專利名稱：準(zhǔn)平面高速雙色銦鎵砷光電探測(cè)器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種準(zhǔn)平面高速雙色銦鎵砷光電探測(cè)器及其制造方法，屬 半導(dǎo)體光電子器件技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著高速寬帶光纖通信、數(shù)據(jù)處理和互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的發(fā)展和高速光電接 口技術(shù)及光相控陣?yán)走_(dá)和射頻光纖傳輸?shù)刃骂I(lǐng)域的出現(xiàn)，迫切需求靈敏度高、 響應(yīng)度高、傳輸速率快和多波段探測(cè)的光電探測(cè)器。
當(dāng)前高速銦鎵砷光電探測(cè)器有兩種結(jié)構(gòu)， 一種是在N+襯底上采用常規(guī)的 平面擴(kuò)散方法，將探測(cè)器光敏面縮小以減小寄生電容；另一種是在半絕緣襯 底上外延生成P型層，用臺(tái)面腐蝕方法形成有源區(qū)，并將壓焊點(diǎn)做在半絕緣 襯底上的臺(tái)面結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)充分利用半絕緣襯底上焊點(diǎn)電容減小的優(yōu)勢(shì)，可 適當(dāng)擴(kuò)大探測(cè)器光敏面而保持速率不變。二者相比，前者工藝簡(jiǎn)單，暗電流 小，可靠性高，但存在耦合困難等不足；后者具有較大的光敏面，耦合方便 可靠，但存在工藝相對(duì)復(fù)雜，臺(tái)面?zhèn)让嫘枰g化保護(hù)，暗電流變大和可靠性 退化等問題。
目前，短波長(zhǎng)850nm—般采用GaAs光電4果測(cè)器，長(zhǎng)波長(zhǎng)1310-1550nm — 般采用InGaAs光電探測(cè)器，而普通InGaAs光電探測(cè)器由于InP窗口層截止 波長(zhǎng)的限制，其響應(yīng)波長(zhǎng)在900nm到1650nm范圍,在850nm時(shí)響應(yīng)很低，降 低到0. 1-0. 2A/W,且不重復(fù)。由于材料、器件制作等方面的原因，還沒有同 時(shí)兼顧短波850nm和長(zhǎng)波1310nm及1550nm的雙色光電纟笨測(cè)器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是提供一種暗電流小、寄生電容小、耦合容
4易、可靠性高，適應(yīng)850nm和1310 1550nm波長(zhǎng)的準(zhǔn)平面高速雙色銦鎵砷光 電探測(cè)器及其制造方法。
為解決上述問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是 一種準(zhǔn)平面高速雙色銦 鎵砷光電探測(cè)器，包括半絕緣InP襯底，在半絕緣InP襯底上依次生長(zhǎng)的N-InP 歐姆接觸層、不摻雜InGaAs吸收層、N-InP窗口層，在N-InP窗口層上通過 光刻、Zn擴(kuò)散形成的平面型PN結(jié)，在Zn擴(kuò)散區(qū)域形成的環(huán)形的P型歐姆接 觸金屬層，在Zn擴(kuò)散區(qū)域的環(huán)形歐姆接觸金屬層中的圓形區(qū)域生長(zhǎng)有增透膜， Zn擴(kuò)散區(qū)域及其周邊部分區(qū)域與N-InP歐姆接觸層構(gòu)成臺(tái)面結(jié)構(gòu)，N-InP歐 姆接觸層與半絕緣InP襯底構(gòu)成臺(tái)面結(jié)構(gòu)，N型歐姆接觸金屬層生成在N-InP 歐姆接觸層臺(tái)面上。
