【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光通信系统，光互联系统和光信息存储，激光雷达技术，光模块核心器件光电探测器，新一代光电元器件及相关新材料，以及纳米光子学微纳结构科学，具体涉及一种集成平面透镜的雪崩二极管阵列器件及其制备方法。
技术介绍
1、红外光电探测器是现代广泛应用的一种重要光电器件。随着光纤通信技术进步，在光通信和光互连技术应用于光接入网和高速数据链路的器件，网络接入率的不断提高需要光电子器件的更高集成度。紧凑的雪崩光电二极管(apd)光电探测器因具有内部电流倍增效应进行光电探测优化设计的研究，不仅在光通和数据中心上有应用需求，还在激光雷达、传感等多个领域已经取得了大量的应用。利用现有互补金属氧化物半导体(cmos)上的投资、设施、经验以及技术来设计、制造、封装光器件和光电集成电路，在成本、功耗、集成度上突破现有光电技术的局限性，满足现代高速发展的信息产业对光电子技术的需求和融合发展的趋势。
2、但是，申请人发现：第一，目前普遍使用平凸微透镜列阵实现近红外光电探测器列阵的增强。这些平凸微透镜依靠厚度差造成的相位差来实现聚焦，加上这些平凸微透镜的尺寸一般很大，制备过程难以对准不利于器件的集成，很难保证较高光学耦合效率。
3、第二，针对大面阵红外探测器都是采用微透镜列阵与探测器列阵耦合方案，但这种探测器列阵一般都需要使用扫描机构，且结构复杂、探测效率低；加上对分开制作的微透镜阵列和红外焦平面探测器进行耦合时，利用光学胶粘合，在过程光学胶内部容易产生气泡，同时光学胶会对光有一部分吸收，影响透过率。
4、第三，在探
技术实现思路
1、为解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种集成平面透镜的雪崩二极管阵列器件及其制备方法。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供了一种集成平面透镜的雪崩二极管阵列器件，包括有n区衬底，所述n区衬底的一侧端面具有n区欧姆联接层，所述n区衬底与具有n区欧姆联接层的一侧端面相对的另一侧端具有apd探测器阵列，所述apd探测器阵列由7个单模apd探测器构成，其中6个单模apd探测器环形阵列分布在1个单模apd探测器的四周，且相邻两个单模apd探测器之间的中心间距相等；
4、所述n区衬底的另一侧端面还具有p区欧姆联接层，所述p区欧姆联接层覆盖住所述apd探测器阵列；所述p区欧姆联接层远离所述apd探测器阵列的一侧表面具有硬掩模基底垫层；
5、所述硬掩模基底垫层远离所述p区欧姆联接层的一侧表面具有平面透镜纳米单元阵列区，所述平面透镜纳米单元阵列区正对着所述apd探测器阵列。
6、通过上述技术方案，本专利技术所述雪崩二极管阵列器件集成的平面透镜纳米单元阵列区，能够调节介质界面处入射光波的相对相位、振幅和极化，将光入射透镜表面转变为带有一定相位延迟的光波，具有微米级焦距和焦深，实现亚波长的聚焦效果，使入射光线变成汇聚的光束，有效聚焦到光电二极管的光敏区域上充分利用，同时减小了到达受光面上的面积，等效提高填充系数，提升光电转换效率，而且由于光斑面积的减小，从而提高了入射光的光能强度，进而可以提高光生电流，提高探测灵敏度。
7、进一步地，所述平面透镜纳米单元阵列区为微透镜阵列，由相同周期，相同高度、长度和宽度，不同方位角的多个阵列排布的纳米矩形单元构成。
8、进一步地，所述雪崩二极管阵列器件为响应波长1.55微米的apd列阵探测器，所述n区衬底的厚度约为100微米，所述硬掩模基底垫层的厚度为1.4755微米，所述纳米矩形单元的高度为0.7微米，所述平面透镜纳米单元阵列区的直径为510微米。
9、进一步地，所述n区衬底设有所述apd探测器阵列的一端为钝化填充层，所述apd探测器阵列的每个单模apd探测器位于钝化填充层内。
10、进一步地，所述钝化填充层为si3n4。
11、进一步地，每个所述单模apd探测器从下往上依次包括n区衬底、缓冲区、吸收区、p区电荷区和倍增区，且所述倍增区与所述p区欧姆联接层之间形成的p区接触受光区。
12、进一步地，所述n区衬底远离所述n区欧姆联接层的一端切割出所述apd探测器阵列，且填充有钝化填充层，所述钝化填充层和所述apd探测器阵列远离所述n区欧姆联接层的一侧表面覆盖有所述p区欧姆联接层。
13、第二方面，本专利技术还提供了一种所述的集成平面透镜的雪崩二极管阵列器件的制备方法，包括：
14、s1.在apd晶圆外延片的一侧端面光刻切出所述apd探测器阵列；
15、s2.对光刻切出所述apd探测器阵列的apd晶圆外延片一端进行沉积、填充，形成钝化填充层，所述钝化填充层与p区接触受光区持平；
16、s3.对apd晶圆外延片的n区衬底进行减薄处理；
17、s4.在apd晶圆外延片的n区衬底沉积ti/au，制备出n区欧姆联接层；
18、s5.在钝化填充层上沉积ti/au，制备出p区欧姆联接层；
19、s6.在p区欧姆联接层远离所述apd探测器阵列的一侧表面沉积出介质平面硬掩模基底垫层；
20、s7.在所述硬掩模基底垫层远离所述p区欧姆联接层的一侧表面进行对准曝光、显影、光刻，得到所述平面透镜纳米单元阵列区；
21、s8.完成其余后端器件工艺流程，即可。
22、进一步地，步骤s1中，所述apd探测器阵列的纳米矩形单元的高度为0.7微米；步骤s3中，减薄处理后n区衬底的厚度约为100微米；步骤s6中，沉积得到的所述硬掩模基底垫层的厚度为1.4755微米；步骤s7得到所述平面透镜纳米单元阵列区的直径为510微米；步骤s8完成后，得到响应波长1.55微米的apd列阵探测器。
