一种带导光结构的光电二极管及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种带导光结构的光电二极管及其制作方法，包括衬底、光电转换结构和导光结构，光电转换结构设于所述衬底之上且顶面设有收光口，导光结构包括设于收光口之上的锥形导光孔和设于锥形导光孔内侧壁的高反射层，其中锥形导光孔由覆盖光电转换结构顶部的有机聚合物层开口形成，锥形导光孔的底部孔径与所述收光口相对应，顶部孔径大于底部孔径。本发明专利技术在光电二极管光敏面上利用半导体微加工技术制作了一个具有较大收光孔径的导光结构，可提高光纤耦合效率，降低封装成本。

【技术实现步骤摘要】
一种带导光结构的光电二极管及其制作方法
本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种带导光结构的光电二极管及其制作方法。
技术介绍
随着通讯技术的发展，用于光接收的光电探测器的速率要求越来越高。为了达到更高的速率，必须降低光电探测器的结电容，也就是减小收光面的直径。目前，25GInGaAs高速探测器的光敏面直径普遍在20μm左右，而更高速率的探测器光敏面直径更小。小光敏面探测器导致耦合效率低，良品率差，直接影响高速光模块产品的成本降低。为了提升高速光电探测器的耦合效率，目前采用衬底背面集成微透镜的技术方案。这一技术方案虽然可以降低耦合难度，但同时也存在明显的弊端，比如增加了工艺复杂程度，良率偏低，并且芯片还需要filp-chip工艺，将芯片倒装到载体上才能使用，芯片体积偏大。这些都导致芯片加工成本明显增加。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种带导光结构的光电二极管及其制作方法。为了实现以上目的，本专利技术的技术方案为：一种带导光结构的光电二极管，包括衬底、光电转换结构和导光结构；所述光电转换结构设于所述衬底之上且顶面设有收光口，所述导光结构包括设于所述收光口之上的锥形导光孔和设于所述锥形导光孔内侧壁的高反射层，其中所述锥形导光孔由覆盖所述光电转换结构顶部的有机聚合物层开口形成，所述锥形导光孔的底部孔径与所述收光口相对应，顶部孔径大于底部孔径。可选的，所述收光口的孔径不大于30μm，所述锥形导光孔的顶部孔径是所述收光口孔径的1.1～10倍。可选的，所述锥形导光孔的侧壁与水平面的外夹角为30°～70°。可选的，所述有机聚合物层具有感光特性，材料是PI(聚酰亚胺)、PMMA、光刻胶或BCB(苯并环丁烯)，所述锥形导光孔的高度为3～100μm。可选的，所述高反射层的在所述光电二极管的工作波段的反射率大于80％，厚度大于10nm。可选的，所述高反射层的材料是金属。可选的，所述光电转换结构包括PIN外延层、抗反射层、钝化层和电极，所述PIN外延层设于所述衬底之上，所述钝化层覆盖所述PIN外延层的收光口之外的表面并设有让位于电极连接的开口，所述抗反射层设于所述PIN外延层顶面的收光口内，所述电极通过所述开口与所述PIN外延层连接。可选的，所述PIN外延层包括按序设于所述衬底之上的N型层、I层吸收区和P型层，所述电极包括连接所述N型层的N电极和连接所述P型层的P电极，其中所述P电极于所述P型层上环形设置，所述抗反射层设于环形内部并形成所述收光口。上述光电二极管的制作方法包括以下步骤：1)于衬底上制作光电转换结构；2)涂覆有机聚合物并预处理形成有机聚合物层；3)通过光刻技术于所述有机聚合物层形成对应所述收光口的锥形导光孔；4)于所述锥形导光孔的内侧壁形成高反射层。可选的，步骤4)具体包括：涂覆光阻，通过曝光显影裸露所述锥形导光孔的内侧壁，通过蒸镀工艺沉积金属于所述锥形导光孔的内侧壁上形成所述高反射层，剥离光阻将所述收光口内的金属去除。本专利技术的有益效果为：1)在光电二极管光敏面上利用半导体微加工技术制作了一个具有较大收光孔径的导光结构，这一结构可提高光纤耦合效率，降低光纤耦合难度，增加芯片响应度。2)相比于背部集成透镜的光电二极管，本结构不需要filp-chip工艺，成本优势明显，并且芯片尺寸更小。3)光电二极管的台面区域覆盖了较厚的有机聚合物，一方面该区域高度较高，有效地防止了覆盖部分和光窗部分机械刮伤，起到了保护作用，另一方面，覆盖物可进一步增强芯片的防水汽能力。附图说明图1为一实施例的带导光结构的光电二极管的结构示意图；图2为实施例的光路原理示意图，其中带箭头的线表示入射光线；图3为图1的结构的工艺流程图，图中表示各个步骤所得到的结构示意图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步解释。本专利技术的各附图仅为示意以更容易了解本专利技术，其具体比例可依照设计需求进行调整。文中所描述的图形中相对元件的上下关系以及顶面/底面的定义，在本领域技术人员应能理解是指构件的相对位置而言，因此皆可以翻转而呈现相同的构件，此皆应同属本说明书所揭露的范围。参考图1至图2，实施例的一种带导光结构的光电二极管100包括衬底1、光电转换结构2和导光结构3。光电转换结构2设于衬底1之上且顶面设有收光口2a，导光结构3包括设于所述收光口2a之上的锥形导光孔31和设于所述锥形导光孔31内侧壁的高反射层32，其中所述锥形导光孔31由覆盖所述光电转换结构2顶部的有机聚合物层33开口形成，所述锥形导光孔31的底部开口31a与所述收光口2a相对应(即孔径相同且重合)，顶部开口31b的孔径大于底部开口31a的孔径。其中，所述光电转换结构2包括PIN外延层21、抗反射层22、钝化层23和N电极24和P电极25。PIN外延层21包括按序设于所述衬底1之上的N型层211、I层吸收区212和P型层213，钝化层23覆盖PIN外延层21的收光口2a之外的表面并设有让位于电极连接的开口，N电极24通过钝化层23的开口由N型层211引出，P电极25通过钝化层23的开口于P型层213上环形设置并引出，环形内部形成收光口2a。所述抗反射层22设于环形设置的P型层213内部，即覆盖收光口2a表面。本实施例的光电转换结构2举例为InGaAs高速光电二极管结构，具体，衬底1为半绝缘衬底，N型层211的材料为N型InP，I层吸收区212的材料为InGaAs，P型层213的材料为P型InP，抗反射层、钝化层和电极等参考习知设置。所述收光口2a的孔径(也即锥形导光孔31的底部开口31a的孔径)不大于30μm，所述锥形导光孔31的顶部开口31b的孔径是所述收光口2a孔径的1.1～10倍。锥形导光孔31的侧壁与水平面的外夹角α为30°～70°。锥形导光孔31的高度为3～100μm。形成锥形导光孔31的有机聚合物层33的材料具有感光特性，材料是PI、PMMA、光刻胶或BCB。高反射层32在光电二极管的工作波段的反射率大于80％，厚度大于10nm。高反射层的材料优选为金属，例如Ti、Ni、Al等。锥形导光孔31和高反射层32形成的导光结构类似光锥，进入顶部开口31b的入射光通过侧壁的高反射层32反射并进入收光口2a，增大了光电转换结构2的收光孔径，使光电转换结构2可收集的光增多，从而获得更高的响应度。举例来说，收光口2a的孔径(也即锥形导光孔31的底部开口31a的孔径)为10μm，锥形导光孔31的外夹角α(导光孔侧壁与水平面的夹角)为60°、高度为10μm，则顶部开口31b的孔径为21.5μm，收光孔径增大了一倍以上，效果明显。参考图3，以下具体说明上述光电二极管的制作方法。见图3-1，于衬底1上制作光电转换结构2。例如，于衬底1上依次外延形成包括N型层211、I层吸收区212、P型层213的外延层21，然后形成覆盖上述结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带导光结构的光电二极管，其特征在于：包括衬底、光电转换结构和导光结构；所述光电转换结构设于所述衬底之上且顶面设有收光口，所述导光结构包括设于所述收光口之上的锥形导光孔和设于所述锥形导光孔内侧壁的高反射层，其中所述锥形导光孔由覆盖所述光电转换结构顶部的有机聚合物层开口形成，所述锥形导光孔的底部孔径与所述收光口相对应，顶部孔径大于底部孔径。/n

