一種光電探測器及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明所述的一種光電探測器，包括層疊設(shè)置的半絕緣InP襯底、InP緩沖層、InGaAs光敏層、InP帽層和鈍化層；鈍化層中開設(shè)有暴露InP帽層部分區(qū)域的通孔，沿通孔內(nèi)側(cè)壁形成環(huán)形第二電極，第二電極的部分區(qū)域延伸至鈍化層的上部，形成搭接區(qū)；搭接區(qū)上部直接設(shè)置有電極引線；沿通孔靠近接觸區(qū)的一側(cè)的任一切線方向，形成有貫通InP緩沖層、InGaAs光敏層以及InP帽層的溝道，并沿InP襯底的平行面方向，將三者分割為兩部分；這就使得電極引線無法與其垂直下方的各半導(dǎo)體層形成電容結(jié)構(gòu)，或者即使形成的電容結(jié)構(gòu)也不能連接到光電探測器電路中，有效減少了電極引線形成的寄生電容，提高了光電探測器的響應(yīng)速度。
【專利說明】一種光電探測器及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種銦鎵砷光電探測器及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 光電探測器是將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的半導(dǎo)體器件，用于光纖通訊、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、 有線電視網(wǎng)絡(luò)和各種光電控制、光電探測的系統(tǒng)中。其中，PIN光電探測器適應(yīng)在低壓下工 作，響應(yīng)度高、信噪比好、使用方便，是國內(nèi)外光通訊中最常用的光電探測器。
[0003] 通常，PIN型光電探測器通常采用銦鎵砷材料，現(xiàn)有技術(shù)中PIN型銦鎵砷光電探測 器的機(jī)構(gòu)如圖1所示，包括半絕緣InP襯底1，在InP襯底1上層疊生長的InP緩沖層2、 InGaAs光敏層3、InP帽層4,形成n-i-p結(jié)構(gòu)；以及直接形成在InP緩沖層2上的第一電極 5,直接形成在InP帽層4的環(huán)形第二電極6,以及搭接在第二電極6上的電極引線7 ;所述 第二電極6形成的環(huán)形區(qū)域?yàn)楣饷魠^(qū)。所述光電探測器工作時(shí)，InP緩沖層2與InP帽層 4中產(chǎn)生載流子，形成的結(jié)電容嚴(yán)重影響所述光電探測器的響應(yīng)速度。為此，現(xiàn)有技術(shù)通常 先在InP帽層4上直接形成覆蓋InP帽層4的鈍化層8,再在鈍化層8中開設(shè)貫通的孔道形 成環(huán)狀的第二電極6,以減少光敏區(qū)面積，從而減少結(jié)電容對所述光電器件的影響。
[0004] 如圖1所示，為了保證第二電極6與電極引線7連接的可靠性，通常會將第二電極 6的部分區(qū)域延伸至鈍化層8的上部，以增大第二電極6與電極引線7的接觸面積。然而， 由于在垂直方向上，搭接區(qū)的電極引線7與各層半導(dǎo)體材料重疊區(qū)域較大，且在電極引線7 與各層半導(dǎo)體材料之間還夾設(shè)有鈍化層8,形成電容結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生量級較高的寄生電容，嚴(yán)重 制約了所述光電探測器的響應(yīng)速度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為此，本發(fā)明所要解決的是現(xiàn)有PIN型銦鎵砷光電探測器寄生電容較大，影響所 述光電探測器響應(yīng)速度的問題，從而提供一種寄生電容小的高速銦鎵砷光電探測器及其制 備方法。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0007] 本發(fā)明所述的一種光電探測器，包括層疊設(shè)置的半絕緣InP襯底和InP緩沖層，所 述InP緩沖層上直接形成有不相連的第一電極和InGaAs光敏層，所述InGaAs光敏層上層 疊設(shè)置有InP帽層和鈍化層，所述InP帽層面積小于或等于所述InGaAs光敏層的面積；所 述鈍化層中開設(shè)有暴露所述InP帽層部分區(qū)域的通孔，沿所述通孔內(nèi)側(cè)壁形成環(huán)形第二電 極，所述第二電極的部分區(qū)域延伸至所述鈍化層的上部，形成搭接區(qū)；所述搭接區(qū)上部直接 設(shè)置有電極引線；
