專(zhuān)利名稱(chēng)：可用于單光子探測(cè)的平面型雪崩二極管探測(cè)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，具體是指一種帶有雙浮動(dòng)保護(hù)環(huán)的平面型雪崩二極管探測(cè)器的制作方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)由于生物光子學(xué)、醫(yī)學(xué)影像、量子通信以及加密系統(tǒng)等的快速發(fā)展，對(duì)能實(shí)現(xiàn)單光子探測(cè)的光電探測(cè)器需求日漸增強(qiáng)，只有實(shí)現(xiàn)對(duì)微弱信號(hào)甚至單光子源的探測(cè)，才能促進(jìn)上述領(lǐng)域蓬勃的發(fā)展。其中，雪崩二極管探測(cè)器(APD)作為可用作單光子探測(cè)的主要類(lèi)型之一，早已被廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)的光纖通信等領(lǐng)域。與PIN探測(cè)器相比，APD具有自身內(nèi)部增益的特點(diǎn)，不需要外部放大器對(duì)探測(cè)信號(hào)進(jìn)行放大，表現(xiàn)出比PIN更優(yōu)的性能。以此基礎(chǔ)，若對(duì)APD的結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新優(yōu)化，并使其工作在蓋格模式(Geiger Mode)之下，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)單光子的探測(cè)。在眾多雪崩二極管探測(cè)器中，平面型APD具有暗電流低、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)而被大量研究。但是，平面型APD由于結(jié)構(gòu)因素，容易在邊緣提前擊穿，影響探測(cè)器的性能。而帶有保護(hù)環(huán)的平面型APD很好的解決了這個(gè)問(wèn)題，為單光子探測(cè)領(lǐng)域找到了一個(gè)可行的方向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種可用于單光子探測(cè)的平面型雪崩二極管探測(cè)器的制作方法，包括如下步驟步驟1 在N型InP襯底上依次生長(zhǎng)InP緩沖層、InGaAs吸收層、InGaAsP漸變層、 N型hP電荷層和InP帽層；步驟2 在InP帽層上生長(zhǎng)厚度為4000 A的SW2保護(hù)層；步驟3 在SiO2保護(hù)層的中間光刻出圓形窗口，刻蝕深度到hP帽層的表面；步驟4 通過(guò)濕法腐蝕，在圓形窗口中腐蝕InP帽層，形成圓坑；步驟5 在圓形窗口周?chē)腟iO2保護(hù)層上套刻出保護(hù)環(huán)的窗口 ；步驟6 通過(guò)擴(kuò)散工藝在保護(hù)環(huán)的窗口內(nèi)，形成P型結(jié)構(gòu)；步驟7 用HF溶液去除剩余的Si02保護(hù)層；步驟8:在InP帽層上重新生長(zhǎng)5102層，并在圓坑的周?chē)卓坛鲭姌O窗口 ；步驟9 通過(guò)電子束蒸發(fā)、剝離工藝，在電極窗口上形成頂部環(huán)狀電極；步驟10 在環(huán)狀電極上的周?chē)耙粋?cè)制備金屬電極；步驟11 通過(guò)電子束蒸發(fā)，在N型InP襯底的背面形成背部電極；步驟12 在圓坑內(nèi)InP帽層的表面，制備SiNjf透膜，完成雪崩二極管探測(cè)器的制作。


為進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的內(nèi)容，下面結(jié)合附圖給出具體實(shí)施方式
的詳細(xì)說(shuō)明，其中圖1為本發(fā)明經(jīng)步驟1至步驟3后的器件截面示意圖；圖2為本發(fā)明經(jīng)步驟4之后的器件截面示意圖。圖3為本發(fā)明經(jīng)過(guò)步驟5之后的器件截面示意4為本發(fā)明經(jīng)過(guò)步驟6之后的器件截面示意圖。圖5為本發(fā)明經(jīng)過(guò)步驟7、8之后的器件截面示意圖。圖6為本發(fā)明經(jīng)過(guò)步驟9之后器件截面示意圖。圖7為本發(fā)明器件的結(jié)構(gòu)俯視圖。圖8為沿圖7中的A-A線的剖面圖。圖9為沿圖7中的B-B線的剖面圖。圖10為本發(fā)明經(jīng)過(guò)步驟11之后的器件截面示意圖。圖11為本發(fā)明經(jīng)過(guò)步驟12之后的器件截面示意圖。