進(jìn)一步的N型歐姆接觸金屬層和P型歐姆接觸金屬層分別通過互連金屬 與制備在半絕緣InP襯底之上的鈍化膜上的電極壓焊點(diǎn)連接。
所述N型歐姆接觸金屬層為環(huán)形金屬層。
一種準(zhǔn)平面高速雙色銦鎵砷光電探測(cè)器的制造方法，包括以下步驟
(1) 在半絕緣InP村底上依次生長(zhǎng)N-InP歐姆接觸層、不摻雜InGaAs 吸收層、N-InP窗口層，
(2) 在步驟(1)中形成的材料結(jié)構(gòu)上，淀積介質(zhì)薄膜，通過光刻和刻 蝕露出需要進(jìn)行Zn擴(kuò)散的區(qū)域，以介質(zhì)膜作掩蔽進(jìn)行Zn擴(kuò)散，
(3 )釆用光刻膠掩蔽步驟(2 )形成的Zn擴(kuò)散區(qū)域及其周邊部分區(qū)域， 其余區(qū)域采用濕法化學(xué)腐蝕，直到露出N-InP歐姆接觸層，
(4 )采用光刻膠掩蔽步驟(3 )形成的臺(tái)面區(qū)域及露出的靠近臺(tái)面的N-InP 歐姆接觸層區(qū)域，其余區(qū)域采用濕法化學(xué)腐蝕，直到露出半絕緣InP襯底；
(5 )在步驟4 )基礎(chǔ)上，針對(duì)850nm波長(zhǎng)對(duì)窗口區(qū)進(jìn)行表面處理，生成 增透膜，并對(duì)臺(tái)面和其他區(qū)域完成鈍化。
(6)采用光刻、金屬化和剝離工藝方法，在Zn擴(kuò)散區(qū)域生成環(huán)形P型歐姆接觸金屬，在N-InP歐姆接觸層臺(tái)面上生成環(huán)形N型歐姆接觸金屬，
(7)在步驟(6)基礎(chǔ)上，采用光刻、金屬化工藝完成器件的互連并將 電極壓焊點(diǎn)制備在半絕緣InP村底之上的鈍化膜上。 所述步驟(2 )中介質(zhì)薄膜為SiN或Si02介質(zhì)膜。
步驟(1)中N-InP歐姆接觸層厚度為0. 3 - 2微米，不摻雜InGaAs吸收 層厚度為0. 5到4微米，N-InP窗口層厚度為0. 3到2微米。 更進(jìn)一步步驟(5)包括以下步驟
(1) 首先選擇腐蝕掉1/3 - 2/3厚度的N-InP窗口層擴(kuò)散區(qū)域，
(2) 在步驟(1)基礎(chǔ)上用等離子化學(xué)氣相淀積方法依次淀積增透膜、 鈍化膜，在擴(kuò)散區(qū)域淀積SiN薄膜50-lOOnm， Si02薄膜80 - 160nm，作為雙 層增透膜，同時(shí)作為鈍化膜，其他區(qū)域淀積一定厚度的鈍化膜。
采用上述^^支術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于本發(fā)明采用準(zhǔn)平面結(jié)構(gòu)，即 采用平面擴(kuò)散工藝實(shí)現(xiàn)PN結(jié)功能，結(jié)合光刻工藝和臺(tái)面腐蝕工藝，實(shí)現(xiàn)包裹 PN結(jié)于臺(tái)面內(nèi)的準(zhǔn)平面結(jié)構(gòu)，同時(shí)將壓焊點(diǎn)制作在臺(tái)面之外的半絕緣襯底上， 兼容了平面擴(kuò)散技術(shù)具有的暗電流小、可靠性高等特征和臺(tái)面技術(shù)具有的光 敏面大、寄生電容小和傳輸速率高等優(yōu)勢(shì)，采用SiN/Si02雙層增透膜，并優(yōu) 化工藝，提高短波850nm的響應(yīng)度，同時(shí)保持了長(zhǎng)波1310~ 1550nm的高響應(yīng) 特性。


