【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光电探测器领域，涉及一种雪崩光电二极管的外延结构及其制作方法。
技术介绍
1、在光纤通信系统中，雪崩光电二极管(apd)被用来将光信号转换成电信号。与传统的pin(p-i-n)光电二极管相比，雪崩光电二极管(apd)具有高灵敏度、低噪声等优点，因而广泛应用于高速通信、无源光接入网pon中。apd主要分为台面型和平面型apd，其中平面型apd具有可靠性高、暗电流小等优点。然而，平面型apd工作在较高的反向偏压下会面临pn结的边缘击穿问题，这是由于apd存在扩散或注入形成的pn结，p型扩散区的边缘具有曲线效应，使得边缘处电场强度相对于pn结中心的有源区的电场强度更高，随着电压的增加，pn结边缘会在pn结中心有源区尚未击穿前发生击穿，边缘击穿效应会导致器件的可靠性变差、暗电流增大。
2、参见图1，其显示为雪崩光电二极管的剖面结构示意图，apd器件通常包括衬底01、缓冲层02、吸收层03、梯度层04、电荷层05和倍增层06，其中倍增层06常用inp或ingaas组成的本征或非故意掺杂的n-型半导体层，并且包括p型扩散区061。现阶段，大多通过调整每次扩散工序中的杂质源流量，扩散时间和扩散窗口的组合，来实现对pn结边缘电场的调控，由此抑制边缘击穿效应，但是p型扩散区的工艺流程存在如下问题：通过热扩散方式形成所述p型扩散区时需要两次zn扩散，但是两次zn扩散的扩散深度与扩散窗口均不相同，这增加了zn扩散工艺调试与控制的难度，特别是在量产模式下，zn扩散机台会随着累积zn扩散次数的增加，腔室环境变化而出现zn扩散工艺
3、因此，如何克服现有技术中p型扩散区的形成过程中扩散深度难以精确控制及其引起的器件提前击穿或性能漂移问题，成为本领域技术人员亟待解决的一个重要技术问题。
4、应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的
技术介绍
部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。
技术实现思路
1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种雪崩光电二极管的外延结构及其制作方法，用于在确保器件性能不受影响的前提下解决现有技术中p型扩散区的扩散深度难以精确控制的问题。
2、为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种雪崩光电二极管的外延结构，包括衬底以及在所述衬底之上叠置的吸收层、电荷层及倍增层，所述倍增层包括依次生长的本征或非故意掺杂的半导体层、及n型调控层，于所述n型调控层中设置自所述倍增层的表面向内部延伸的p型扩散区，所述n型调控层具有预定厚度以控制所述p型扩散区自所述倍增层的表面向内部的扩散前沿不超出所述n型调控层。
3、可选地，所述p型扩散区设置成中心扩散深度大于边缘扩散深度以使所述p型扩散区与所述倍增层之间构成阶梯型pn结。
4、可选地，所述n型调控层设置成掺杂浓度连续渐变的n型掺杂区，其中所述n型调控层设置成使所述p型扩散区自所述倍增层的表面向内部的扩散前沿终止于所述n型调控层内。
5、可选地，所述n型调控层设置成间隔的多个n型掺杂区，所述n型调控层设置成使所述p型扩散区自所述倍增层的表面向内部的扩散前沿终止于所述n型调控层内且沿扩散方向与至少一n型掺杂区相接合。
