂层的表面形成第一钝化层；在所述N型掺杂层的表面形成第二钝化层。进一步地，所述方法还包括：在所述第一钝化层和所述第二钝化层上分别形成过孔；在所述第一钝化层上形成P型接触电极，所述P型接触电极通过过孔与所述P型掺杂层接触；在所述第二钝化层上形成N型接触电极，所述N型接触电极通过过孔与所述N型掺杂层接触。相对现有技术，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供了一种光敏器件及其制作方法，所述光敏器件包括雪崩光电二极管及光学耦合器，所述雪崩光电二极管包括衬底层及依次设置于衬底层上的N型掺杂层、倍增层、P型电荷控制层、吸收层及P型掺杂层，所述倍增层、P型电荷控制层、吸收层及P型掺杂层依次设置于所述N型掺杂层远离衬底层的表面的预设区域，所述N型掺杂层上设置有填充钝化层以将所述倍增层、P型电荷控制层、吸收层及P型掺杂层的四周包覆，所述光学耦合器设置于所述填充钝化层上，所述光学耦合器与所述P型掺杂层之间包括有相互接触的投影重叠区域，所述P型掺杂层的表面与所述光学耦合器不接触的区域设置有第一钝化层，所述N型掺杂层未设置填充钝化层的表面设置有第二钝化层，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基本不变的条件下，通过大幅的降低雪崩光电二极管的尺寸、减小吸收层的厚度，以提升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光敏器件制作方法的流程图。图2示出了步骤S10后形成的外延结构示意图。图3示出了步骤S10的子步骤流程图。图4示出了步骤S20后形成的外延结构示意图。图5示出了形成填充钝化层后的外延结构示意图。图6示出了步骤S40的子步骤流程图。图7示出了形成SiNx层或Si层后的外延结构示意图。图8示出了光敏器件的示意图。图9示出了形成钝化层后的外延结构示意图。图10示出了雪崩光电二极管的示意图。图标：10-光敏器件；100-APD；111-台面区域；110-衬底层；120-N型掺杂层；130-倍增层；140-P型电荷控制层；150-吸收层；160-P型掺杂层；171-第一钝化层；1713-P型接触电极；173-第二钝化层；1733-N型接触电极；180-填充钝化层；200-光学耦合器；210-光接收部；230-光波导结构。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本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光敏器件，其特征在于，所述光敏器件包括雪崩光电二极管及光学耦合器，所述雪崩光电二极管包括衬底层及依次设置于衬底层上的N型掺杂层、倍增层、P型电荷控制层、吸收层及P型掺杂层，所述倍增层、P型电荷控制层、吸收层及P型掺杂层依次设置于所述N型掺杂层远离衬底层的表面的预设区域，所述N型掺杂层上设置有填充钝化层以将形成台面的倍增层、P型电荷控制层、吸收层及P型掺杂层的四周包覆，所述光学耦合器设置于所述填充钝化层上，所述光学耦合器与所述P型掺杂层之间包括有相互接触的投影重叠区域，所述P型掺杂层的表面与所述光学耦合器不接触的区域设置有第一钝化层，所述N型掺杂层未设置填充钝化层的表面设置有第二钝化层。

【技术特征摘要】
1.一种光敏器件，其特征在于，所述光敏器件包括雪崩光电二极管及光学耦合器，所述雪崩光电二极管包括衬底层及依次设置于衬底层上的N型掺杂层、倍增层、P型电荷控制层、吸收层及P型掺杂层，所述倍增层、P型电荷控制层、吸收层及P型掺杂层依次设置于所述N型掺杂层远离衬底层的表面的预设区域，所述N型掺杂层上设置有填充钝化层以将形成台面的倍增层、P型电荷控制层、吸收层及P型掺杂层的四周包覆，所述光学耦合器设置于所述填充钝化层上，所述光学耦合器与所述P型掺杂层之间包括有相互接触的投影重叠区域，所述P型掺杂层的表面与所述光学耦合器不接触的区域设置有第一钝化层，所述N型掺杂层未设置填充钝化层的表面设置有第二钝化层。2.如权利要求1所述的光敏器件，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受部的光波导结构，其中，所述光波导结构与所述P型掺杂层之间投影重叠或部分重叠。3.如权利要求1所述的光敏器件，其特征在于，所述雪崩光电二极管还包括P型接触电极和N型接触电极，所述P型接触电极设置于所述第一钝化层上，所述P型接触电极通过过孔与所述P型掺杂层接触，所述N型接触电极设置于所述第二钝化层上，所述N型接触电极通过过孔与所述N型掺杂层接触。4.如权利要求3所述的光敏器件，其特征在于，所述过孔包括第一过孔，第一过孔设置于所述第一钝化层上，所述P型接触电极通过所述第一过孔与所述P型掺杂层接触。5.如权利要求3所述的光敏器件，其特征在于，所述过孔包括第二过孔，第二过孔设置于所述第二钝化层上，所述N型接触电极通过所述第二过孔与所述N型掺杂层接触。6.一种光敏器件制作方法，其特征在于，所述...

【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