圖1是本發(fā)明探測(cè)器結(jié)構(gòu)示意圖2a-圖2g是本發(fā)明制備流程示意其中10、半絕緣InP襯底，ll、 N-InP緩沖層，12、不摻雜InGaAs吸收 層，13、 N-InP窗口層，20、 Zn擴(kuò)散區(qū)域，31、 P歐姆接觸金屬，32、 N歐姆 接觸金屬，33、互連金屬，34 、 P電極壓焊點(diǎn)，35 、 N電極壓焊點(diǎn)，40、光刻膠，41、 SiN/Si02 ， 42、增透膜。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述
本發(fā)明提供了一種兼顧平面和臺(tái)面兩種結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)的準(zhǔn)平面雙色高速銦鎵
砷光電探測(cè)器及其制造方法。
采用本發(fā)明方法制備的探測(cè)器的結(jié)構(gòu)如圖l所示，其包括半絕緣InP襯 底，在半絕緣InP襯底上依次生長(zhǎng)的N-InP歐姆接觸層、不摻雜InGaAs吸收 層、N-InP窗口層，其中N-InP窗口層、不4參雜InGaAs吸收層與N-InP歐姆 接觸層之間通過光刻、腐蝕方法構(gòu)成臺(tái)面結(jié)構(gòu)，臺(tái)面區(qū)域包括Zn擴(kuò)散區(qū)域及 其周邊部分區(qū)域，N-InP歐姆接觸層與半絕緣InP襯底之間也構(gòu)成臺(tái)面結(jié)構(gòu)， 也釆用光刻、腐蝕方法生成，在Zn擴(kuò)散區(qū)域邊緣設(shè)置有P型歐姆接觸環(huán)形金 屬層，在Zn擴(kuò)散區(qū)域的中間區(qū)域上設(shè)置有增透膜，N型歐姆接觸金屬層設(shè)置 在N-InP歐姆接觸層臺(tái)面上；N型歐姆接觸金屬層和P型歐姆接觸金屬層分 別通過互連金屬連接制備在鈍化膜上的電極壓焊點(diǎn)；所述Zn擴(kuò)散區(qū)域在臺(tái)面 形成之前生成，通過沉積掩蔽膜、光刻、Zn擴(kuò)散形成在InP窗口層上，形成 平面型PN結(jié)。
制備圖l所示的器件采用本發(fā)明提供的方法，其具體的操作步驟如下 (1)在半絕緣InP襯底10上用M0CVD (金屬有機(jī)化學(xué)氣相淀積)或者 MBE(分子束外延)系統(tǒng)依次生長(zhǎng)N-InP緩沖層11、不摻雜InGaAs吸收層12、 N-InP窗口層13,其中N-InP歐姆接觸層厚度為0. 3 - 2微米，不摻雜InGaAs 吸收層厚度為0. 5到3微米，N-InP窗口層厚度為0. 3到2微米。其結(jié)構(gòu)見圖 2a,
(2 )在步驟(1)基礎(chǔ)上，利用SiN /Si02 41作掩蔽，選擇Zn擴(kuò)散區(qū) 域20進(jìn)行Zn擴(kuò)散，Zn擴(kuò)散區(qū)域擴(kuò)散到N-InP窗口層13和不摻雜InGaAs吸 收層12的交界面，使其從N型材料轉(zhuǎn)變?yōu)镻型材料，實(shí)現(xiàn)PN結(jié)功能，其結(jié)
7構(gòu)見圖2b,
(3) 釆用光刻膠40保護(hù)Zn擴(kuò)散區(qū)域及其周邊部分區(qū)域，其余區(qū)域采用 濕法化學(xué)腐蝕方法，腐蝕掉暴露的N-InP窗口層13和不摻雜InGaAs吸收層 12,直到露出N-InP緩沖層11的表面，其結(jié)構(gòu)見圖2c,
(4) 利用光刻膠40保護(hù)步驟(2 )已形成的腐蝕臺(tái)面及N-InP緩沖層11 靠近臺(tái)面的部分區(qū)域(制備N型歐姆接觸區(qū)域的區(qū)域)，之外區(qū)域用濕法化學(xué) 腐蝕方法，腐蝕掉11層，直到露出半絕緣InP襯底lO,其結(jié)構(gòu)見圖2d，
(5) 在步驟(4)的基礎(chǔ)上，對(duì)窗口區(qū)進(jìn)行表面工藝處理，首先選擇腐 蝕掉1/3 - 2/3厚度的N-InP窗口層擴(kuò)散區(qū)域，再用等離子化學(xué)氣相淀積
