一种光电探测器及光电探测器的制备方法技术

本申请公开了一种光电探测器，包括自底层至顶层依次排列的吸收层、金属层、介质膜以及反射金属；吸收层用于吸收目标探测光；金属层包含条状光栅以及上接触电极，条状光栅的一侧位于吸收层之上，条状光栅用于聚集目标探测光，上接触电极用于通过电压与下接触电极形成电性连接；介质膜的一侧位于条状光栅的另一侧之上，介质膜的另一侧位于反射金属之下，介质膜用于提供谐振腔的腔体，反射金属用于反射目标探测光。本申请还提供了一种光电探测器的制备方法。本申请中利用条状光栅和反射金属可同时形成横向谐振腔效应和纵向谐振腔效应，以较薄的吸收区获取更高的光吸收率，且探测器的结构相对于谐振腔共振探测器而言更为简单，降低了制作成本。

A Fabrication Method of Photoelectric Detector and Photoelectric Detector

【技术实现步骤摘要】
一种光电探测器及光电探测器的制备方法
本申请涉及半导体器件领域，尤其涉及一种光电探测器及光电探测器的制备方法。
技术介绍
在光纤通信系统的发展中，光电探测器作为一个不可或缺的部件，其性能的优劣对整个光纤通信系统的性能起着决定性作用。光电探测器的带宽与量子效率相互制约，一般情况下通过增加光电探测器的吸收层厚度可以增大器件的量子效率。目前，一种常见的光电探测器如1所示，图1为现有方案中共振腔增强(resonantcavityenhanced，RCE)探测器的一个示意图，RCE探测器在吸收区的两端集成有分布式布拉格反射镜(distributedBraggreflection，DBR)的谐振腔。当光从一端入射到RCE探测器之后，光会在两个DBR之间来回反射，直至被吸收区吸收。虽然图1所示RCE探测器结构的光吸收区比较薄，有利于载流子快速迁移到电极，但是该RCE探测器结构的外延需要有很厚的DBR，且通常DBR的厚度可到数微米，从而增加了制作成本。
技术实现思路
本申请提供了一种光电探测器及光电探测器的制备方法，一方面利用条状光栅和反射金属可同时形成横向谐振腔效应和纵向谐振腔效应，以较薄的吸收区获取更高的光吸收率，另一方面，该探测器的结构相对于谐振腔共振探测器来说制作更为简单，从而降低了制作成本。本申请实施例的第一方面提供一种光电探测器，该光电探测器从自底层至顶层依次排列的吸收层、金属层、介质膜以及反射金属，吸收层用于吸收目标探测光，而金属层包含条状光栅以及上接触电极，该条状光栅的一侧位于吸收层之上，条状光栅用于可以聚集目标探测光，该上接触电极用于通过电压与下接触电极形成电性连接。而介质膜的一侧位于条状光栅的另一侧之上，介质膜的另一侧位于反射金属之下，介质膜用于提供谐振腔的腔体，反射金属用于反射目标探测光。本申请实施例中，提供了一种光电探测器，包括自底层至顶层依次排列的吸收层、金属层、介质膜以及反射金属，吸收层用于吸收目标探测光，金属层包含条状光栅以及上接触电极，条状光栅的一侧位于吸收层之上，条状光栅用于聚集目标探测光，而上接触电极用于通过电压与下接触电极形成电性连接，介质膜的一侧位于条状光栅的另一侧之上，介质膜的另一侧耦合与反射金属，介质膜用于提供谐振腔的腔体，反射金属用于反射目标探测光。采用上述光电探测器，一方面该光电探测器的结构更为简单，从而降低了制作成本，另一方面利用条状光栅和反射金属可同时形成横向谐振腔效应和纵向谐振腔效应，以此获取更高的光吸收率。在一种可能的设计中，在本申请实施例的第一方面的第一种实现方式中，光电探测器还可以包括过渡层，过渡层位于吸收层之下，过渡层为N型磷砷化镓铟过渡层。由于N型过渡层中正电荷量与负电荷量相等，故N型过渡层呈电中性。自由电子主要由杂质原子提供，空穴由热激发形成。掺入的杂质越多，自由电子的浓度就越高，导电性能就越强。可见，本申请实施例中，介绍了过渡层的组成和结构，从而有利于增强方案的可行性。在一种可能的设计中，在本申请实施例的第一方面的第二种实现方式中，光电探测器还可以包括下接触层，该下接触层位于过渡层之下，所述下接触层为N型或P型的重掺杂接触层。重掺杂指的是掺入半导体材料中的杂质量比较多，通常情况下，加入的杂质质量愈多，半导体材料的导电性越强。可见，本申请实施例中，采用N型或P型的重掺杂接触层可以增加下接触层的导电性。