雪崩光电二极管及制备方法技术

一种雪崩光电二极管，应用于光电探测器技术领域，在衬底上依次外延生长包括缓冲层、吸收层、过渡层、电荷层、帽层和电极接触层，电极接触层的材料为InGaAsP，且电极接触层为外延生长的本征的渐变组分材料，通过锌扩散等P型掺杂剂扩散掺杂工艺可以实现高浓度掺杂，上表面掺杂浓度为10

Avalanche photodiode and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
雪崩光电二极管及制备方法
本专利技术涉及光电探测器
，尤其涉及一种雪崩光电二极管及制备方法。
技术介绍
21世纪，随着半导体技术工艺的发展，应用于短波近红外的III-V族光电二极管在光通信行业、量子保密通信、量子计算、空间激光测距、近红外高分辨率光谱仪等行业承担着重要的光电转换探测器的角色。目前技术中以Au-Be(金铍)、Au-Zn-Pd(金锌铅)代表的合金体系接触电阻良好，但由于Be、Pd有毒性且部分需要固相再生工艺(SPR，solidphaseregrowth)工艺复杂，Au-Zn-Au(金锌金)体系为代表的合金工艺，中Zn与Au均与衬底的粘附性差，容易脱落，且接触电阻较差，影响工艺的可靠性与器件的性能。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种雪崩光电二极管及制备方法，在不影响器件的暗电流、频率响应的前提下，有效提高器件的欧姆接触特性，降低接触电阻，同时不易脱落。为实现上述目的，本专利技术实施例第一方面提供一种雪崩光电二极管，在衬底上依次外延生长包括缓冲层、吸收层、过渡层、电荷层、帽层和电极接触层，所述电极接触层的材料为铟镓砷磷(InGaAsP)。进一步地，所述电极接触层为外延生长的本征的渐变组分材料，所述电极接触层渐变组分的变化规则为In1-xGaxAsyP1-y，x跟随y变化。进一步地，所述电极接触层的材料厚度为20纳米至200纳米，上表面掺杂浓度为1019个原子每立方厘米。进一步地，其特征在于，还包括P型电极，所述P型电极由非合金接触的钛铂金Ti-Pt-Au制成。进一步地，所述电极接触层上表面的材料为In0.718Ga0.282As0.6P0.4。本专利技术实施例第二方面提供一种雪崩光电二极管的制备方法，包括：在衬底上制备外延片，所述外延片上依次外延生长包括缓冲层、吸收层、过渡层、电荷层、帽层和电极接触层；对所述外延片进行锌扩散、光刻、刻蚀、P型电极制备。进一步地，所述电极接触层为外延生长的本征的渐变组分的铟镓砷磷InGaAsP，所述渐变组分的InGaAsP的变化规则为In1-xGaxAsyP1-y，x跟随y变化。进一步地，所述对所述外延片进行锌扩散使所述电极接触层的上表面掺杂浓度为1019个原子每立方厘米，厚度为20纳米至200纳米。进一步地，所述P型电极由非合金接触的钛铂金Ti-Pt-Au制成。进一步地，所述电极接触层上表面的材料为In0.718Ga0.282As0.6P0.4。从上述本专利技术实施例可知，本专利技术提供的雪崩光电二极管及制备方法，在衬底上依次外延生长包括缓冲层、吸收层、过渡层、电荷层、帽层和电极接触层，电极接触层的材料为InGaAsP，且电极接触层为外延生长的本征的渐变组分材料，上表面掺杂浓度为1019个原子每立方厘米，P型电极由非合金接触的Ti-Pt-Au制成，利用Ti的高粘附性，Pt的高韧性，和Au的良好导电与抗腐蚀性，在不影响器件的暗电流、频率响应的前提下，有效提高器件的欧姆接触特性，降低接触电阻，同时不易脱落。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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的附图。图1为本专利技术一实施例提供的背入射式无背面透镜的雪崩光电二极管的结构示意图；图2为本专利技术一实施例提供的一背入射式有背面透镜的雪崩光电二极管的结构示意图；图3为本专利技术一实施例提供的另一背入射式有背面透镜的雪崩光电二极管的结构示意图；图4为本专利技术一实施例提供的正入射式雪崩光电二极管的结构示意图；图5为本专利技术一实施例中锌扩散掺杂浓度利用二次离子质谱表征的测试结果示意图；图6为本专利技术另一实施例提供的雪崩光电二极管的制备方法的流程示意图。具体实施方式为使得本专利技术的专利技术目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，而非全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域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。