一种雪崩光电探测器的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种雪崩光电探测器的制备方法，首先在p型InP衬底上依次生长p型InP缓冲层、In

【技术实现步骤摘要】
一种雪崩光电探测器的制备方法


[0001]本专利技术属于光电探测器
，具体涉及一种雪崩光电探测器的制备方法。

技术介绍

[0002]雪崩光电探测器的工作原理是利用p
‑
i
‑
n结在较高的反偏电场下，光子入射至i区使电子从价带跃迁到导带，形成电子
‑
空穴对，在强电场的作用下电子
‑
空穴对得到加速，碰撞其他原子，产生额外的电子
‑
空穴对并持续发生。由于较少光子甚至单个光子的入射都能触发雪崩倍增过程，引起宏观上电流的变化，因此雪崩光电探测器具有极高的灵敏度和探测效率，在弱光探测甚至单光子探测领域有非常高的应用前景。相比于传统的硅基光电探测器，基于III
‑
V族化合物半导体的雪崩光电探测器具有更高的灵敏度，并可进行 1um及以上波长的近红外弱光三维成像，在生物化学、量子通信、激光雷达等领域具有重要应用。
[0003]现有的雪崩光电探测器大都基于吸收层和倍增层分开的结构(SCAM)，其中利用窄带宽的InGaAs(P)材料作为光的吸收层而利用高带宽的InP或InAlAs材料作为倍增层。这种结构可以有效提高探测器的击穿电压、降低隧穿暗电流。但由于吸收层和倍增层之间存在较大的带宽差距，容易造成光生载流子在二者界面处堆积，从而降低了响应速率。另外，现有的雪崩光电探测器的制备方法主要分为两种：(1)台面式：将有源区域腐蚀成圆柱型的台面，将上下电极分别做在台面的顶端和台面下部，实现探测器p、n区域的电学隔离。这种制备方法可以有效降低探测器的寄生电容，从而提高其响应速度，但其工艺流程复杂，特别是台面的侧壁需要特殊的钝化工艺，并容易造成台面侧壁的暗电流增加和台面侧壁的击穿，影响探测器的性能和可靠性；(2)平面扩散式：在特定的区域通过Zn扩散的方式形成P型金属接触层，未扩散的区域为半绝缘或者弱n型型，从而不需要台面刻蚀变可实现探测器p、n区域的电学隔离。由于不需要台面刻蚀，这种制备方法可以在一定程度上降低工艺复杂度，并降低台面刻蚀造成的侧壁漏电流和侧壁击穿的问题。但是，Zn扩散是一项很难精确控制、并且变化度很大的工艺。Zn扩散工艺的不稳定性造成了探测器的不一致性，同时降低了生产中的良率。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种雪崩光电探测器的制备方法。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0006]一种雪崩光电探测器的制备方法，包括以下步骤：
[0007]步骤一：在p型InP衬底上依次生长p型InP缓冲层、In
0.53
Ga
0.47
As吸收层、 In1‑
x
‑
y
Al
x
Ga
y
As带宽渐变层、p型In
0.52
Al
0.48
As电荷控制层、In
0.52
Al
0.48
As倍增层、 In
x
Ga1‑
x
As
y
P1‑
y
腐蚀截止层和p型InP盖层；
[0008]步骤二：利用SiO2图形化硬掩模，利用腐蚀的方法，腐蚀p型InP盖层，被腐蚀的区域包括一中央区域和环绕该中央区域的一个或多个环形区域，腐蚀停止在 In
x
Ga1‑
x
As
y
P1‑
y
腐蚀截止层的上表面；
[0009]步骤三：利用SiO2硬掩模在步骤二所述的被腐蚀区域进行二次外延生成n型InP，包括在步骤二所述中央区域形成n型InP中央集电区以及在步骤二所述环形区域形成环绕中央集电区的n型InP电场保护环，二次外延之后，利用腐蚀的方法，腐蚀掉SiO2硬掩模，得到平坦的表面形貌；
[0010]步骤四：在步骤三得到的p型InP盖层、n型InP中央集电区和n型InP电场保护环平坦的表面之上淀积SiO2层，然后利用光刻胶图形化掩模刻蚀掉部分区域的SiO2，使得在最外围的n型InP电场保护环外围的p型InP盖层区域之上形成一圈环形的SiO2隔离层；
[0011]步骤五：在p型InP盖层、n型InP中央集电区和n型InP电场保护环、SiO2隔离层的表面上淀积光学减反膜，利用腐蚀的方法在n型InP中央集电区上方的光学减反膜上开出金属接触窗口；
[0012]步骤六：利用光刻胶形成上电极金属和金属打线板图形，蒸镀金属并进行金属剥离，得到图形化的上电极和金属打线板，上电极通过步骤五中所述的金属接触窗口与n型InP 中央集电区接触，并退火形成欧姆接触；金属打线板位于SiO2隔离层的正上方；所述上电极上具有一光学入射窗口，光学入射窗口在n型InP中央集电区的上方；
