InP基平面型背入射雪崩光电二极管及其制造方法技术

一种ＩｎＰ基平面型背入射雪崩光电二极管，包括：一衬底；一缓冲层制作在衬底上；一吸收层制作在缓冲层上；一过渡层制作在吸收层上；一电场控制层制作在过渡层上；一雪崩倍增层，该雪崩倍增层制作在电场控制层上；其中该雪崩倍增层上面的中央区域形成有一凹陷部，该凹陷部的边缘为倒台阶状结构；该雪崩倍增层的上面凹陷部的外侧制作有浮动保护环；该凹陷部包括：一Ｐ型掺杂层形成在凹陷部的底面，一钝化保护层形成在Ｐ型掺杂层和雪崩倍增层的表面，该钝化保护层的中心形成有一接触通孔，一Ｐ电极制作在钝化保护层中间的底部；一ｎ电极制作在衬底的背面，在ｎ电极的中间形成光入射窗口。

InP based planar back incident avalanche photodiode and method of manufacturing the same

A InP based planar back incident avalanche photodiode comprises: a substrate; a buffer layer formed on the substrate; an absorption layer prepared on the buffer layer; a transition layer is formed on the absorbing layer; a field control layer produced in the transition layer; an avalanche multiplication layer, the avalanche multiplication layer production in the field control layer; wherein the avalanche multiplication layer above the central region is formed with a recess, the recess edge for the fall of order structure; the outer side of the concave part above the avalanche multiplication layer made with floating ring; the hollow part comprises a P type doped layer is formed on the bottom surface of depression the Department, a passivation layer formed on the P type doped layer and avalanche multiplication layer, the passivation layer of the center to form a contact hole, a P electrode in the middle of the passivation layer at the bottom of a n electrode; A light incident window is formed in the middle of the n electrode.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体器件，特别地，涉及InP基平面型背 入射雪崩光电二极管及其制造方法。
技术介绍
雪崩光电二极管作为一种重要的光探测器元件，在通信、雷 达以及在实验室中的生物分子发光探测和单光子探测等各方面 有着广泛的应用。从器件结构和制造工艺上来说，雪崩光电二极 管可分为台面型结构和平面型结构。对于台面型结构的雪崩光电 二极管，其各掺杂层都由淀积生成，在钝化层内所有部分都是有 源区；对于平面型结构的雪崩光电二极管，其正面有源区掺杂是 通过热扩散或离子注入形成的，有源区周围有大的未掺杂本征区 域。由于台面型结构的雪崩光电二极管有着边缘漏电流较大的难 以克服的缺点，因此为满足前文所述的各种应用的需要，高性能 的雪崩光电二极管一般都采用平面型结构。一个高性能的平面型 雪崩光电二极管，应当满足有较小的漏电流或暗电流，以及有平 稳一致的中心区域击穿电压和较低的边缘击穿机率等性能指标；另外，还应有尽量低的击穿电压。