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參閱圖1至圖11所示，本發(fā)明提供一種可用于單光子探測(cè)的平面型雪崩二極管探測(cè)器的制作方法，包括如下步驟步驟1 在N型InP襯底1上依次生長(zhǎng)InP緩沖層2、InGaAs吸收層3、InGaAsP漸變層4、N型hP電荷層5和InP帽層6 ；步驟2 在InP帽層6上生長(zhǎng)厚度為4000 A的SW2保護(hù)層7 ；步驟3 在SiO2保護(hù)層7的中間光刻出圓形窗口 8，刻蝕深度到hP帽層6的表面；步驟4 通過(guò)濕法腐蝕，在圓形窗口 8中腐蝕InP帽層6，形成圓坑9，所述的濕法腐蝕液的組成為Br2 HBr H2O = 1 25 80 ；步驟5 在圓形窗口 8周?chē)腟W2保護(hù)層7上套刻出保護(hù)環(huán)的窗口 10，所述的窗口 10包括中心結(jié)和保護(hù)環(huán)，中心結(jié)半徑比腐蝕圓坑大3-5 μ m，保護(hù)環(huán)為雙浮動(dòng)保護(hù)環(huán)；保護(hù)環(huán)的寬度為1. 5 μ m，保護(hù)環(huán)之間的距離為5. 5 μ m ；
步驟6 通過(guò)擴(kuò)散工藝在保護(hù)環(huán)的窗口 10內(nèi)，形成P型結(jié)構(gòu)11，所述的擴(kuò)散工藝為閉管式擴(kuò)散，擴(kuò)散溫度為560°C，擴(kuò)散物質(zhì)為Sl2P3 ；步驟7 用HF溶液去除剩余的SW2保護(hù)層7 ；步驟8 在hP 帽層6上重新生長(zhǎng)SiO2層12，并在圓坑9的周?chē)卓坛鲭姌O窗口 13，所述的SiO2層12的厚度為4000 A，所述的電極窗口 13比圓坑9半徑大2-3 μ m ；步驟9 通過(guò)電子束蒸發(fā)、剝離工藝，在電極窗口 13上形成頂部環(huán)狀電極14，所述的環(huán)狀電極14為Au、Zn和Au，環(huán)狀電極14的內(nèi)半徑小于圓坑9的半徑，外半徑與電極窗口 13相等；步驟10 在環(huán)狀電極14上的周?chē)耙粋?cè)制備金屬電極21，所述的金屬電極21為 Ti和Au，該金屬電極21的一側(cè)為環(huán)形電極，另一側(cè)為塊狀電極，該環(huán)形電極與塊狀電極之間為一條狀電極；步驟11 通過(guò)電子束蒸發(fā)，在N型InP襯底1的背面形成背部電極22，所述的背部電極22為Au、Ge和Ni ；步驟12 在圓坑9內(nèi)InP帽層6的表面，制備SiNx增透膜23，完成雪崩二極管探
4測(cè)器的制作。其中，步驟4中，濕法腐蝕在常溫下進(jìn)行，將晶片靜止放在腐蝕液中；步驟5中，制備保護(hù)環(huán)，并設(shè)定保護(hù)環(huán)的寬度及其之間的距離，可以有效的改變?cè)撈骷砻娴碾妶?chǎng)分布，從而達(dá)到抑制邊緣提前擊穿的效果。步驟6中，擴(kuò)散為在密閉石英管中放入晶片及足量的擴(kuò)散物質(zhì)，待擴(kuò)散爐升至需要的溫度時(shí)，再將石英管推進(jìn)擴(kuò)散爐。步驟9剝離工藝是用普通光刻膠進(jìn)行，并在丙酮中浸泡使其脫落。本發(fā)明采用濕法腐蝕的方法腐蝕圓坑9，一方面圓坑9的存在使得P型結(jié)構(gòu)11的中心結(jié)形成臺(tái)階形狀，增大了 P型結(jié)構(gòu)11的曲率半徑，抑制了器件中心結(jié)邊緣的提前擊穿； 另一方面，濕法腐蝕的方法使圓坑9的側(cè)壁光滑，交界面棱角不明顯，進(jìn)一步減小了在邊緣擊穿的可能。同時(shí)，擴(kuò)散形成的雙浮動(dòng)保護(hù)環(huán)進(jìn)一步增大了 P型結(jié)構(gòu)11的曲率半徑，并改變了中心結(jié)邊緣處的電場(chǎng)分布，更好地抑制了器件的邊緣擊穿，使其正常的工作。而閉管擴(kuò)散的方法，保證了對(duì)材料的低損傷，減少缺陷，降低體暗電流，提高器件性能。頂部電極中環(huán)狀電極14和金屬電極21的雙層設(shè)計(jì)，增強(qiáng)了在圓坑9周?chē)鷋P帽層6和SiA層12臺(tái)階處電極的粘附，保證了器件在不同條件下工作的穩(wěn)定性。經(jīng)過(guò)以上的設(shè)計(jì)，可以使本發(fā)明中的平面型雪崩二極管探測(cè)器結(jié)構(gòu)很好的應(yīng)用于單光子探測(cè)的各個(gè)領(lǐng)域。以上所述，僅是本發(fā)明的實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案范圍之內(nèi)，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)以權(quán)利要求書(shū)為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種可用于單光子探測(cè)的平面型雪崩二極管探測(cè)器的制作方法，包括如下步驟 步驟1 在N型InP襯底上依次生長(zhǎng)InP緩沖層、InGaAs吸收層、InGaAsP漸變層、N型InP電荷層和InP帽層；步驟2 在InP帽層上生長(zhǎng)厚度為4000 A的SW2保護(hù)層；步驟3 在SiO2保護(hù)層的中間光刻出圓形窗口，刻蝕深度到M5帽層的表面；步驟4 通過(guò)濕法腐蝕，在圓形窗口中腐蝕InP帽層，形成圓坑；步驟5:在圓形窗口周?chē)腟iO2保護(hù)層上套刻出保護(hù)環(huán)的窗口 ；步驟6 