一种高速铟镓砷探测器及其制作方法技术

本发明专利技术适用于芯片制造领域，提供一种高速铟镓砷探测器及其制作方法，所述探测器包括半绝缘InP衬底、第一梯台和第二梯台，所述第一梯台底层为InP缓冲层，顶层为n型接触层，所述第二梯台从底层到顶层依次为第一腐蚀停止层、光吸收层、第二腐蚀停止层，所述第二腐蚀停止层上形成有p型接触层，在所述第二梯台侧面以及顶面且位于p型接触层的外周部分设有钝化层，探测器表面覆盖有介质层。一方面通过合理设置探测器各层结构以减小正向电阻，另外采用低节电常数的苯并环丁烯涂层或者聚酰亚胺涂层作为ＰＮ结的钝化层保护层，可以有效减少寄生电容，通过减小RC常数，探测器可以实现高于20GHz带宽，探测器工作速率可以达到25Gb/s。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于芯片制造
，尤其涉及。
技术介绍
光纤通信主要是通过激光器将电信号转换为光信号在光纤中传输，通过探测器将光信号转换为电信号而实现信号的长距离传输。随着现代超大数据信息的扩容，光通信需要越来越高的传输速率以加快数据的处理，因此，光通信需要高速率的探测器。特别是近年来IEEE标准802.3ba关于100Gb/s以太网物理层标准的建立，100Gb/s Base_LR4 (<10kmSMF)和100Gb/s Base-ER4 (<40km SMF)都需要采用4x25Gb/s探测器作为信号接收器件。对于PIN型InGaAs探测器，其工作速率主要由带宽决定。对于25Gb/s探测器，其-3dB带宽需要达到20GHz。探测器带宽主要由光电子在耗尽区的迁移时间ttr = d/v和RC弛豫时间共同决定(R为正向电阻，C为电容)，即探测器的带宽由ttr和RC共同决定。ttr约小，探测器工作速率越高。RC约小，带宽越高。通常，平面型探测器通过扩散形成PN结，除了扩散区上下PN结形成了电容，上部的P电极自然和底部η电极也形成电容，整体电容较大，通常只能获得IOGHz的带宽。另外一种准平面探测器，采用在半绝缘InP衬底生长P-1-N结构，通过Zn扩散工艺和腐蚀出准平面结构，探测器可以IOGHz带宽。但是，由于该结构扩散区域以外仍然保留未腐蚀掉的InP,因此，未腐蚀掉的InP会带来寄生电容，寄生电容约0.05?0.lpF，对于25Gb/s探测器，受封装限制，探测器电容需要低于0.15pF，0.05?0.1pF寄生电容显然太高，给制作提出了苛刻要求。此外，该结构采用η型InP作η型接触层(不容易形成高掺杂)，随着接触面积的减小，探测器不容易获得较低的正向电阻R，通常正向电阻约10?20欧姆，不利于降低由RC常数导致的带宽限制。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术的目的在于提供，旨在解决现有铟镓砷探测器带宽受限、工作速度不高、寄生电容过大的技术问题。一方面，所述高速铟镓砷探测器包括半绝缘InP衬底，所述InP衬底上依次生长有通过蚀刻形成的第一梯台和第二梯台，所述第一梯台底层为InP缓冲层，顶层为η型接触层，所述第二梯台从底层到顶层依次为第一腐蚀停止层、光吸收层、第二腐蚀停止层，所述第二腐蚀停止层上形成有P型接触层，在所述第二梯台侧面以及顶面且位于P型接触层的外周部分设有钝化层，所述钝化层为苯并环丁烯涂层或者聚酰亚胺涂层，探测器表面覆盖有起增透和钝化作用的介质层，穿过所述介质层在所述P型接触层上设有P型接触金属层并形成欧姆接触，穿过所述介质层在所述η型接触层上设有η型接触金属层并形成欧姆接触，所述介质层上还设有与所述P型接触金属层电连接的引线金属层。