对于InP基的平面型雪崩光电二极管，其正面P型有源区通 常由Zn扩散形成。同时，为了抑制pn结边缘部分先成中心区域 的雪崩击穿，可以在边缘部设置P型导电区域保护环，该保护环 可以通过Zn扩散或Be离子注入形成。为实现包括击穿电压、工作频率在内的多项期望的器件的特 性，需要尽可能精确地控制平面型器件中的pn的位置和形状。然而，对于热扩散工艺而言，实现这一点是比较困难的，因此通 过基于热扩散的工艺流程不容易制造出均匀性好的平面型雪崩 光电二极管。此外，抑制平面型雪崩光电二极管的边缘击穿现象 是一个很重要的问题，虽然在传统方法中采用了保护环等措施， 但边缘击穿现象在很大程度上始终存在。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种InP基平面型背入射雪崩光电 二极管及其制造方法，其可有效抑制InP基平面型背入射雪崩光 电二极管的边缘击穿，并可简化工艺、节省成本。本专利技术提供一种InP基平面型背入射雪崩光电二极管，其特 征在于，包括一衬底；一缓冲层，该缓冲层制作在衬底上； 一吸收层，该吸收层制作在缓冲层上；一过渡层，该过渡层制作在吸收层上； 一电场控制层，该电场控制层制作在过渡层上； 一雪崩倍增层，该雪崩倍增层制作在电场控制层上； 其中该雪崩倍增层上面的中央区域形成有一凹陷部，该凹陷部的边缘为倒台阶状结构；该雪崩倍增层的上面凹陷部的外侧制作有浮动保护环；该凹陷部包括一P型掺杂层，该P型掺杂层形成在凹陷部的底面， 一钝化保护层，该钝化保护层形成在P型掺杂层和雪崩倍增层的表面，该钝化保护层的中心形成有一接触通孔，一 P电极，该P电极制作在钝化保护层中间的底部；一 n电极，该n电极制作在衬底的背面，在n电极的中间形成光入射窗口 。其中所述的吸收层为InGaAs。 其中所述的过渡层为InGaAsP。 其中凹陷部的边缘台阶是1 一 3级。 其中凹陷部的台阶高度为0 . 2 _ 0 . 3 u m。 其中浮动保护环的个数为0 — 3个。本专利技术提供一种InP基平面型背入射雪崩光电二极管的制 造方法，其特征在于，其具体步骤为步骤l:在衬底依序制作一缓冲层、 一吸收层、 一过渡层、 一电场控制层和一雪崩倍增层；步骤2:在雪崩倍增层上淀积一层Si02薄膜；步骤3 :在Si02薄膜上光刻并用HF缓冲液开腐蚀窗口 ； 步骤4:在Si02薄膜的窗口处，腐蚀表面InP台面；步骤5:重复步骤3和4打开更大的腐蚀窗口并腐蚀InP表面形成边缘台阶，在最后一次台阶的腐蚀中须同时在雪崩倍增层的上面InP台面的外侧腐蚀出浮动保护环的沟槽； 步骤6:在Si02薄膜的窗口处进行离子注入； 步骤7:除去雪崩倍增层上剩余的Si02薄膜，重新双面淀积Si02薄膜，进行快速热退火；步骤8:除去双面淀积的Si02薄膜，正面淀积Si02或SiN 钝化保护层；步骤9 :在正面制作P电极；步骤10:将衬底减薄和抛光；步骤l 1:在背面制作n电极，完成器件的制作。 其中所述的离子注入是指先注入P离子后再注入Be离子，其中P离子注入的平均投影射程与Be离子注入的平均投影射程相同。其中P电极为Au/Zn合金，且合金条件为4 0 0 °C， 5分钟。 其中N电极为Au/Ge/Ni合金，且合金条件为2 9 0 。C，10 分钟。附图说明为进一步说明本专利技术的具体
技术实现思路
，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中图1具体实施例完成后的器件结构示意图2为工艺流程图3为注入的Be离子的纵向浓度分布； 具体实施例方式请参阅图1所示，本专利技术一种InP基平面型背入射雪崩光电二极管，包括一衬底10;一缓冲层2 0 ，该缓冲层2 0制作在衬底1 0上；一吸收层3 0 ，该吸收层3 0制作在缓冲层2 0上，所述的 吸收层3 0为InGaAs;一过渡层4 0 ，该过渡层4 0制作在吸收层3 0上，所述的 过渡层4 0为InGaAsP;一电场控制层5 0 ，该电场控制层5 0制作在过渡层4 0上；一雪崩倍增层6 0 ，该雪崩倍增层6 0制作在电场控制层5 0上；其中该雪崩倍增层6 0上面的中央区域形成有一凹陷部6 1 ，该凹陷部6 1的边缘为倒台阶状结构；该雪崩倍增层6 0的 上面凹陷部6 1的外侧制作有浮动保护环6 2 ，所述的浮动保护 环6 2的个数为0 — 3个；该凹陷部6 1包括一P型掺杂层6 1 1，该P型掺杂层6 1 1形成在凹陷部6 1的底面， 一钝化保护层6 1 2 ，该钝化保 护层6 1 2形成在P型掺杂层6 1 1和雪崩倍增层6 0的表面， 该钝化保护层6 1 2的中心形成有一接触通孔6 1 3 ，一 P电极 6 14，该P电极6 1 4制作在钝化保护层6 1 2中间的底咅h 所述的凹陷部6 1的边缘台阶是1 一 3级，台阶高度为0 . 