[0008] 沿所述通孔靠近所述接觸區(qū)的一側(cè)的任一切線方向，形成有貫通所述InP緩沖 層、所述InGaAs光敏層以及所述InP帽層的溝道，沿所述InP襯底的平行面方向，所述溝道 將層疊設(shè)置的所述InP緩沖層、所述InGaAs光敏層以及所述InP帽層分割為兩部分。
[0009] 優(yōu)選地，所述溝道中填充有鈍化材料。
[0010] 優(yōu)選地，所述第二電極為透光電極。
[0011] 所述鈍化層覆蓋所述InGaAs光敏層與所述InP帽層的側(cè)壁。
[0012] 所述InP帽層上還直接設(shè)置有至少覆蓋所述第二電極中央?yún)^(qū)域的減反層，用于減 少所述InP帽層的反射光線。
[0013] 本發(fā)明所述的光電探測器的制備方法，包括如下步驟：
[0014] S1、在半絕緣InP襯底上依次外延生長InP緩沖層、InGaAs光敏層和InP帽層；
[0015] S2、對InGaAs光敏層和InP帽層圖案化，形成暴露InP緩沖層部分區(qū)域的臺面，再 在InP帽層上直接形成覆蓋InP帽層的鈍化層；
[0016] S3、在鈍化層上形成暴露InP帽層部分區(qū)域的通孔，在通孔的內(nèi)側(cè)壁形成環(huán)狀的 第二電極，第二電極的部分區(qū)域延伸覆蓋至鈍化層上部，形成接觸區(qū)；在臺面上直接形成遠(yuǎn) 離InGaAs光敏層和InP帽層的第一電極；
[0017] S4、沿通孔靠近接觸區(qū)的一側(cè)的任一切線方向，形成貫通InP緩沖層、InGaAs光敏 層以及InP帽層的溝道，沿InP襯底的平行面方向，溝道將層疊設(shè)置的InP緩沖層、InGaAs 光敏層以及InP帽層分割為兩部分；
[0018] S5、在接觸區(qū)上直接形成電極引線。
[0019] 優(yōu)選地，步驟S4中，還包括在所述溝道中填充鈍化材料的步驟。
[0020] 優(yōu)選地，步驟S3中，所述第二電極為透光電極。
[0021] 步驟S2中，所述鈍化層還覆蓋所述InGaAs光敏層和所述InP帽層的側(cè)壁。
[0022] 步驟S5之后還包括直接在所述InP帽層上形成至少覆蓋所述第二電極中央?yún)^(qū)域 的減反層的步驟。
[0023] 本發(fā)明的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0024] 1、本發(fā)明所述的一種光電探測器，包括層疊設(shè)置的半絕緣InP襯底、InP緩沖層、 InGaAs光敏層、InP帽層和鈍化層；所述鈍化層中開設(shè)有暴露所述InP帽層部分區(qū)域的通 孔，沿所述通孔內(nèi)側(cè)壁形成環(huán)形第二電極，所述第二電極的部分區(qū)域延伸至所述鈍化層的 上部，形成搭接區(qū)；所述搭接區(qū)上部直接設(shè)置有電極引線；沿所述通孔靠近所述接觸區(qū)的 一側(cè)的任一切線方向，形成有貫通所述InP緩沖層、所述InGaAs光敏層以及所述InP帽層 的溝道，并沿所述InP襯底的平行面方向，將三者分割為兩部分；這就使得所述電極引線無 法與其垂直下方的各半導(dǎo)體層形成電容結(jié)構(gòu)，或者即使形成的電容結(jié)構(gòu)也不能連接到所述 光電探測器電路中，有效減少了所述電極引線形成的寄生電容，提高了所述光電探測器的 響應(yīng)速度。
[0025] 2、本發(fā)明所述的一種光電探測器的制備方法，工藝簡單，制備成本低，易實(shí)現(xiàn)大規(guī) 模工業(yè)生產(chǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026] 為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例并結(jié)合 附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，其中