6、可选地，所述n型调控层具有小于200nm的厚度；和/或，每一n型掺杂区具有1e15cm-3到1e18 cm-3的掺杂浓度。
7、可选地，所述外延结构还包括梯度层和缓冲层，所述梯度层设置于所述吸收层与所述电荷层之间，所述缓冲层设置于所述衬底与所述吸收层或所述倍增层之间。
8、可选地，所述衬底的材料包括inp、gaas中的一种；所述倍增层的材料包括inp、ingaas和ingaasp中的一种，所述电荷层包括inp、inalas中的一种，所述吸收层的材料包括ingaas、gaas中的一种。
9、本专利技术还提供一种雪崩光电二极管，包括前述的雪崩光电二极管的外延结构，位于p型扩散区之上的p面电极层，以及位于所述衬底之上的n面电极层，其中所述倍增层还包括保护环，所述保护环设置于所述p型扩散区的外围。
10、可选地，还包括：光注入窗口，位于所述衬底远离所述倍增层的一侧，所述光注入窗口中设置有增透层。
11、本专利技术提供一种雪崩光电二极管的外延结构的制作方法，包括以下步骤：
12、提供一衬底，于所述衬底之上生长吸收层、电荷层和倍增层，形成所述倍增层的步骤，包括依次生长本征或非故意掺杂的半导体层及n型调控层；
13、形成p型扩散区于所述n型调控层中，其中所述n型调控层具有预定厚度以控制所述p型扩散区自所述倍增层的表面向内部的扩散前沿不超出所述n型调控层。
14、可选地，通过一次外延工艺生长所述倍增层，所述倍增层包括连续生长的底层部分和顶层部分，在生长所述倍增层的顶层部分的过程中进行原位掺杂，形成所述n型调控层。
15、可选地，基于形成所述p型扩散区所需执行的扩散工艺的次数为m，通过间歇地通入n型杂质源，使所述n型调控层形成为至少m个间隔的n型掺杂区以使每次执行扩散工艺向倍增层内部行进的扩散前沿均终止于对应的n型掺杂区中，其中m为自然数。
16、可选地，形成所述p型扩散区的步骤，包括：通过光刻工艺定义第一次扩散窗口，采用具有第一掺杂流量的杂质源通过扩散方式和热退火推进形成一次扩散区；通过光刻工艺定义第二次扩散窗口，采用具有第二掺杂流量的杂质源通过扩散方式和热退火推进形成二次扩散区，所述第一次扩散窗口的宽度大于所述第二次扩散窗口的宽度，并且所述二次扩散区的中心扩散深度大于所述一次扩散区的中心扩散深度以使所述p型扩散区形成为中心扩散深度大于边缘扩散深度的阶梯形剖面。
17、如上所述，本专利技术的雪崩光电二极管的外延结构及其制作方法，具有如下有益效果：
18、本专利技术雪崩光电二极管的外延结构中，倍增层中设置有n型调控层，通过于n型调控层中以扩散方式形成p型扩散区，利用n型掺杂源作为施主能级完全电离后对扩散的间隙式杂质同一电性互斥原理，精确控制p型扩散区的扩散深度，避免apd的pn结边缘处提前击穿的同时，减少批量制造的器件性能的漂移，由此能够提高apd外延片的良率；
19、本专利技术的雪崩光电二极管的外延结构的制作方法，通过在倍增层中引入n型调控层之后，于n型调控层中以扩散方式形成p型扩散区，特别是对于需要执行两次zn扩散制备的apd外延片，能够扩展zn扩散工艺的冗余度，尤其是是在量产模式下，通过在外延生长的过程中于倍增层的预定深度附近精确引入n型调控层，提供对扩散深度的精确控制，而且不影响器件的性能；此外，n型调控层可在外延工艺的同时通过原位掺杂工艺来形成，制作工艺成熟，易于实现大规模生产。...