[0013]步骤七：将p型InP衬底背面减薄、抛光后，在其下表面制备背电极，并退火形成欧姆接触。
[0014]在上述技术方案中，步骤一中，所述p型InP缓冲层厚度为0.1
‑
1um；所述In
0.53
Ga
0.47
As 吸收层的厚度为1
‑
5um，背景掺杂浓度小于1
×
10
15
/cm3，该层为光生载流子产生层，用于吸收1.0～1.7um的光子能量。
[0015]在上述技术方案中，所述In1‑
x
‑
y
Al
x
Ga
y
As带宽渐变层包括N层组分渐变的 In1‑
x
‑
y
Al
x
Ga
y
As层，N大于1，优选为3层，各层的带宽在0.75eV
‑
1.35eV之间，In1‑
x
‑
y
Al
x
Ga
y
As 带宽渐变层的各层的带宽自下而上依次增大，从In
0.53
Ga
0.47
As吸收层的带宽逐步渐变到p 型In
0.52
Al
0.48
As电荷控制层的带宽，降低光生载流子在界面处的堆积。
[0016]在上述技术方案中，所述p型In
0.52
Al
0.48
As电荷控制层厚度为200
‑
500nm，掺杂浓度为6
×
10
16
/cm3。
[0017]在上述技术方案中，所述In
0.52
Al
0.48
As倍增层厚度为300
‑
800nm，并且背景掺杂浓度小于1
×
10
15
/cm3。
[0018]在上述技术方案中，所述In
x
Ga1‑
x
As
y
P1‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种雪崩光电探测器的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：在p型InP衬底上依次生长p型InP缓冲层、In
0.53
Ga
0.47
As吸收层、In1‑
x
‑
y
Al
x
Ga
y
As带宽渐变层、p型In
0.52
Al
0.48
As电荷控制层、In
0.52
Al
0.48
As倍增层、In
x
Ga1‑
x
As
y
P1‑
y
腐蚀截止层和p型InP盖层；步骤二：利用SiO2图形化硬掩模，利用腐蚀的方法，腐蚀p型InP盖层，被腐蚀的区域包括一中央区域和环绕该中央区域的一个或多个环形区域，腐蚀停止在In
x
Ga1‑
x
As
y
P1‑
y
腐蚀截止层的上表面；步骤三：利用SiO2硬掩模在步骤二所述的被腐蚀区域进行二次外延生成n型InP，包括在步骤二所述中央区域形成n型InP中央集电区以及在步骤二所述环形区域形成环绕中央集电区的n型InP电场保护环，二次外延之后，利用腐蚀的方法，腐蚀掉SiO2硬掩模，得到平坦的表面形貌；步骤四：在步骤三得到的p型InP盖层、n型InP中央集电区和n型InP电场保护环平坦的表面之上淀积SiO2层，然后利用光刻胶图形化掩模刻蚀掉部分区域的SiO2，使得在最外围的n型InP电场保护环外围的p型InP盖层区域之上形成一圈环形的SiO2隔离层；步骤五：在p型InP盖层、n型InP中央集电区和n型InP电场保护环、SiO2隔离层的表面上淀积光学减反膜，利用腐蚀的方法在n型InP中央集电区上方的光学减反膜上开出金属接触窗口；步骤六：利用光刻胶形成上电极金属和金属打线板图形，蒸镀金属并进行金属剥离，得到图形化的上电极和金属打线板，上电极通过步骤五中所述的金属接触窗口与n型InP中央集电区接触，并退火形成欧姆接触；金属打线板位于SiO2隔离层的正上方；所述上电极上具有一光学入射窗口，光学入射窗口在n型InP中央集电区的上方；步骤七：将p型InP衬底背面减薄、抛光后，在其下表面制备背电极，并退火形成欧姆接触。2.根据权利要求1所述的雪崩光电探测器的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述p型InP缓冲层厚度为0.1
‑
1um；所述In
0.53
Ga
0.47
As吸收层的厚度为1
‑
5um，背景掺杂浓度小于1
×
10
15
/cm3，用于吸收1.0～1.7um的光子能量。3.根据权利要求1所述的雪崩光电探测器的制备方法，其特征在于：所述In1‑
x<...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨志茂，王斌，
申请(专利权)人：北京英孚瑞半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：