在一种可能的设计中，在本申请实施例的第一方面的第三种实现方式中，光电探测器还可以包括下接触电极，其中，下接触电极位于下接触层之上，且下接触电极与金属层之间不存在交叠部分。可见，下接触电极不会遮挡目标探测光，以此提升光电探测器的可靠性。在一种可能的设计中，在本申请实施例的第一方面的第四种实现方式中，光电探测器还可以包括N型衬底，其中，N型衬底位于过渡层之下。可见，N型衬底位于光电探测器的最底层，起着支撑和固定的作用。在一种可能的设计中，在本申请实施例的第一方面的第五种实现方式中，光电探测器还可以包括下接触电极，其中，下接触电极位于N型衬底之下，且下接触电极与金属层之间不存在交叠部分。可见，下接触电极不会遮挡目标探测光，以此提升光电探测器的可靠性。在一种可能的设计中，在本申请实施例的第一方面的第六种实现方式中，光电探测器还可以包括缓冲层，该缓冲层位于吸收层之下，且该缓冲层位于N型衬底之上，N型衬底为磷化铟衬底，缓冲层的厚度为500±400纳米nm。可见，缓冲层的厚度较小，从而降低了光电探测器的厚度。在一种可能的设计中，在本申请实施例的第一方面的第七种实现方式中，吸收层包括第一子吸收层和第二子吸收层，其中，第一子吸收层为非掺杂的吸收层，第一子吸收层的厚度为500±300nm，第二子吸收层为P型或N型吸收层，第二子吸收层的厚度为50nm±30nm。可见，第一子吸收层和第二子吸收层的厚度都较小，从而降低了光电探测器的厚度。本申请实施例的第二方面提供一种光电探测器的制备方法，首先，在N型衬底衬底上依次外延缓冲层、过渡层以及吸收层，并制成外延片，其中，N型衬底为磷化铟InP衬底，吸收层为重掺杂吸收层。然后在外延片上采用标准的光刻工艺，光刻出边长为50um的正方形或圆形的台面，然后在光刻胶的掩膜下，进行感应耦合等离子体刻蚀刻蚀或者湿法腐蚀，保留台面区域，并将余留区域腐蚀到下接触层或者N型衬底，其中，余留区域为外延片除去台面后剩下的区域。再采用剥离工艺对金属层所对应的图像进行剥离，以得到金属层，金属层包括条状光栅以及上接触电极，条状光栅以及上接触电极为通过电子束蒸发沉积后得到的。最后，采用化学气相淀积工艺在金属层上沉淀介质膜，并在介质膜上沉积反射金属。本申请实施例中，提供了一种光电探测器的制备方法，由于光电探测器的结构简单，因此，在工艺制作上也更为简易。在一种可能的设计中，在本申请实施例的第二方面的第一种实现方式中，在介质膜上沉积反射金属之后，还可以包括采用光刻工艺、感应耦合等离子体刻蚀工艺和湿法腐蚀工艺中的至少一种工艺，去除非条状光栅区域所对应的介质膜和反射金属。可见，本申请实施例中，还需要进一步去除非条状光栅区域所对应的介质膜和反射金属，从而防止介质膜和反射金属对非条状光栅区域的影响，提升入射光的吸收效率。在一种可能的设计中，在本申请实施例的第二方面的第二种实现方式中，采用光刻工艺获取台面的步骤具体可以包括：首先采用光刻工艺从外延片上刻出台面，然后在光刻胶的掩膜下，采用感应耦合等离子体刻蚀工艺或者湿法腐蚀工艺将余留区域腐蚀到下接触层，其中，余留区域为外延片除去台面后剩下的区域。可见，本申请实施例中，介绍了如何采用光刻工艺获取台面，并将余留区域腐蚀到下接触层，通过上述方式，可以保证获取台面的可操作性。在一种可能的设计中，在本申请实施例的第二方面的第三种实现方式中，还可以采用光刻工艺在下接触层上制作下接触电极。可见，本申请实施例中，可以在下接触层上制作下接触电极，从而提升下接触电极设计的灵活性。在一种可能的设计中，在本申请实施例的第二方面的第四种实现方式中，采用光刻工艺获取台面的步骤具体可以包括：首先采用光刻工艺从外延片上刻出50±5微米um的台面，然后在光刻胶的掩膜下，采用感应耦合等离子体刻蚀工艺或者湿法腐蚀工艺将余留区域腐蚀到N型衬底，其中，余留区域为外延片除本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光电探测器，其特征在于，包括自底层至顶层依次排列的吸收层、金属层、介质膜以及反射金属；所述吸收层用于吸收目标探测光；所述金属层包含条状光栅以及上接触电极，所述条状光栅的一侧位于所述吸收层之上，所述条状光栅用于聚集所述目标探测光，所述上接触电极用于通过电压与下接触电极形成电性连接；所述介质膜的一侧位于所述条状光栅的另一侧之上，所述介质膜的另一侧耦合与所述反射金属，所述介质膜用于提供谐振腔的腔体，所述反射金属用于反射所述目标探测光。