(PECVD )方法依次淀積增透膜、鈍化膜，在擴(kuò)散區(qū)域淀積SiN薄膜50 - 100nm, Si02薄膜80 - 160nm,作為雙層增透膜，同時(shí)作為鈍化膜，其他區(qū)域淀積一 定厚度的鈍化膜，其是針對(duì)850nm波長(zhǎng)進(jìn)行制作的，同時(shí)兼顧1310 - 1550nm 波長(zhǎng)，對(duì)850nm波長(zhǎng)有良好的增透性，對(duì)1310 - 1550nm波長(zhǎng)的增透性也能夠 滿足要求，其結(jié)構(gòu)見圖2e，
(6) 利用光刻工藝、刻蝕工藝、金屬化工藝、剝離工藝，在Zn擴(kuò)散區(qū) 域完成光電探測(cè)器環(huán)形P型歐姆接觸金屬31,在N-InP歐姆接觸層臺(tái)面上生 成環(huán)形N型歐姆接觸金屬32,其結(jié)構(gòu)見圖2f ，
(7) 結(jié)合光刻工藝/金屬化工藝/剝離工藝/電鍍工藝，將P型歐姆接觸 金屬31和N型歐姆接觸金屬32分別通過互連金屬33連接至半絕緣鈍化膜上， 并將P電極壓焊點(diǎn)34和N電極壓坪點(diǎn)35制作在鈍化膜上，與互連金屬33連 接，其結(jié)構(gòu)見圖2g。
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權(quán)利要求
1、一種準(zhǔn)平面高速雙色銦鎵砷光電探測(cè)器，包括半絕緣InP襯底，在半絕緣InP襯底上依次生長(zhǎng)的N-InP歐姆接觸層、不摻雜InGaAs吸收層、N-InP窗口層，在N-InP窗口層上通過光刻、Zn擴(kuò)散形成的平面型PN結(jié)，在Zn擴(kuò)散區(qū)域形成環(huán)形的P型歐姆接觸金屬層，其特征在于在Zn擴(kuò)散區(qū)域的環(huán)形歐姆接觸金屬層中的圓形區(qū)域生長(zhǎng)有增透膜，Zn擴(kuò)散區(qū)域及其周邊部分區(qū)域與N-InP歐姆接觸層構(gòu)成臺(tái)面結(jié)構(gòu)，N型歐姆接觸金屬層生成在N-InP歐姆接觸層臺(tái)面上，N-InP歐姆接觸層與半絕緣InP襯底構(gòu)成臺(tái)面結(jié)構(gòu)，壓焊點(diǎn)位于半絕緣InP襯底之上的鈍化膜上。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的準(zhǔn)平面高速雙色銦鎵砷光電探測(cè)器，其特征在于N 型歐姆接觸金屬層和P型歐姆接觸金屬層分別通過互連金屬與制備在半絕緣InP 襯底之上的鈍化膜上的電極壓焊點(diǎn)連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所迷的準(zhǔn)平面高速雙色銦鎵砷光電探測(cè)器，其特征在于所 述N型歐姆接觸金屬層為環(huán)形金屬層。
4、 一種準(zhǔn)平面高速雙色銦鎵砷光電探測(cè)器的制造方法，包括以下步驟(1 )在半絕緣InP襯底上依次生長(zhǎng)N-InP歐姆接觸層、不慘雜InGaAs吸收 層、N-InP窗口層，(2)在步驟(1)中形成的材料結(jié)構(gòu)上，淀積介質(zhì)薄膜，通過光刻和刻蝕露 出需要進(jìn)行Zn擴(kuò)散的區(qū)域，以介質(zhì)膜作掩蔽進(jìn)行Zn擴(kuò)散，(3 )采用光刻膠掩蔽步驟(2 )形成的Zn擴(kuò)散區(qū)域及其周邊部分區(qū)域，其余 區(qū)域采用濕法化學(xué)腐蝕，直到露出N-InP歐姆接觸層，(4)采用光刻膠掩蔽步驟(3)形成的臺(tái)面區(qū)域及露出的靠近臺(tái)面的N-InP 歐姆接觸層區(qū)域，其余區(qū)域采用濕法化學(xué)腐蝕，直到露出半絕緣InP襯底；(5 )在步驟4 )基礎(chǔ)上，針對(duì)850nm波長(zhǎng)對(duì)窗口區(qū)進(jìn)行表面處理，生成增透 膜，并對(duì)臺(tái)面和其他區(qū)域完成鈍化。