通過(guò)擴(kuò)散工藝在保護(hù)環(huán)的窗口內(nèi)，形成P型結(jié)構(gòu)；步驟7 用HF溶液去除剩余的Si02保護(hù)層；步驟8 在InP帽層上重新生長(zhǎng)S^2層，并在圓坑的周?chē)卓坛鲭姌O窗口 ；步驟9 通過(guò)電子束蒸發(fā)、剝離工藝，在電極窗口上形成頂部環(huán)狀電極；步驟10 在環(huán)狀電極上的周?chē)耙粋?cè)制備金屬電極；步驟11 通過(guò)電子束蒸發(fā)，在N型InP襯底的背面形成背部電極；步驟12 在圓坑內(nèi)InP帽層的表面，制備SiNx增透膜，完成雪崩二極管探測(cè)器的制作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可用于單光子探測(cè)的平面型雪崩二極管探測(cè)器的制作方法， 其中步驟3的濕法腐蝕液的組成為Br2 HBr H2O = 1 25 80。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可用于單光子探測(cè)的平面型雪崩二極管探測(cè)器的制作方法， 其中步驟5的窗口包括中心結(jié)和保護(hù)環(huán)，中心結(jié)半徑比腐蝕圓坑大3-5 μ m，保護(hù)環(huán)為雙浮動(dòng)保護(hù)環(huán)；保護(hù)環(huán)的寬度為1. 5 μ m，保護(hù)環(huán)之間的距離為5. 5 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可用于單光子探測(cè)的平面型雪崩二極管探測(cè)器的制作方法， 其中步驟6的擴(kuò)散工藝為閉管式擴(kuò)散，擴(kuò)散溫度為560°C，擴(kuò)散物質(zhì)為&!2P3。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可用于單光子探測(cè)的平面型雪崩二極管探測(cè)器的制作方法， 其中SiO2層的厚度為4000 A。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可用于單光子探測(cè)的平面型雪崩二極管探測(cè)器的制作方法， 其中步驟8的電極窗口比圓坑半徑大2-3 μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可用于單光子探測(cè)的平面型雪崩二極管探測(cè)器的制作方法， 其中步驟9的環(huán)狀電極為Au、Zn和Au，環(huán)狀電極的內(nèi)半徑小于圓坑的半徑，外半徑與電極窗口相等。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可用于單光子探測(cè)的平面型雪崩二極管探測(cè)器的制作方法， 其中步驟10中的金屬電極為T(mén)i和Au。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的可用于單光子探測(cè)的平面型雪崩二極管探測(cè)器的制作方法， 其中金屬電極的一側(cè)為環(huán)形電極，另一側(cè)為塊狀電極，該環(huán)形電極與塊狀電極之間為一條狀電極。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的可用于單光子探測(cè)的平面型雪崩二極管探測(cè)器的制作方法，其中背部電極為Au、Ge和Ni。
全文摘要
一種可用于單光子探測(cè)的平面型雪崩二極管探測(cè)器的制作方法，包括在N型InP襯底上依次生長(zhǎng)InP緩沖層、InGaAs吸收層、InGaAsP漸變層、N型InP電荷層和InP帽層；在InP帽層上生長(zhǎng)SiO2保護(hù)層；在SiO2保護(hù)層的中間光刻出圓形窗口；通過(guò)濕法腐蝕，在圓形窗口中腐蝕InP帽層，形成圓坑；在圓形窗口周?chē)腟iO2保護(hù)層上套刻出保護(hù)環(huán)的窗口；通過(guò)擴(kuò)散工藝在保護(hù)環(huán)的窗口內(nèi)；用HF溶液去除剩余的SiO2保護(hù)層；在InP帽層上重新生長(zhǎng)SiO2層，并在圓坑的周?chē)卓坛鲭姌O窗口；通過(guò)電子束蒸發(fā)、剝離工藝，在電極窗口上形成頂部環(huán)狀電極；在環(huán)狀電極上的周?chē)耙粋?cè)制備金屬電極；通過(guò)電子束蒸發(fā)，在N型InP襯底的背面形成背部電極；在圓坑內(nèi)InP帽層的表面，制備SiNx增透膜，完成雪崩二極管探測(cè)器的制作。
文檔編號(hào)H01L31/107GK102412343SQ20111039127
公開(kāi)日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2011年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月30日
發(fā)明者李彬, 楊懷偉, 韓勤 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所