23、进一步地，步骤s7具体包括：
24、s7-1.制备电子束光刻对准标记；
25、s7-2.进行对准曝光、显影，在所述硬掩模基底垫层远离所述p区欧姆联接层的一侧表面得到平面透镜纳米单元阵列区图形；
26、s7-3.表面旋涂光刻胶，电子束掩膜刻蚀出图形图案，形成所述平面透镜纳米单元阵列区。
27、上述第二方面和第二方面的各个方面可能达到的技术效果请参照上述针对第一方面或第一方面中的各种可能方案可以达到的技术效果说明，这里不再重复赘述。
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1.一种集成平面透镜的雪崩二极管阵列器件，其特征在于，包括有n区衬底(101)，所述n区衬底(101)的一侧端面具有n区欧姆联接层(301)，所述n区衬底(101)与具有n区欧姆联接层(301)的一侧端面相对的另一侧端具有APD探测器阵列，所述APD探测器阵列由7个单模APD探测器(100)构成，其中6个单模APD探测器(100)环形阵列分布在1个单模APD探测器(100)的四周，且相邻两个单模APD探测器(100)之间的中心间距相等；
2.根据权利要求1所述的集成平面透镜的雪崩二极管阵列器件，其特征在于，所述平面透镜纳米单元阵列区(401)为微透镜阵列，由相同周期，相同高度、长度和宽度，不同方位角的多个阵列排布的纳米矩形单元构成。
3.根据权利要求2所述的集成平面透镜的雪崩二极管阵列器件，其特征在于，所述雪崩二极管探测器为响应波长1.55微米的APD列阵探测器，所述n区衬底(101)的厚度约为100微米，所述硬掩模基底垫层(400)的厚度为1.4755微米，所述纳米矩形单元的高度为0.7微米，所述平面透镜纳米单元阵列区(401)的直径为510微米。>
4.根据权利要求1或2或3所述的集成平面透镜的雪崩二极管阵列器件，其特征在于，所述n区衬底(101)设有所述APD探测器阵列的一端为钝化填充层(200)，所述APD探测器阵列的每个单模APD探测器(100)位于钝化填充层(200)内。
5.根据权利要求4所述的集成平面透镜的雪崩二极管阵列器件，其特征在于，所述钝化填充层(200)为Si3N4。
6.根据权利要求1或2或3或5所述的集成平面透镜的雪崩二极管阵列器件，其特征在于，每个所述单模APD探测器(100)从下往上依次包括n区衬底(101)、缓冲区(102)、吸收区(103)、p区电荷区(104)和倍增区(105)，且所述倍增区(105)与所述p区欧姆联接层(302)之间形成的p区接触受光区(106)。
7.根据权利要求6所述的集成平面透镜的雪崩二极管阵列器件，其特征在于，所述n区衬底(101)远离所述n区欧姆联接层(301)的一端切割出所述APD探测器阵列，且填充有钝化填充层(200)，所述钝化填充层(200)和所述APD探测器阵列远离所述n区欧姆联接层(301)的一侧表面覆盖有所述p区欧姆联接层(302)。
8.一种权利要求1-7中任一所述的集成平面透镜的雪崩二极管阵列器件的制备方法，其特征在于，包括：
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤S1中，所述APD探测器阵列的纳米矩形单元的高度为0.7微米；步骤S3中，减薄处理后n区衬底(101)的厚度约为100微米；步骤S6中，沉积得到的所述硬掩模基底垫层(400)的厚度为1.4755微米；步骤S7得到所述平面透镜纳米单元阵列区(401)的直径为510微米；步骤S8完成后，得到响应波长1.55微米的APD列阵探测器。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤S7具体包括：
...【技术特征摘要】
1.一种集成平面透镜的雪崩二极管阵列器件，其特征在于，包括有n区衬底(101)，所述n区衬底(101)的一侧端面具有n区欧姆联接层(301)，所述n区衬底(101)与具有n区欧姆联接层(301)的一侧端面相对的另一侧端具有apd探测器阵列，所述apd探测器阵列由7个单模apd探测器(100)构成，其中6个单模apd探测器(100)环形阵列分布在1个单模apd探测器(100)的四周，且相邻两个单模apd探测器(100)之间的中心间距相等；
2.根据权利要求1所述的集成平面透镜的雪崩二极管阵列器件，其特征在于，所述平面透镜纳米单元阵列区(401)为微透镜阵列，由相同周期，相同高度、长度和宽度，不同方位角的多个阵列排布的纳米矩形单元构成。
3.根据权利要求2所述的集成平面透镜的雪崩二极管阵列器件，其特征在于，所述雪崩二极管探测器为响应波长1.55微米的apd列阵探测器，所述n区衬底(101)的厚度约为100微米，所述硬掩模基底垫层(400)的厚度为1.4755微米，所述纳米矩形单元的高度为0.7微米，所述平面透镜纳米单元阵列区(401)的直径为510微米。
4.根据权利要求1或2或3所述的集成平面透镜的雪崩二极管阵列器件，其特征在于，所述n区衬底(101)设有所述apd探测器阵列的一端为钝化填充层(200)，所述apd探测器阵列的每个单模apd探测器(100)位于钝化填充层(200)内。
5.根据权利要求4所述的集成平面透镜的雪崩二...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘卫峰，裴赢洲，
申请(专利权)人：边际科技珠海有限公司，
类型：发明
国别省市：
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