另一方面，所述高速铟镓砷探测器的制造方法包括:I)在半绝缘InP衬底上使用金属有机化学气相沉积方法依次生长出InP缓冲层、η型接触层、第一腐蚀停止层、光吸收层、第二腐蚀停止层、P型接触层，得到探测器外延片曰曰/T ；2)通过光刻工艺、电子束蒸发金属层和剥离工艺，在晶片表面形成外径为10?25 μ m,宽度为I?2μ m的环形p型接触金属层，然后将晶片置于腐蚀溶液中腐蚀一段时间；3)通过光刻和化学腐蚀工艺形成第二梯台，所述第二梯台顶面直径较环形P型接触金属层外径大I?2μπι，腐蚀完后在晶片表面涂覆钝化层并进行钝化处理，通过光刻胶掩蔽和干法刻蚀工艺仅保留第二梯台侧面及顶面且位于P型接触层的外周部分钝化层，再使用混合酸溶液腐蚀第一腐蚀停止层；所述钝化层为苯并环丁烯涂层或者聚酰亚胺涂层；4)通过光刻和化学腐蚀工艺形成第一梯台，第一梯台顶部直径较第二梯台底部直径大15?30 μ m ;5)通过化学气象沉积方法在晶片上淀积介质层；6)在P型接触金属层以及在第一梯台中η型接触层上开出窗口 ；7)通过光刻工艺、电子束蒸发和剥离工艺，在η型接触层上形成η型接触金属层，在P型接触金属层上形成引线金属层；8)将晶片快速退火；9)将晶片减薄并经过解理形成高速铟镓砷探测器。本专利技术的有益效果是:本专利技术采用低节电常数的苯并环丁烯涂层或者聚酰亚胺涂层作为P N结的钝化层保护层，可以有效减少寄生电容，通过设计合适的台面面积，可以实现低电容，电容可以降低到0.15pF以下；通过减小RC常数，探测器可以实现高于20GHz带宽，探测器工作速率可以达到25Gb/s。【附图说明】图1是本专利技术第一实施例提供的高速铟镓砷探测器的结构图；图2是本专利技术第二实施例提供的高速铟镓砷探测器的制造方法的流程图；图3是探测器外延片晶片的结构图。【具体实施方式】为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。为了说明本专利技术所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。实施例一:图1示出了本专利技术实施例提供的高速铟镓砷探测器的结构，为了便于说明仅示出了与本专利技术实施例相关的部分。如图1所述，本实施例提供高速铟镓砷探测器包括半绝缘InP衬底1，所述InP衬底上依次生长有通过蚀刻形成的第一梯台和第二梯台，所述第一梯台底层为InP缓冲层2，顶层为η型接触层3，所述第二梯台从底层到顶层依次为第一腐蚀停止层4、光吸收层5、第二腐蚀停止层6，所述第二腐蚀停止层6上形成有P型接触层7，在所述第二梯台侧面以及顶面且位于P型接触层的外周部分设有钝化层8，所述钝化层8为苯并环丁烯涂层或者聚酰亚胺涂层，探测器表面覆盖有起增透和钝化作用的介质层10，穿过所述介质层在所述P型接触层7上设有P型接触金属层9并形成欧姆接触，穿过所述介质层在所述η型接触层3上设有η型接触金属层11并形成欧姆接触，所述介质层10上还设有与所述P型接触金属层电连接的引线金属层12。优选的，所述第一腐蚀停止层4为η型InP或者带隙对应波长小于1.3μηι的InGaAs,所述第二腐蚀停止层6为带隙对应波长为1.1?1.4μηι的InGaAs。所述介质层为单层的氮化硅膜或氮化硅、氧化硅复合膜。具体的，上述结构中，所述InP衬底的掺Fe浓度小于5el7cnT3 ;所述InP缓冲层为η型InP缓冲层，厚度为0.1?0.5 μ m ;所述η型接触层为η型InGaAs，其掺杂浓度大于lel9Cm_3、厚度为0.2?1.0 μ m ;所述第一腐蚀停止层为η型InP停止层，其掺杂浓度低于lel8Cm_3、厚度小于0.05 μ m ;所述光吸收层为低掺杂的η型InGaAs，其掺杂浓度低于5el5Cm_3、厚度为1.0?1.8 μ m ;所述第二腐蚀停止层为η型InGaAsP,其掺杂浓度低于5el5cm_3、厚度为0.05?0.1 μ m ;所述p型接触层为P型掺杂的InGaAs,掺杂浓度大于lel9cnT3、厚度小于0.1 μ m,其中η型接触层采用碳或硫作掺杂剂，P型接触层采用Zn或碳作掺杂剂。