【技术保护点】
1.一种雪崩光电二极管的外延结构，其特征在于，包括衬底以及在所述衬底之上叠置的吸收层、电荷层及倍增层，所述倍增层包括依次生长的本征或非故意掺杂的半导体层、及N型调控层、及N型调控层，于所述N型调控层中设置自所述倍增层的表面向内部延伸的P型扩散区，所述N型调控层具有预定厚度以控制所述P型扩散区自所述倍增层的表面向内部的扩散前沿不超出所述N型调控层。
2.根据权利要求1所述的雪崩光电二极管的外延结构，其特征在于：所述P型掺杂区设置成中心扩散深度大于边缘扩散深度以于所述倍增层中提供阶梯型PN结。
3.根据权利要求1所述的雪崩光电二极管的外延结构，其特征在于：所述N型调控层设置成掺杂浓度连续渐变的N型掺杂区，其中所述N型调控层设置成使所述P型扩散区自所述倍增层的表面向内部的扩散前沿终止于所述N型调控层内。
4.根据权利要求1所述的雪崩光电二极管的外延结构，其特征在于：所述N型调控层设置成间隔的多个N型掺杂区，所述N型调控层设置成使所述P型扩散区自所述倍增层的表面向内部的扩散前沿终止于所述N型调控层内且沿扩散方向与至少一N型掺杂区相接合。
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6.根据权利要求1所述的雪崩光电二极管的外延结构，其特征在于：所述外延结构还包括梯度层和缓冲层，所述梯度层设置于所述吸收层与所述电荷层之间，所述缓冲层设置于所述衬底与所述吸收层或所述倍增层之间。
7.根据权利要求1所述的雪崩光电二极管的外延结构，其特征在于：所述衬底的材料包括InP、GaAs中的一种；所述倍增层的材料包括InP、InGaAs和InGaAsP中的一种，所述电荷层包括InP、InAlAs中的一种，所述吸收层的材料包括InGaAs、GaAs中的一种。
8.一种雪崩光电二极管，其特征在于，包括根据权利要求1至7任意一项所述的雪崩光电二极管的外延结构，位于P型扩散区之上的P面电极层，以及位于所述衬底之上的N面电极层，其中所述倍增层还包括保护环，所述保护环设置于所述P型扩散区的外围。
9.根据权利要求8所述的雪崩光电二极管，其特征在于，还包括：光注入窗口，位于所述衬底远离所述倍增层的一侧，所述光注入窗口中设置有增透层。
10.一种雪崩光电二极管的外延结构的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
11.根据权利要求10所述的制作方法，其特征在于，通过一次外延工艺生长所述倍增层，所述倍增层包括连续生长的底层部分和顶层部分，在生长所述倍增层的顶层部分的过程中进行原位掺杂，形成所述N型调控层。
12.根据权利要求11所述的制作方法，其特征在于：基于形成所述P型扩散区所需执行的扩散工艺的次数为m，通过间歇地通入N型杂质源，使所述N型调控层形成为至少m个间隔的N型掺杂区以使每次执行扩散工艺向倍增层内部行进的扩散前沿均终止于对应的N型掺杂区中，其中m为自然数。
13.根据权利要求10所述的制作方法，其特征在于，形成所述P型扩散区的步骤，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种雪崩光电二极管的外延结构，其特征在于，包括衬底以及在所述衬底之上叠置的吸收层、电荷层及倍增层，所述倍增层包括依次生长的本征或非故意掺杂的半导体层、及n型调控层、及n型调控层，于所述n型调控层中设置自所述倍增层的表面向内部延伸的p型扩散区，所述n型调控层具有预定厚度以控制所述p型扩散区自所述倍增层的表面向内部的扩散前沿不超出所述n型调控层。
2.根据权利要求1所述的雪崩光电二极管的外延结构，其特征在于：所述p型掺杂区设置成中心扩散深度大于边缘扩散深度以于所述倍增层中提供阶梯型pn结。
3.根据权利要求1所述的雪崩光电二极管的外延结构，其特征在于：所述n型调控层设置成掺杂浓度连续渐变的n型掺杂区，其中所述n型调控层设置成使所述p型扩散区自所述倍增层的表面向内部的扩散前沿终止于所述n型调控层内。
4.根据权利要求1所述的雪崩光电二极管的外延结构，其特征在于：所述n型调控层设置成间隔的多个n型掺杂区，所述n型调控层设置成使所述p型扩散区自所述倍增层的表面向内部的扩散前沿终止于所述n型调控层内且沿扩散方向与至少一n型掺杂区相接合。
5.根据权利要求3或4所述的雪崩光电二极管的外延结构，其特征在于：所述n型调控层具有小于200nm的厚度；和/或，每一n型掺杂区具有1e15 cm-3到1e18 cm-3的掺杂浓度。
6.根据权利要求1所述的雪崩光电二极管的外延结构，其特征在于：所述外延结构还包括梯度层和缓冲层，所述梯度层设置于所述吸收层与所述电荷层之间，所述缓冲层设置于所述衬底与所述吸收层...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈熙，谢拾玉，刘浩飞，谢宗恒，
申请(专利权)人：上海新微半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：
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