【技术特征摘要】
1.一种带导光结构的光电二极管，其特征在于：包括衬底、光电转换结构和导光结构；所述光电转换结构设于所述衬底之上且顶面设有收光口，所述导光结构包括设于所述收光口之上的锥形导光孔和设于所述锥形导光孔内侧壁的高反射层，其中所述锥形导光孔由覆盖所述光电转换结构顶部的有机聚合物层开口形成，所述锥形导光孔的底部孔径与所述收光口相对应，顶部孔径大于底部孔径。


2.根据权利要求1所述的光电二极管，其特征在于：所述收光口的孔径不大于30μm，所述锥形导光孔的顶部孔径是所述收光口孔径的1.1～10倍。


3.根据权利要求1所述的光电二极管，其特征在于：所述锥形导光孔的侧壁与水平面的外夹角为30°～70°。


4.根据权利要求1所述的光电二极管，其特征在于：所述有机聚合物层具有感光特性，材料是PI、PMMA、光刻胶或BCB，所述锥形导光孔的高度为3～100μm。


5.根据权利要求1所述的光电二极管，其特征在于：所述高反射层的在所述光电二极管的工作波段的反射率大于80％，厚度大于10nm。


6.根据权利要求1所述的光电二极管，其特征在于：所述高反射层的材料是金属。


7.根据权利要求1所述的光...

【专利技术属性】
技术研发人员：张江勇，杨健，
申请(专利权)人：厦门市三安集成电路有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35