一种低电容的高速光电二极管及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低电容的高速光电二极管及其制备方法，所述高速光电二极管由下至上包括第一电极、衬底、外延层和第二电极，还包括有机聚合物层；外延层由下至上包括第一半导体层、I层和第二半导体层以形成PIN结构，其中第二半导体层设有光敏区，第二电极包括与光敏区的边缘接触的环形部和由环形部向外侧延伸的引出部；引出部下方的外延层设有若干向下延伸的孔洞结构，有机聚合物层设于引出部和第二半导体层之间并填充所述孔洞结构。本发明专利技术通过在电极下方制作孔洞状结构，并在孔洞结构内填充有机聚合物及上方覆盖有机聚合物层，两者结合达到降低芯片的电极电容的目的。达到降低芯片的电极电容的目的。达到降低芯片的电极电容的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种低电容的高速光电二极管及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种低电容的高速光电二极管及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着通讯技术的发展，用于光接收的光电二极管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及附加电容。结电容主要通过减小PN结的面积实现。而附加电容主要来源于电极电容的贡献，所以减小附加电容必须减小电极电容的贡献。目前降低电极电容的方法主要有两种：一种是将电极制作在半绝缘(或绝缘)衬底上达到降低电极电容的效果，但由于需要制作台面结构，增大了芯片工艺复杂程度；另外一种是在电极下方插入厚的介质膜绝缘层或有机聚合物，工艺虽然较简单，但效果不佳，厚的介质膜绝缘层应力很大会导致芯片性能异常，厚的有机聚合物导致芯片可焊性恶化严重。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种低电容的高速光电二极管及其制备方法。
[0004]为了实现以上目的，本专利技术的技术方案为：
[0005]一种低电容的高速光电二极管，由下至上包括第一电极、衬底、外延层和第二电极，还包括有机聚合物层；所述外延层由下至上包括第一半导体层、I层和第二半导体层，所述第二半导体层设有光敏区，所述第一半导体层为N掺杂材料，第二半导体层的至少光敏区为P掺杂材料；所述第二电极包括与所述光敏区的边缘接触的环形部和由所述环形部向外侧延伸的引出部；所述引出部下方的外延层设有若干向下延伸的孔洞结构，所述有机聚合物层设于所述引出部和第二半导体层之间并填充所述孔洞结构。
[0006]可选的，还包括介质层，所述介质层覆盖所述第二半导体层表面并对应所述光敏区开口，所述孔洞结构还贯穿所述介质层，所述有机聚合物层覆盖所述引出部下方的介质层表面。
[0007]可选的，还包括介质膜抗反射层，所述介质膜抗反射层覆盖所述光敏区表面并设于所述有机聚合物层和引出部之间。
[0008]可选的，所述有机聚合物层的材料是PI、光刻胶或BCB，厚度≤3μm。
[0009]可选的，所述第一半导体层的材料是N-InP，所述I层的材料是I-InGaAs，所述第二半导体层的至少光敏区的材料是P-InP。
[0010]可选的，所述孔洞结构的孔径范围≥1μm，所述孔洞结构面积占所述引出部覆盖面积的10-70％。
[0011]可选的，所述孔洞结构贯穿所述第二半导体层和I层，并深入所述第一半导体层。
[0012]上述高速光电二极管的制备方法，包括以下步骤：
[0013]1)提供一衬底，于衬底之上依次外延形成第一半导体层、I层和第二半导体层，对
第二半导体层部分区域进行掺杂或扩散形成光敏区；
[0014]2)利用光刻及刻蚀工艺，在第二电极的引出部区域下方的外延层制作孔洞结构；
[0015]3)利用涂覆工艺于所述孔洞结构内部分或全部填充有机聚合物，并使有机聚合物覆盖引出部区域的外延层表面，形成有机聚合物层；
[0016]4)于所述衬底底面形成第一电极，于光敏区边缘和有机聚合物层之上形成第二电极。
[0017]可选的，步骤3)和步骤4)之间，还包括于步骤3)形成的结构表面形成介质膜抗反射层、蚀刻所述介质膜抗反射层于所述光敏区边缘形成环形开口的步骤；步骤4)中，所述第二电极于所述环形开口之内形成所述环形部，且于所述介质膜抗反射层上形成所述引出部。
[0018]可选的，步骤1)中，沉积介质膜钝化层，利用光刻及刻蚀工艺，形成扩散窗口，利用Zn扩散工艺对窗口内进行p型掺杂形成所述光敏区。
[0019]本专利技术的有益效果为：
