一种高速光电探测器结构及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种高速光电探测器结构，其外延片包括InP衬底，及在InP衬底上由下至上依次生长的下欧姆接触层、下窗口层、吸收层、上窗口层、上欧姆接触层，所述外延片设置为台面结构，所述台面结构的一个侧面为光入射面，所述入射面上设有减反射膜，远离所述减反射膜的另一个侧面为光反射面，所述光反射面上设有高反射膜。本发明专利技术光探测器的光入射方向和漂移电场方向相垂直，吸收层0.1~3um，载流子的漂移快，带宽高；本发明专利技术在提高内量子效率的同时，进一步缩小器件尺寸，提高器件带宽，平衡整个吸收层的光电流均匀分布，避免因吸收层光吸收不均，局域光电流饱和造成信号非线性失真问题。局域光电流饱和造成信号非线性失真问题。局域光电流饱和造成信号非线性失真问题。

【技术实现步骤摘要】
一种高速光电探测器结构及其制造方法


[0001]本专利技术涉及光电探测器
，特别涉及一种高速光电探测器及其制造方法。

技术介绍

[0002]光探测器被广泛应用于光通信系统、成像系统和军事领域中，是高速光通信系统中关键的光接收器件。光探测器正朝着高性能和高集成度的方向发展。在光纤通信系统中使用的光探测器，通常可分为为光电二极管(PD)和雪崩光电二极管(APD)两种类型。传统的光探测器的频率响应带宽与量子效率相互制约。一般情况下通过增加器件的吸收层可以增大器件的量子效率，但载流子的渡越时间变长，响应速率会降低。在光探测器中，光子的吸收发生在吸收区中，对于1310nm或1550nm的通信波长，一般采用三元化合物InGaAs作为吸收层的材料。为了达到较高的光吸收效率，吸收层的厚度需要达到1～3微米，但是厚的吸收层会导致较长的载流子渡越时间，因而会影响光探测器的带宽。量子效率是在某一特定波长下单位时间内产生的平均光电子数与入射光子数之比，是描述光电器件光电转换能力的一个重要参数。
[0003]为了解决光探测在相应带宽和量子效率之间的限制，人们提出了垂直谐振腔增强性(RCE)探测器。它的基本结构是将吸收层插入到DBR结构的谐振腔中，由于谐振腔的增强效应，此类器件在较薄吸收层的情况下既可以获得较高的量子效率，同时也减少了光生载流子在吸收层的渡越时间，因而能够同时获得高的相应速度和高的量子效率。但谐振腔增强型(RCE)光探测器由于吸收层厚度薄，具有高速响应的特点，但由于外延生长的DBR存在两种材料之间折射率差较小的问题，要达到较高的反射率，DBR的对数较多，采用外延生长DBR厚度很厚，增加了工艺难度和成本，也导致器件寄生电阻较大，影响器件的带宽。

