一种平面型雪崩光电探测器制造技术

本发明专利技术公开了一种平面型雪崩光电探测器，其外延结构包括：吸收层，其用于吸收目标探测光，将目标探测光的光子转化为光生载流子；N型下电荷层，其用于调控所述雪崩光电探测器器件内部电场分布；倍增层，其用于倍增所述光生载流子；P型上电荷层，其也用于调控所述雪崩光电探测器器件内部电场分布；本征帽层，其用于形成P型中心扩散区和边缘击穿抑制结构；其中，所述P型中心扩散区用于形成器件有源区，所述边缘击穿抑制结构用于降低器件边缘处的电场，防止器件边缘提前击穿。本发明专利技术通过P型上电荷层的引入，可以精确控制器件倍增区厚度，其与所述边缘击穿抑制结构结合，可以更有效的防止器件边缘过早击穿，从而提高了器件的性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体器件领域，具体是指一种平面型雪崩光电探测器(APD)。
技术介绍
在过去的五十年中，雪崩光电探测器(APD)已经广泛的应用于商业、军事和科学研究中，如量子信息、生物分子探测、激光雷达成像、天文探测等。其中平面型雪崩光电探测器由于高的可靠性、低的暗电流或暗记数特性，受到广泛的关注。平面型器件一般通过扩散或离子注入等手段形成PN结，其结深和倍增层厚度都受到扩散或离子注入深度的影响，有比较大的波动性。而器件的倍增层厚度会强烈影响器件性能。并且由于边缘曲率效应的存在，器件边缘处电场往往高于器件中心处，需要设计复杂的边缘击穿抑制结构降低器件边缘处电场，防止器件边缘处过早击穿而降低器件性能。图1示出了现有技术中一种平面型雪崩光电探测器的结构图。如图1所示，该平面型雪崩光电探测器包括:衬底、吸收层、电荷层、本征帽层等。上述现有的技术中，所述本征帽层用于形成中心扩散区和边缘击穿抑制结构，中心扩散区下面的剩余本征帽层部分是器件的倍增层，用于当光生载流子进入倍增层后，在倍增层高电场的作用下与倍增层材料发生碰撞电离，产生更多的自由载流子，从而放大信号。由于曲率效应的存在，器件边缘处往往有高于器件中心处的电场，导致边缘提前击穿，降低器件性能，边缘击穿抑制结构则用于降低器件边缘处的电场，防止器件边缘提前击穿。如果能够设计一种结构，既能保持平面型器件高可靠性、低暗电流或暗记数的特性，同时能使倍增区通过材料生长设备精确控制，摆脱扩散或离子注入对器件倍增区厚度的影响，并且将高电场限制在倍增区而使扩散或离子注入区域电场相对较低从而有利于边缘击穿的抑制，使边缘击穿抑制结构有更大的容差，则必将有效提高器件性能。
技术实现思路
(一 )要解决的技术问题本专利技术所要解决的技术问题是保持平面型器件高可靠性、低暗电流或暗记数的特性的同时能使倍增区通过材料生长设备精确控制，摆脱扩散或离子注入对器件倍增区厚度的影响，并且将高电场限制在倍增区而使扩散或离子注入区域电场相对较低从而有利于边缘击穿的抑制。( 二 )技术方案本专利技术公开了一种平面型雪崩光电探测器，其外延结构包括:吸收层，其用于吸收目标探测光，将目标探测光的光子转化为光生载流子；N型下电荷层，其用于调控所述雪崩光电探测器器件内部电场分布；倍增层，其用于倍增所述光生载流子； P型上电荷层，其也用于调控所述雪崩光电探测器器件内部电场分布；本征帽层，其用于形成P型中心扩散区和边缘击穿抑制结构；其中，所述P型中心扩散区用于形成器件有源区，所述边缘击穿抑制结构用于降低器件边缘处的电场，防止器件边缘提前击穿。本专利技术还公开了一种如上所述的平面型雪崩光电探测器的制备方法，其包括:步骤1、生长外延结构，具体包括在N型衬底上，依次生长吸收层、N型下电荷层、倍增层、P型上电荷层和本征帽层；步骤2、在所述本征帽层上制作P型中心扩散区和边缘击穿抑制结构；步骤3、在制作有P型中心扩散区和边缘击穿抑制结构的本征帽层上制作P电极；步骤4、在N型衬底背面制作N电极。(三)有益效果1、本专利技术保持平面型雪崩光电探测器高可靠性、低暗电流或暗记数的特性2、本专利技术可以使平面型雪崩光电探测器倍增层厚度通过材料生长设备精确控制，排除了扩散或离子注入对器件倍增层厚度的影响，有利于提高器件的均匀性和可重复行。3、本专利技术将高电场限制在倍增层内，原本高电场的帽层内现在电场相对较低，从而有利于器件边缘击穿的抑制，使边缘击穿抑制结构有更大的容差，器件更容易制备并且对边缘击穿的抑制更加有效。附图说明图1为现有技术中平面型雪崩光电探测器的结构图；图2为本专利技术中平 面型雪崩光电探测器的结构图；图3为本专利技术中平面型雪崩光电探测器的制备方法流程图；图4为本专利技术制备方法中制作P型中心扩散区和边缘击穿抑制结构步骤3的示意图；图5为本专利技术中平面型雪崩光电探测器的P型电极的示意图形。具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。图2为本专利技术提出的平面型雪崩光电探测器(APD)的结构图。所述APD为可以为InGaAs/InP APD0如图2所示，该APD具体从下至上依次包括:N型衬底，其可以为InP、Si等材料；N型缓冲层，其生长在所述N型衬底上，厚度优选为Ium ；本征吸收层，其生长在所述N型缓冲层上，其用于吸收目标探测光，将目标探测光的光子转化为光生自由载流子，从而将光信号转化为电信号。其材料由APD的目标探测波长决定，其禁带宽度满足小于目标探测光的光子能量的条件。例如，对于1550nm的目标探测光来说，其可以由Ina53Gaa47As(GaInAs)、Ge等材料构成，当衬底是InP时,优选为Ina53Gaa47As,当衬底是Si时，优选为Ge ;该吸收层厚度可以为0.1nm到10um，优选为0.1至Ij 3um、2um ；N型下电荷层，其用于调控器件内部电场分布，使本征倍增层内有足够高的电场，从而可以发生雪崩倍增，同时使吸收层有适当的电场强度，在保证载流子高速漂移的同时防止吸收层内电场过高，以防止过高的电场产生过大的隧道暗电流或产生有害的雪崩倍增；其材料由APD的目标探测波长决定，其禁带宽度满足小于目标探测光的光子能量的条件。例如，对于1550nm的目标探测光来说，其可以由InP、InAlAs等材料构成，优选为InP，该N型下电荷层层厚度可以为0.1nm到10um，优选为0.05到0.5um、0.26um，且其掺杂浓度优选为lel7/cm3 ；本征倍增层，其用于当光生载流子进入本征倍增层后，在本征倍增层高电场的作用下与本征倍增层材料发生碰撞电离，产生更多的自由载流子，从而放大信号。其材料由APD的目标探测波长决定，其禁带宽度满足大于目标探测光的光子能量的条件。例如，对于1550nm的目标探测光来说,其可以由InP等材料或异质结构材料组成,其厚度优选为Ium;P型上电荷层，用于调 控器件内部电场分布，使所述本征倍增层内有足够高的电场，从而可以发生雪崩倍增，同时使所述本征倍增层以上本征帽层内P型中心扩散区以及边缘击穿抑制结构以下的部分有适当的电场强度，在保证载流子高速漂移的同时防止其内电场过高，以防止过高的电场产生雪崩倍增或导致边缘击穿。其材料由APD的目标探测波长决定，其禁带宽度满足大于目标探测光的光子能量的条件。例如，对于1550nm的目标探测光来说，其可以由InP、InAlAs等材料构成，优选为InP，该电荷层厚度可以为0.0l到10微米，优选为0.05-0.5微米、0.26um，其掺杂浓度优选为lel7/cm3 ；本征帽层，其上用于形成P型中心扩散区和边缘击穿抑制结构，P型中心扩散区下面的剩余本征帽层部分并非器件的倍增区，其作用是分隔P型中心扩散区和P型上电荷层，并使载流子通过此区域进入P型中心扩散区而被P电极收集。所述边缘击穿抑制结构用于降低器件边缘处的电场，防止器件边缘提前击穿所述本征帽层，其厚度优选为3.5um，其中，所述P型中心扩散区和边缘击穿抑制结构通过光刻、RIE刻蚀、Zn扩散等工艺形成。其中，P电极制作在所述本征帽层上，其通过生长SiO2进行钝化，然后通过生长Au/Zn、Ti/Au形成。N电极制作在所述N型InP衬底背面,其通过生长AuGeNi而形成。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种平面型雪崩光电探测器，其外延结构包括：吸收层，其用于吸收目标探测光，将目标探测光的光子转化为光生载流子；N型下电荷层，其用于调控所述雪崩光电探测器器件内部电场分布；倍增层，其用于倍增所述光生载流子；P型上电荷层，其也用于调控所述雪崩光电探测器器件内部电场分布；本征帽层，其用于形成P型中心扩散区和边缘击穿抑制结构；其中，所述P型中心扩散区用于形成器件有源区，所述边缘击穿抑制结构用于降低器件边缘处的电场，防止器件边缘提前击穿。

