铟镓砷雪崩探测器表面陷光结构制备方法技术

本发明专利技术属于半导体光电器件技术领域，公开了一种铟镓砷雪崩探测器表面陷光结构制备方法，基于吸收倍增分离雪崩二极管结构，以铟镓砷作为吸收层材料、磷化铟作为倍增层材料制备台面型的铟镓砷雪崩探测器，采用一种新型的具有倒金字塔正四面锥形槽结构紧密排布的表面陷光结构。本发明专利技术减少了InGaAs表面对近红外激光反射率，实现了1064nm波长的近红外吸收增强，解决了传统铟镓砷雪崩探测器在1064nm波段量子效率较低的问题。量子效率较低的问题。量子效率较低的问题。

【技术实现步骤摘要】
铟镓砷雪崩探测器表面陷光结构制备方法


[0001]本专利技术属于半导体光电器件
，涉及一种铟镓砷雪崩探测器，具体为一种铟镓砷雪崩探测器表面陷光结构制备方法。

技术介绍

[0002]铟镓砷雪崩探测器是一种基于铟镓砷/铟磷异质结外延材料制备的、具有吸收倍增分离雪崩二极管结构的半导体光电探测器，在激光测距、光谱分析、气体传感等领域都有广泛应用。铟镓砷雪崩探测器一般采用铟镓砷作为吸收层材料，实现近红外波段入射光的高效吸收，采用磷化铟作为倍增层材料，实现光生载流子的雪崩电场激励碰撞离化放大，同时，采用平面型或者台面型的铟镓砷雪崩架构，实现掺杂浓度精确可控，可根据系统需求分为单元、象限、线列、阵列等不同器件规格。
[0003]铟镓砷雪崩探测器主要性能指标是灵敏度和噪声，其中影响灵敏度的关键因素是量子效率，表现为光子吸收的效率和光生载流子倍增的效率等，前者取决于吸收区材料对特定波长的入射光的吸收系数等因素。对于常用的1064nm和1550nm波长激光来说，铟镓砷雪崩探测器在1550nm波长的量子效率为85％以上，而在1064nm波长的量子效率60％左右，如果能够有效提升铟镓砷雪崩探测器在1064nm波长的光吸收效率，对于灵敏度的提升作用将十分显著。
[0004]铟镓砷在1064nm波长的吸收系数取决于铟镓砷材料本身的特性，与能带宽度等物理性质有关，因此提高光吸收效率的有效手段就是减少入射光在入射界面处的反射率，传统采用增加增透膜的方式进行增透，量子效率仅为60％左右，进一步提升比较困难。但是近年来随着半导体微纳加工技术的发展，基于光子在局域化微纳光电场中的非线性效应，可以实现大幅提升铟镓砷在1064nm波长的光吸收。