(6) 采用光刻、金屬化和剝離工藝方法，在Zn擴(kuò)散區(qū)域生成環(huán)形P型歐姆 接觸金屬，在N-InP歐姆接觸層臺(tái)面上生成環(huán)形N型歐姆接觸金屬，(7) 在步驟(6)基礎(chǔ)上，釆用光刻、金屬化工藝完成器件的互連并將電極 壓焊點(diǎn)制備在半絕緣InP襯底之上的鈍化膜上。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的準(zhǔn)平面高速雙色銦鎵砷光電探測(cè)器的制造方法，其 特征在于步驟(2)中介質(zhì)薄膜為SiN或Si02介質(zhì)膜。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的準(zhǔn)平面高速雙色銦鎵砷光電探測(cè)器的制造方法，其 特征在于步驟(1)中N-InP歐姆接觸層厚度為0. 3 - 2微米，不摻雜InGaAs吸收 層厚度為0. 5到4微米，N-InP窗口層厚度為0. 3到2微米。
7、 沖艮據(jù)權(quán)利要求4所述的準(zhǔn)平面高速雙色銦鎵砷光電探測(cè)器的制造方法，其 特征在于步驟(5)包括以下步驟(1) 首先選擇腐蝕掉1/3 - 2/3厚度的N-InP窗口層擴(kuò)散區(qū)域，(2) 在步驟(1)基礎(chǔ)上用等離子化學(xué)氣相淀積方法依次淀積增透膜、鈍化 膜，在擴(kuò)散區(qū)域淀積SiN薄膜50 - 100nm, Si02薄膜80 - 160nm,作為雙層增透 膜，同時(shí)作為鈍化膜，其他區(qū)域淀積一定厚度的鈍化膜。
全文摘要
本發(fā)明屬半導(dǎo)體光電器件領(lǐng)域，具體涉及一種準(zhǔn)平面高速雙色銦鎵砷光電探測(cè)器及其制造方法，本發(fā)明方法采用準(zhǔn)平面結(jié)構(gòu)，即采用平面擴(kuò)散工藝實(shí)現(xiàn)PN結(jié)功能，結(jié)合光刻工藝和臺(tái)面腐蝕工藝，實(shí)現(xiàn)包裹PN結(jié)于臺(tái)面內(nèi)的準(zhǔn)平面結(jié)構(gòu)，同時(shí)將壓焊點(diǎn)制作在臺(tái)面下的半絕緣襯底上。采用本方法制備的器件兼容了平面擴(kuò)散技術(shù)具有的暗電流小、可靠性高等特征和臺(tái)面技術(shù)具有的光敏面大、寄生電容小和傳輸速率高等優(yōu)勢(shì)，本發(fā)明的方法容易實(shí)現(xiàn)光敏面大、暗電流小且傳輸速率大于10Gb/s的高速銦鎵砷光電探測(cè)器，不僅提高了在短波850nm的響應(yīng)度，而且保持了長(zhǎng)波1310～1550nm的高響應(yīng)特性，實(shí)現(xiàn)了在短波850nm也有較高響應(yīng)的雙色光電探測(cè)器。
文檔編號(hào)H01L31/08GK101661970SQ20091007454
公開日2010年3月3日 申請(qǐng)日期2009年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月29日
發(fā)明者曾慶明, 李獻(xiàn)杰, 蔡道明 申請(qǐng)人:石家莊開發(fā)區(qū)麥特達(dá)微電子技術(shù)開發(fā)應(yīng)用總公司光電分公司