【技术特征摘要】
1.一种光电探测器，其特征在于，包括自底层至顶层依次排列的吸收层、金属层、介质膜以及反射金属；所述吸收层用于吸收目标探测光；所述金属层包含条状光栅以及上接触电极，所述条状光栅的一侧位于所述吸收层之上，所述条状光栅用于聚集所述目标探测光，所述上接触电极用于通过电压与下接触电极形成电性连接；所述介质膜的一侧位于所述条状光栅的另一侧之上，所述介质膜的另一侧耦合与所述反射金属，所述介质膜用于提供谐振腔的腔体，所述反射金属用于反射所述目标探测光。2.根据权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，所述光电探测器还包括过渡层，所述过渡层位于所述吸收层之下，所述过渡层为N型磷砷化镓铟InGaAsP过渡层。3.根据权利要求2所述的光电探测器，其特征在于，所述光电探测器还包括下接触层，所述下接触层位于所述过渡层之下，所述下接触层为N型或P型的重掺杂接触层。4.根据权利要求3所述的光电探测器，其特征在于，所述光电探测器还包括所述下接触电极，其中，所述下接触电极位于所述下接触层之上，且所述下接触电极与所述金属层之间不存在交叠部分。5.根据权利要求2所述的光电探测器，其特征在于，所述光电探测器还包括N型衬底，其中，所述N型衬底位于所述过渡层之下。6.根据权利要求2所述的光电探测器，其特征在于，所述光电探测器还包括所述下接触电极，其中，所述下接触电极位于所述N型衬底之下，且所述下接触电极与所述金属层之间不存在交叠部分。7.根据权利要求1至6中任一项所述的光电探测器，其特征在于，所述光电探测器还包括缓冲层，所述缓冲层位于所述吸收层之下，且所述缓冲层位于所述N型衬底之上，所述N型衬底为磷化铟InP衬底，所述缓冲层的厚度为500±400纳米nm。8.根据权利要求1至7中任一项所述的光电探测器，其特征在于，所述吸收层包括第一子吸收层和第二子吸收层；所述第一子吸收层为非掺杂的吸收层，所述第一子吸收层的厚度为500±300nm；所述第二子吸收层为P型或N型吸收层，所述第二子吸收层的厚度为50±30nm。9.一种光电探测器的制备方法，其特征在于，包括：在N型衬底衬底上依次外延缓冲层、过渡层以及吸收层，并制成外延片，其中，所述N型衬底为磷化铟InP衬底，所述吸收层为重掺杂吸收...

【专利技术属性】
技术研发人员：向伟，郭敬书，赵彦立，曹均凯，秦龙，缪笛，
申请(专利权)人：海思光电子有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42