技术实现思路

[0005](一)专利技术目的
[0006]本专利技术的目的是：提供一种铟镓砷雪崩探测器表面陷光结构制备方法，解决目前铟镓砷雪崩探测器在1064nm波段量子效率较低的问题，通过特殊的表面微纳结构设计，形成亚波长表面陷光结构，实现InGaAs表面微纳光电场调控，实现对1064nm波段近红外激光的反射率降低，提高吸收效率。
[0007](二)技术方案
[0008]为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种铟镓砷雪崩探测器表面陷光结构制备方法，基于吸收倍增分离雪崩二极管结构，以铟镓砷作为吸收层材料、磷化铟作为倍增层材料制备台面型的铟镓砷雪崩探测器，采用一种新型的具有倒金字塔正四面锥形槽结构紧密排布的表面陷光结构，减少InGaAs表面对近红外激光反射率，实现1064nm波长的近红外吸收增强，解决传统铟镓砷雪崩探测器在1064nm波段量子效率较低的问题。
[0009]本专利技术方法包括以下步骤：
[0010]第一步、采用异质外延生长工艺制备铟镓砷/铟磷多层异质结材料，在n
++
型InP衬底1上，依次外延n
+
型InP缓冲层2、i型InGaAs吸收层3、n
+
型InGaAsP过渡层4、n
+
型InP电荷层5、i型InP倍增层6、p
++
型InP掺杂层7。
[0011]第二步、采用光刻、刻蚀工艺，把铟镓砷/铟磷多层异质结材料制备成台面型雪崩二极管，刻蚀进入n
++
型InP衬底1。
[0012]第三步、采用表面处理和介质膜沉积工艺，制备硫化铵+氮化硅复合钝化层8。
[0013]第四步、采用刻蚀工艺，在p
++
型InP掺杂层7表面制备具有倒金字塔正四面锥形槽结构紧密排布的表面陷光结构9。
[0014]表面陷光结构9在器件进光面表面呈现周期性紧密排布。
[0015]表面陷光结构9具有如下特点：开口四个边长之间都相等，同为500nm；正四面锥形槽深度与边长也相等，深度为500nm；正四面锥形槽结构的表面粗糙度控制在5nm以内。
[0016]第五步、采用金属膜沉积工艺，制备与p
++
型InP掺杂层7形成欧姆接触的P电极10以及制备与n
++
型InP衬底1形成欧姆接触的N电极11。
[0017](三)有益效果
[0018]上述技术方案所提供的铟镓砷雪崩探测器表面陷光结构制备方法，采用一种新型的具有倒金字塔正四面锥形槽结构紧密排布的表面陷光结构，减少了InGaAs表面对近红外激光反射率，实现了1064nm波长的近红外吸收增强，解决了传统铟镓砷雪崩探测器在1064nm波段量子效率较低的问题。
附图说明
[0019]图1至图4依次为本专利技术方法的过程示意图。
[0020]图5为本专利技术表面陷光结构示意图，表面陷光结构是一种类似倒金字塔的正四面锥形槽结构的紧密排布。
具体实施方式
[0021]为使本专利技术的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。
[0022]按照本专利技术所述铟镓砷雪崩探测器表面陷光结构制备方法，基于2英寸InP晶圆制备了具有吸收倍增分离结构铟镓砷/铟磷异质外延材料，并据此制备出的台面型铟镓砷雪崩探测器，作为本专利技术的实施例。
[0023]本实施例制备方法包括以下步骤：
[0024]第一步，采用MOCVD沉积设备，在厚度为350μm掺杂浓度为3～8E18cm
‑3的n
++
型InP衬底1上，依次外延厚度为0.5μm掺杂浓度为1E18cm
‑3的n
+
型InP缓冲层2、厚度为2μm非故意掺杂的i型InGaAs吸收层3、厚度为0.1μm掺杂浓度为1E17cm
‑3的n
+
型InGaAsP过渡层4、厚度为0.4μm掺杂浓度为1E17cm
‑3的n
+
型InP电荷层5、厚度为0.5μm非故意掺杂的i型InP倍增层6、厚度为0.4μm掺杂浓度为2～5E18cm
‑3的p
++
型InP掺杂层7，见附图1。
[0025]第二步，采用光刻、ICP刻蚀工艺，把上述铟镓砷/铟磷多层异质结材料制备成直径为50μm的台面型雪崩二极管，刻蚀深度要完全进入n
++
型InP衬底1，见附图2。
[0026]第三步，采用化学湿法表面处理和PECVD介质膜沉积工艺，制备厚度为0.5μm硫化
铵和厚度为0.2μm氮化硅组成的硫化铵+氮化硅复合钝化层8，见附图2。
[0027]第四步，采用ICP刻蚀工艺，在p
++
型InP掺杂层7表面制备具有倒金字塔正四面锥形槽结构紧密排布的表面陷光结构9，见附图3。
[0028]表面陷光结构的具体细节见附图5。表面陷光结构9在器件进光面表面呈现周期性紧密排布。表面陷光结构9具有如下特点：开口四个边长之间都相等，同为500nm；正四面锥形槽深度与边长也相等，深度为500nm；正四面锥形槽结构的表面粗糙度控制在5nm以内。
[0029]第五步，采用金属膜沉积工艺，制备与p<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铟镓砷雪崩探测器表面陷光结构制备方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步、采用异质外延生长工艺制备铟镓砷/铟磷多层异质结材料，在n
++
型InP衬底(1)上，依次外延n
+
型InP缓冲层(2)、i型InGaAs吸收层(3)、n
+
型InGaAsP过渡层(4)、n
+
型InP电荷层(5)、i型InP倍增层(6)、p
++
型InP掺杂层(7)；第二步、采用光刻、刻蚀工艺，把铟镓砷/铟磷多层异质结材料制备成台面型雪崩二极管，刻蚀进入n
++
型InP衬底(1)；第三步、采用表面处理和介质膜沉积工艺，制备硫化铵+氮化硅复合钝化层(8)；第四步、采用刻蚀工艺，在p
++
型InP掺杂层(7)表面制备具有倒金字塔正四面锥形槽结构紧密排布的表面陷光结构(9)；第五步、采用金属膜沉积工艺，制备与p
++
型InP掺杂层(7)形成欧姆接触的P电极(10)以及制备与n
++
型InP衬底(1)形成欧姆接触的N电极(11)。2.如权利要求1所述的铟镓砷雪崩探测器表面陷光结构制备方法，其特征在于，第四步中，表面陷光结构(9)在器件进光面表面呈现周期性紧密排布。3.如权利要求2所述的铟镓砷雪崩探测器表面陷光结构制备方法，其特征在于，第一步中，在厚度为350μm掺杂浓度为3～8E18cm
‑3的n
++
型InP衬底(1)上，依次外延厚度为0.5μm掺杂浓度为1E18cm
‑3的n
+
型InP缓冲层(2)、厚度为2μm...

【专利技术属性】
技术研发人员：代千，陈蔚，刘期斌，李宛励，舒域鑫，陈庆敏，梁丕刚，黄海华，姚梦麒，庞树帅，邓杰，杨瑞雨，罗国凌，陈剑，王鸥，宋海智，
申请(专利权)人：西南技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：