[0027] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)中PIN型銦鎵砷光電探測器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028] 圖2a?2e是本發(fā)明所述的光電探測器在制備過程中的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029] 圖中附圖標(biāo)記表示為：l_InP襯底、2-InP緩沖層、3-InGaAs光敏層、4-InP帽層、 5-第一電極、6-第二電極、7-電極引線、8-鈍化層。

【具體實(shí)施方式】
[0030] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí) 施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0031] 本發(fā)明可以以許多不同的形式實(shí)施，而不應(yīng)該被理解為限于在此闡述的實(shí)施例。 相反，提供這些實(shí)施例，使得本公開將是徹底和完整的，并且將把本發(fā)明的構(gòu)思充分傳達(dá)給 本領(lǐng)域技術(shù)人員，本發(fā)明將僅由權(quán)利要求來限定。在附圖中，為了清晰起見，會夸大層和區(qū) 域的尺寸和相對尺寸。應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)元件例如層、區(qū)域或基板被稱作"形成在"或"設(shè)置 在"另一元件"上"時(shí)，該元件可以直接設(shè)置在所述另一元件上，或者也可以存在中間元件。 相反，當(dāng)元件被稱作"直接形成在"或"直接設(shè)置在"另一元件上時(shí)，不存在中間元件。
[0032] 實(shí)施例
[0033] 本實(shí)施例提供一種光電探測器，如圖2e所示，包括層疊設(shè)置的半絕緣InP襯底1 和InP緩沖層2、所述InP緩沖層2上直接形成有不相連的第一電極5和InGaAs光敏層3， 所述InGaAs光敏層3上層疊設(shè)置有InP帽層4,所述InP帽層4面積小于或等于所述InGaAs 光敏層3的面積。所述InP帽層4遠(yuǎn)離所述InP襯底1的一側(cè)還直接形成有覆蓋所述InP 帽層4的鈍化層8,所述鈍化層8還延伸覆蓋至所述InP帽層4以及所述InGaAs光敏層3 的側(cè)壁，以保護(hù)所述InP帽層4和所述InGaAs光敏層3。
[0034] 本實(shí)施例中，所述InP襯底1優(yōu)選為半絕緣InP襯底，厚度為350 y m。
[0035] 所述InP緩沖層2為N型半導(dǎo)體層，本實(shí)施例優(yōu)選為摻雜有硫元素的InP層，摻雜 濃度為2 X 1018/cm3,厚度為1 y m。
[0036] 所述InGaAs光敏層3為本征半導(dǎo)體層，本實(shí)施例優(yōu)選為Ina53Ga a47As，厚度為 L 5 u m〇
[0037] 所述InP帽層4為P型半導(dǎo)體層，本實(shí)施例優(yōu)選為摻雜有鋅元素的InP層，摻雜濃 度為5 X 1018/cm3,厚度為1 y m。
[0038] 所述鈍化層8選自但不限于一層或多層無機(jī)鈍化材料層和/或有機(jī)鈍化材料層， 本實(shí)施例中所述鈍化層8優(yōu)選為聚酰亞胺層，厚度為1 y m。
[0039] 所述鈍化層8中開設(shè)有暴露所述InP帽層4部分區(qū)域的通孔，沿所述通孔內(nèi)側(cè)壁 形成環(huán)形第二電極6,所述第二電極6的部分區(qū)域延伸至所述鈍化層8的上部，形成搭接區(qū)； 所述搭接區(qū)上部直接設(shè)置有電極引線7。
[0040] 所述第二電極6選自但不限于透光的銀電極、石墨烯電極、ITO(氧化銦錫）電極、 ZnO(氧化鋅）電極等；沿所述通孔內(nèi)側(cè)壁的法線方向，所述第二電極6的厚度為lnm? 200nm;本實(shí)施例中，所述第二電極6優(yōu)選為金屬銀電極，沿所述通孔內(nèi)側(cè)壁法線方向的厚 度為10nm。