[0020]1、通过在电极下方制作孔洞状结构，并在孔洞结构内全部或部分填充低介电常数的有机聚合物，可以减小电极下方平行板电容器的等效介电常数；同时在外延层和电极之间形成具有一定厚度的有机聚合物层，一方面进一步减小了介电常数，另一方面增大了电极之间的间距；两者结合达到降低芯片的电极附加电容的目的，减小了电容效应，效果好。
[0021]2、工艺简单，无需制作台面结构，表面厚度差异小，对可焊性影响小，不会对后续制程造成影响。
附图说明
[0022]图1为一实施例的高速光电二极管的结构示意图；
[0023]图2为图1中第二电极的俯视示意图，图中显示孔洞结构与第二电极的位置关系；
[0024]图3为图1的高速光电二极管的工艺流程图，图中示意各个步骤所形成的结构。
具体实施方式
[0025]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。
[0026]参考图1和图2，一实施例的一种低电容的高速光电二极管100包括第一电极1、衬底2、外延层3、有机聚合物层4、介质膜抗反射层5、第二电极6和介质层7。
[0027]第一电极(N电极)1设于衬底2底面，外延层3包括依次设于衬底2上的第一半导体层31、I层32和第二半导体层33。衬底2由N-InP材料形成，第一半导体层31由N-InP材料形成，I层32由I-InGaAs材料形成并作为吸收区，第二半导体层33由U-InP材料形成，并部分掺杂形成P-InP的光敏区331。介质层7覆盖第二半导体层33表面且对所述光敏区331开口。介质层7的材料是例如SiOx或SiNx，厚度范围为0.02-3.0μm。第二电极(P电极)6包括与光敏区331的边缘接触的环形部61和由所述环形部61向外侧延伸的引出部62，引出部62下方的外延层3和介质层7设有若干向下延伸的孔洞结构8，所述孔洞结构8贯穿介质层7并深入外延
层3，其深度越深，电极电容的减少效果越好。较佳的，孔洞结构8贯穿第二半导体层33和I层32至底部裸露第一半导体层31顶面或内部，有机聚合物层4覆盖引出部下方的介质层7表面并填充所述孔洞结构8。介质膜抗反射层5于环形部61之内覆盖光敏区331表面以提供抗反射的作用，并覆盖有机聚合物层4表面以提供保护和隔绝水汽的作用，引出部62设于介质膜抗反射层5之上。外延层3形成了已知光电二极管的PIN结构，其厚度、掺杂浓度等参考已知技术。第一电极1和第二电极6采用已知光电二极管电极的金属材料。
[0028]本实施例中，于引出部62下方的外延层形成了若干孔洞结构8，孔径范围≥1μm，孔洞结构8分散设置，优选为均匀分散或规则排列。有机聚合物层4填充孔洞结构8形成了柱状结构，这些有机聚合物柱占引出部62面积的10-70％。且有机聚合物在介质层7表面形成了厚度≥0.2μm且≤3μm的层状结构，一方面具有平坦化的作用，另一方面也增加了一定的厚度。有机聚合物为低介电常数的材料，例如PI(聚酰亚胺)、光刻胶或BCB(苯并环丁烯)。介质膜抗反射层5的材料为SiOx或SiNx，光学厚度为1/4工本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低电容的高速光电二极管，其特征在于：由下至上包括第一电极、衬底、外延层和第二电极，还包括有机聚合物层；所述外延层由下至上包括第一半导体层、I层和第二半导体层，所述第二半导体层设有光敏区，所述第一半导体层为N掺杂材料，第二半导体层的至少光敏区为P掺杂材料；所述第二电极包括与所述光敏区的边缘接触的环形部和由所述环形部向外侧延伸的引出部；所述引出部下方的外延层设有若干向下延伸的孔洞结构，所述有机聚合物层设于所述引出部和第二半导体层之间并填充所述孔洞结构。2.根据权利要求1所述的高速光电二极管，其特征在于：还包括介质层，所述介质层覆盖所述第二半导体层表面并对应所述光敏区开口，所述孔洞结构还贯穿所述介质层，所述有机聚合物层覆盖所述引出部下方的介质层表面。3.根据权利要求1所述的高速光电二极管，其特征在于：还包括介质膜抗反射层，所述介质膜抗反射层覆盖所述光敏区表面并设于所述有机聚合物层和引出部之间。4.根据权利要求1所述的高速光电二极管，其特征在于：所述有机聚合物层的材料是PI、光刻胶或BCB，厚度≤3μm。5.根据权利要求1所述的高速光电二极管，其特征在于：所述第一半导体层的材料是N-InP，所述I层的材料是I-InGaAs，所述第二半导体层的至少光敏区的材料是P-InP。6.根据权利要求1所述的高速光电二极管，其特征在于：所述孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：张江勇，林科闯，
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：