在本专利技术实施例中，雪崩二极管包括：衬底1；缓冲层2，外延生长在衬底1上；吸收层3，生长在缓冲层2的上表面；过渡层4，生长在吸收层3的上表面；电荷层5，生长在过渡层4的上表面；帽层6，生长在电荷层5的上表面；电极接触层7，生长在帽层6的上表面；P电极8、介质膜9、N电极10和增透膜11。其中，锌扩散范围由a表示。进一步地，电极接触层7的材料为InGaAsP。进一步地，电极接触层7材料为外延生长的本征的渐变组分材料，上表面掺杂浓度为1019Atoms/cm3(原子每立方厘米，以下均以Atoms/cm3表示)，厚度为20nm至200nm(纳米，以下均以nm表示)相比于现有技术中增加固定组分的InGaAs、InGaAsP作为电极接触层，保持了近似相同的比接触电阻的同时，降低了由于InGaAs对光吸收、固定组分(InGaAs、InGaAsP)导致和InP材料的异质结，而导致的暗电流、暗计数、后脉冲、光子定时抖动等参数的影响。进一步地，P型电极，所述P型电极由非合金接触的Ti-Pt-Au制成。相比现有技术中的P型InP上做电极，利用Ti-Pt-Au体系的非合金接触，利用Ti的高粘附性，Pt的高韧性，和Au的良好导电与抗腐蚀性，提高了电极粘附性，提高了器件可靠性，同时降低了接触电阻，实现了和合金方案近似同样量级的10-5-10-6Ω·CM2(欧姆平方厘米，以下均以Ω·CM2)。进一步地，电极接触层上表面的材料为In0.718Ga0.282As0.6P0.4。具体的，本专利技术在InGaAs/InP体系的III-V族雪崩光电二极管外延片的基础上，增加一层渐变式InGaAsP作为电极接触层，其具体应用的器件结构如图1至图4所示，图1为本专利技术一实施例提供的背入射式无背面透镜的雪崩光电二极管的结构示意图，图2为本专利技术一实施例提供的一背入射式有背面透镜的雪崩光电二极管的结构示意图，图3为本专利技术一实施例提供的另一背入射式有背面透镜的雪崩光电二极管的结构示意图，其P、N电极做在正反两面，图4为本专利技术一实施例提供的正入射式雪崩光电二极管的结构示意图，其P、N电极均做在正面。其均有共同的技术特性：即所增加的电极接触层材料的掺杂类型为渐变掺杂，电极接触层的材料厚度w为：20——200nm。具体的，电极接触层InGaAsP的组分In1-xGaxAsyP1-y，其中x为随着y变化的一个变化量，其遵循分子组成化合物的价键规律，y值变化从InP的上表面开始计算至渐变组分材料InGaAsP的上表面从0一直变化值0.6。即最上表面的材料为In0.718Ga0.282As0.6P0.4，其对应能带近似为：Eg＝0.9509电子伏特，PL(Photoluminescence，光致发光)谱近似为：1305nm。外延生长的本征的渐变组分InGaAsP接触层的渐变方式包括：连续式渐变与离散式渐变，其中对于离散式渐变：离散总数字量为n(y＝0.6/n，0.6*2/n……0.6*(n-1)/n，0.6，每段对应厚度为w/n)。本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种雪崩光电二极管，其特征在于，在衬底上依次外延生长包括缓冲层、吸收层、过渡层、电荷层、帽层和电极接触层，所述电极接触层的材料为铟镓砷磷InGaAsP。

【技术特征摘要】
1.一种雪崩光电二极管，其特征在于，在衬底上依次外延生长包括缓冲层、吸收层、过渡层、电荷层、帽层和电极接触层，所述电极接触层的材料为铟镓砷磷InGaAsP。2.根据权利要求1所述的雪崩光电二极管，其特征在于，所述电极接触层为外延生长的本征的渐变组分材料，所述电极接触层渐变组分的变化规则为In1-xGaxAsyP1-y，x跟随y变化。3.根据权利要求1或2所述的雪崩光电二极管，其特征在于，所述电极接触层的材料厚度为20纳米至200纳米，上表面掺杂浓度为1019个原子每立方厘米。4.根据权利要求1或2所述的雪崩光电二极管，其特征在于，还包括P型电极，所述P型电极由非合金接触的钛铂金Ti-Pt-Au制成。5.根据权利要求3所述的雪崩光电二极管，其特征在于，所述电极接触层上表面的材料为In0.718Ga0.282As0.6P0.4。6.一种雪崩光电二极管的制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王亮，张博健，秦金，何伟，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34