【技术特征摘要】
1.一种平面型雪崩光电探测器，其外延结构包括: 吸收层，其用于吸收目标探测光，将目标探测光的光子转化为光生载流子； N型下电荷层，其用于调控所述雪崩光电探测器器件内部电场分布； 倍增层，其用于倍增所述光生载流子； P型上电荷层，其也用于调控所述雪崩光电探测器器件内部电场分布； 本征帽层，其用于形成P型中心扩散区和边缘击穿抑制结构； 其中，所述P型中心扩散区用于形成器件有源区，所述边缘击穿抑制结构用于降低器件边缘处的电场，防止器件边缘提前击穿。2.如权利要求1所述的雪崩光电探测器，其特征在于，所述吸收层、N型下电荷层、倍增层、P型上电荷层、本征帽层依次叠置。3.如权利要求1所述的雪崩光电探测器，其特征在于，所述N型下电荷层通过调控所述雪崩光电探测器器件内部电场分布，使倍增层内有足够高的电场，从而可以发生雪崩倍增，同时使吸收层有适当的电场强度，在保证载流子高速漂移的同时防止吸收层内电场过高，以防止过高的电场产生过大的隧道暗电流或产生有害的雪崩倍增。4.如权利要求1所述的雪崩光电探测器，其特征在于，所述P型上电荷层通过调控所述雪崩光电探测器器件内部电场分布，使得所述本征倍增层内有足够高的电场，从而可以发生雪崩倍增，同时使所述本征倍增层以上本征帽层内P型中心扩散区以及边缘击穿抑制结构以下的部分有适当的电场强度，在保证载流子高速漂移的同时防止其内电场过高，以防止过高的电场产生雪崩倍增或导致边缘击穿。5.如权利要求1所述的雪崩光电探测器，其特征在于，所述倍增层的材料是单种材料或者不同材料组成的异质结构材料的组合。6.如权利要求1至5中任一项所述的雪崩光电探...

【专利技术属性】
技术研发人员：李彬，韩勤，杨晓红，
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：