2 —0 . 3 y m;一 n电极7 0 ，该n电极7 0制作在衬底1 0的背面，在n 电极7 0的中间形成光入射窗口 7 0 1 。请参阅图2并结合参阅图1 ，本专利技术一种InP基平面型背入 射雪崩光电二极管的制造方法，其具体步骤为步骤1 :在衬底1 0依序制作一缓冲层2 0 、一吸收层3 0 、 一过渡层4 Q 、一电场控制层5 0和一雪崩倍增层6 0 (S 1 0 );步骤2 :在雪崩倍增层6 0上淀积一层Si02薄膜(S 1 1 );步骤3:在Si02薄膜上光刻并用HF缓冲液开腐蚀窗口 (S1 2 );步骤4 :在Si02薄膜的窗口处，腐蚀表面InP台面(S 1 3 ); 步骤5:重复步骤3、 4打开更大的腐蚀窗口并腐蚀InP表面形成边缘台阶，在最后一次台阶的腐蚀中须同时在雪崩倍增 层的上面InP台面的外侧腐蚀出浮动保护环的沟槽(S 1 4 );步骤6:在Si02薄膜的窗口处进行离子注入，所述的离子 注入是指先注入P离子后再注入Be离子，其中P离子注入的平均投影射程与Be离子注入的平均投影射程相同(SI 5);步骤7:除去雪崩倍增层6 0上剩余的Si02薄膜，重新双 面淀积Si02薄膜，进行快速热退火(Sl 6);步骤8:除去双面淀积的Si02薄膜，正面淀积Si02或SiN钝化保护层(S 1 7 );步骤9 :在正面制作p电极，该P电极为Au/Zn合金，且合 金条件为4 0 0 °C， 5分钟(S 1 8 );本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＩｎＰ基平面型背入射雪崩光电二极管，其特征在于，包括：　一衬底；　一缓冲层，该缓冲层制作在衬底上；　一吸收层，该吸收层制作在缓冲层上；　一过渡层，该过渡层制作在吸收层上；　一电场控制层，该电场控制层制作在过 渡层上；　一雪崩倍增层，该雪崩倍增层制作在电场控制层上；　其中该雪崩倍增层上面的中央区域形成有一凹陷部，该凹陷部的边缘为倒台阶状结构；该雪崩倍增层的上面凹陷部的外侧制作有浮动保护环；　该凹陷部包括：一Ｐ型掺杂层，该Ｐ型掺杂 层形成在凹陷部的底面，一钝化保护层，该钝化保护层形成在Ｐ型掺杂层和雪崩倍增层的表面，该钝化保护层的中心形成有一接触通孔，一Ｐ电极，该Ｐ电极制作在钝化保护层中间的底部；　一ｎ电极，该ｎ电极制作在衬底的背面，在ｎ电极的中间形成光入射窗口。

【技术特征摘要】
1、一种InP基平面型背入射雪崩光电二极管，其特征在于，包括一衬底；一缓冲层，该缓冲层制作在衬底上；一吸收层，该吸收层制作在缓冲层上；一过渡层，该过渡层制作在吸收层上；一电场控制层，该电场控制层制作在过渡层上；一雪崩倍增层，该雪崩倍增层制作在电场控制层上；其中该雪崩倍增层上面的中央区域形成有一凹陷部，该凹陷部的边缘为倒台阶状结构；该雪崩倍增层的上面凹陷部的外侧制作有浮动保护环；该凹陷部包括一P型掺杂层，该P型掺杂层形成在凹陷部的底面，一钝化保护层，该钝化保护层形成在P型掺杂层和雪崩倍增层的表面，该钝化保护层的中心形成有一接触通孔，一P电极，该P电极制作在钝化保护层中间的底部；一n电极，该n电极制作在衬底的背面，在n电极的中间形成光入射窗口。2 、根据权利要求1所述的InP基平面型背入射雪崩光电二 极管，其特征在于，其中所述的吸收层为InGaAs。3 、根据权利要求1所述的InP基平面型背入射雪崩光电二 极管，其特征在于，其中所述的过渡层为InGaAsP。4 、根据权利要求1所述的InP基平面型背入射雪崩光电二 极管，其特征在于，其中凹陷部的边缘台阶是1 一 3级。5 、根据权利要求4所述的InP基平面型背入射雪崩光电二 极管，其特征在于，其中凹陷部的台阶高度为0 . 2 — 0 . 3 U m。6 、根据权利要求1所述的InP基平面型背入射雪崩光电二 极管，其特征在于，其中浮动保护环的个数为0 — 3个。7 、 一种InP基平面型背入射雪崩光电二极管...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴孟，陈燕凌，杨富华，曹延名，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]