一方面，本探测器结构采用高掺杂的η型InGaAs作η型接触层3，容易与η型接触金属层11形成良好欧姆接触，而且厚度较仅为0.05um的η型InP第一腐蚀停止层4具有较高的掺杂浓度，和厚度为0.05?0.1um第二腐蚀停止层6以及高掺杂的P型InGaAs接触层7，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高速铟镓砷探测器，其特征在于，所述探测器包括半绝缘InP衬底，所述InP衬底上依次生长有通过蚀刻形成的第一梯台和第二梯台，所述第一梯台底层为InP缓冲层，顶层为n型接触层，所述第二梯台从底层到顶层依次为第一腐蚀停止层、光吸收层、第二腐蚀停止层，所述第二腐蚀停止层上形成有p型接触层，在所述第二梯台侧面以及顶面且位于p型接触层的外周部分设有钝化层，所述钝化层为苯并环丁烯涂层或者聚酰亚胺涂层，探测器表面覆盖有起增透和钝化作用的介质层，穿过所述介质层在所述p型接触层上设有p型接触金属层并形成欧姆接触，穿过所述介质层在所述n型接触层上设有n型接触金属层并形成欧姆接触，所述介质层上还设有与所述p型接触金属层电连接的引线金属层。

【技术特征摘要】
1.一种高速铟镓砷探测器，其特征在于，所述探测器包括半绝缘InP衬底，所述InP衬底上依次生长有通过蚀刻形成的第一梯台和第二梯台，所述第一梯台底层为InP缓冲层，顶层为η型接触层，所述第二梯台从底层到顶层依次为第一腐蚀停止层、光吸收层、第二腐蚀停止层，所述第二腐蚀停止层上形成有P型接触层，在所述第二梯台侧面以及顶面且位于P型接触层的外周部分设有钝化层，所述钝化层为苯并环丁烯涂层或者聚酰亚胺涂层，探测器表面覆盖有起增透和钝化作用的介质层，穿过所述介质层在所述P型接触层上设有P型接触金属层并形成欧姆接触，穿过所述介质层在所述η型接触层上设有η型接触金属层并形成欧姆接触，所述介质层上还设有与所述P型接触金属层电连接的引线金属层。2.如权利要求1所述高速铟镓砷探测器，其特征在于，所述介质层为单层的氮化硅膜或氮化硅、氧化硅复合膜。3.如权利要求2所述高速铟镓砷探测器，其特征在于，所述第一腐蚀停止层为η型InP或者带隙对应波长小于1.3 μ m的InGaAs，所述第二腐蚀停止层为带隙对应波长为1.1~1.4 μ m 的 InGaAs。4.如权利要求1-3任一项所述高速铟镓砷探测器，其特征在于，所述InP衬底的掺Fe浓度小于5el7CnT3，所述InP缓冲层的厚度为0.1~0.5 μ m，所述η型接触层的掺杂浓度大于lel9Cm_3、厚度为0.2~1.0 μ m，所述第一腐蚀停止层的掺杂浓度低于le18cm_3、厚度小于0.05 μ m，所述光吸收层的掺杂浓度低于5el5Cm_3、厚度为1.0~1.8 μ m，所述第二腐蚀停止层的掺杂浓度低于5el5cm_3、厚度为0.05~0.1 μ m,所述p型接触层的掺杂浓度大于lel9cnT3、厚度小于0.1 μ m,其中η型接触层采用碳或硫作掺杂剂，P型接触层采用Zn或碳作掺杂剂。5.一种高速铟镓砷探测器的制造方法，其特征在于，所述方法包括: 1)在半绝缘InP衬底上使用金属有机化学气相沉积方法依次生长出InP缓冲层、η型接触层、第一腐蚀停止层、光吸收层、第二腐蚀停止层、P型接触层，得到探测器外延片晶片; 2)通过光刻工艺、电子束蒸发金属层和剥离工艺，在晶片表面形成外径为10~25μ m，宽度为I~2...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳爱文，胡艳，李晶，刘科，
申请(专利权)人：武汉电信器件有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42