技术实现思路

[0004]为克服上述现有技术中的不足，本专利技术的目的在于设计一种能解决光探测在相应带宽和量子效率之间的限制的高速光电探测器。
[0005]一种高速光电探测器，包括外延片，所述外延片包括InP衬底，及在InP衬底上由下至上依次生长的下欧姆接触层、下窗口层、吸收层、上窗口层、上欧姆接触层，所述外延片设置为台面结构，所述台面结构的一个侧面为光入射面，所述入射面上设有减反射膜，远离所述减反射膜的另一个侧面为光反射面，所述光反射面上设有高反射膜。
[0006]优选的，所述减反射膜反射率为0.03％
‑
0.1％。
[0007]优选的，所述减反射膜由Si、SiO2、SiNx、SiNOx、Al2O3中的一种膜或几种膜组合构成。
[0008]优选的，所述高反射膜反射率为97％
‑
99％。
[0009]优选的，所述高反射膜由Si，SiO2，SiNx，SiNOx，Al2O3中的一种膜或几种膜组合构成。
[0010]优选的，所述InP衬底的电阻率为0.8
‑
2x108ohm.cm。
[0011]优选的，所述台面探测器的吸收层长度为100～1000um。
[0012]本专利还公开了一种上述高速光电探测器的制造方法，其包括如下步骤：
[0013]1)把InP衬底放入到MOCVD设备中，在InP衬底上由下至上依次外延生长下欧姆接触层、下窗口层、吸收层、上窗口层、上欧姆接触层；
[0014]2)取出外延片，利用半导体芯片制程工艺，制作成台面结构；
[0015]3)在光台面探测器的光入射面蒸镀减反射膜，在光反射面蒸镀高反射膜；
[0016]4)蒸镀探测器的正负电极，并将InP衬底减薄，形成高速光电探测器。
[0017]优选的，所述减反射膜、高反射膜均采用单原子层沉积系统蒸镀。
[0018]优选的，所述减反射膜、高反射膜可蒸镀一层或多层。
[0019]上述技术方案具有如下有益效果：1)本专利技术光探测器的吸收层分布在很长的范围内(100～1000um)，因此吸收面积大，提高量子效率；2)本专利技术光探测器的光入射方向和漂移电场方向相垂直，吸收层0.1～3um，载流子的漂移快，提高宽高；3)本专利技术在探测器的入射面蒸镀减反射膜，背面蒸镀高反射膜，提高内量子效率的同时，进一步缩小器件尺寸，提高器件带宽，平衡整个吸收层的光电流均匀分布，避免因吸收层光吸收不均，局域光电流饱和造成信号非线性失真问题；4)本专利技术中的DBR结构独立于电流电路之外，增加DBR对数不会造成器件电阻上升；5)本专利技术中的前后镀膜工艺，采用单原子层沉积系统(atomic layerdeposition,ALD)，膜层材料致密，质量高缺陷少，提高探测器可靠性。
附图说明
[0020]图1为本专利高速光电探测器的结构示意图。
具体实施方式
[0021]以下由特定的具体实施例说明本专利技术的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点及功效。
[0022]现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本专利技术将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本专利技术的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本专利技术的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免喧宾夺主而使得本专利技术的各方面变得模糊。
[0023]如图1所示，本专利公开了一种高速光电探测器结构，该高速光电探测器为台面结构探测器，包括外延片，该外延片包括InP衬底01，及在InP衬底上由下至上依次生长的下欧姆接触层02、下窗口层03、吸收层04、上窗口层05、上欧姆接触层06，该外延片设置成台面结构，台面结构的一个侧面为光入射面，该光入射面与吸收层04的长度方向垂直，入射面上设有减反射膜07，台面探测器远离减反射膜07的另一个侧面为光反射面，光反射面上设有高反射膜08。
[0024]该高速光电探测器入射光通过侧面的光入射面射入，通过光反射面向外射出，为
边入射光探测器构，外延时不生长厚的DBR层，在光入射面蒸镀减反射膜07，能提高光入射率，在光反射面蒸镀高反射膜08，将剩余的光反射回吸收层04，在保持吸收层04很薄的情况下，使光充分吸收，因此即具有带宽高的特点，又具有量子效率高的优点。
[0025]作为一种优选实施例，减反射膜反射率控制在0.03％
‑
0.1％之间，减反射膜07可以设置一层或多层，每层膜所采用的材料为Si、SiO2、SiNx、SiNOx、Al2O3材料中的一种构成。高反射膜反射率控制在97％
‑
99％之间。高反射膜08也可以设置一层或多层，每层膜所采用的材料为Si，SiO2，SiNx，SiNOx，Al2O3中的一种。
[0026]作为一种优选方式，InP衬底01本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高速光电探测器结构，包括外延片，所述外延片包括InP衬底（01），及在InP衬底（01）上由下至上依次生长的下欧姆接触层（02）、下窗口层（03）、吸收层（04）、上窗口层（05）、上欧姆接触层（06），其特征在于，所述外延片设置为台面结构，所述台面结构的一个侧面为光入射面，所述入射面上设有减反射膜（07），远离所述减反射膜（07）的另一个侧面为光反射面，所述光反射面上设有高反射膜（08）。2.根据权利要求1所述的一种高速光电探测器结构，其特征在于，所述减反射膜反射率为0.03%
‑
0.1%。3.根据权利要求1所述的一种高速光电探测器结构，其特征在于，所述减反射膜由Si、SiO2、SiNx、SiNOx、Al2O3中的一种膜或几种膜组合构成。4.根据权利要求1所述的一种高速光电探测器结构，其特征在于，所述高反射膜反射率为97 %
‑
99%。5.根据权利要求1所述的一种高速光电探测器结构，其特征在于，所述高反射膜由Si，SiO2，SiNx，SiNOx，Al2O3中的一种膜或几种膜组合构成。...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈阳华，张永，单智发，方天足，
申请(专利权)人：全磊光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：