[0041] 本實(shí)施例中，所述第二電極6優(yōu)選為透光電極，從而使得被所述第二電極6覆蓋的 區(qū)域也能成為光敏區(qū)，在所述光電探測器設(shè)計(jì)時(shí)光敏區(qū)的面積更容易計(jì)算，器件的制備工 藝精度更高，進(jìn)而改善了所述光電探測器的性能。
[0042] 沿所述通孔靠近所述接觸區(qū)的一側(cè)的任一切線方向，形成有貫通所述InP緩沖層 2、所述InGaAs光敏層3以及所述InP帽層4的溝道，沿所述InP襯底1的平行面方向，所 述溝道將層疊設(shè)置的所述InP緩沖層2、所述InGaAs光敏層3以及所述InP帽層4分割為 兩部分。本實(shí)施例中，所述溝道在所述InP襯底1上的正投影為長方形，寬度為20 ym。作 為本發(fā)明的可變換實(shí)施例，所述溝通在所述InP襯底1上的正投影可以為任意條形，均可以 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0043] 所述溝道的設(shè)置使得所述電極引線7無法與其垂直下方的各半導(dǎo)體層形成電 容結(jié)構(gòu)，或者本實(shí)施例中，即使形成電容結(jié)構(gòu)，由于各半導(dǎo)體層（所述InP緩沖層2、所述 InGaAs光敏層3以及所述InP帽層4)被所述溝道分割形成斷路，該電容也不能連接到所述 光電探測器電路中，有效減少了所述電極引線7形成的寄生電容，提高了所述光電探測器 的響應(yīng)速度。
[0044] 作為本發(fā)明的可變換實(shí)施例，所述InP帽層4上還直接設(shè)置有至少覆蓋所述第二 電極6中央?yún)^(qū)域的減反層，用于減少所述InP帽層4的反射光線，提高光線入射量，從而提 高了所述光電探測器的響應(yīng)速度。
[0045] 所述光電探測器的制備方法，包括如下步驟：
[0046] S1、如圖2a所示，通過外延生長技術(shù)在所述半絕緣InP襯底1上依次外延生長所 述InP緩沖層2、所述InGaAs光敏層3和所述InP帽層4。
[0047] S2、如圖2b所示，通過刻蝕工藝對所述InGaAs光敏層3和所述InP帽層4進(jìn)行圖 案化，形成暴露所述InP緩沖層2部分區(qū)域的臺面；再通過旋轉(zhuǎn)涂布工藝在所述InP帽層4 上直接形成覆蓋所述InP帽層4表面及其側(cè)壁以及所述InGaAs光敏層3側(cè)壁的鈍化層8。
[0048] S3、如圖2c所示，通過濕法刻蝕工藝，在所述鈍化層8上形成暴露所述InP帽層 4部分區(qū)域的通孔；通過蒸鍍工藝在通孔的內(nèi)側(cè)壁形成環(huán)狀的所述第二電極6,所述第二電 極6的部分區(qū)域延伸覆蓋至所述鈍化層8上部，形成接觸區(qū)；制備所述第二電極6的同時(shí)， 利用同一蒸鍍工藝在臺面上直接形成遠(yuǎn)離所述InGaAs光敏層3和所述InP帽層4的所述 第一電極5。
[0049] S4、如圖2d所示，通過濕法刻蝕工藝，沿通孔靠近接觸區(qū)的一側(cè)的任一切線方向， 形成貫通所述InP緩沖層2、所述InGaAs光敏層3以及所述InP帽層4的溝道，沿所述InP 襯底1的平行面方向，所述溝道將層疊設(shè)置的所述InP緩沖層2、所述InGaAs光敏層3以及 所述InP帽層4分割為兩部分；本實(shí)施例中，還包括在所述溝道中填充鈍化材料的步驟，以 增強(qiáng)所述電極引線7在接觸區(qū)的強(qiáng)度。所述鈍化材料可以優(yōu)選為與所述鈍化層8相同的材 料，以減少原料成本。
[0050] S5、如圖2e所示，通過磁控濺射工藝在接觸區(qū)上直接形成電極引線7。
[0051] 作為本發(fā)明的可變換實(shí)施例，步驟S5之后還包括直接在所述InP帽層4上形成至 少覆蓋所述第二電極6中央?yún)^(qū)域的減反層的步驟，均可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，屬于本發(fā)明 的保護(hù)范圍。
[0052] 作為本發(fā)明的可變換實(shí)施例，上述步驟中所述光電探測器中的各元件的制備工藝 不限于此，現(xiàn)有技術(shù)中的能達(dá)到相同效果的其他處理工藝，以及根據(jù)不同材料選擇對應(yīng)的 處理工藝均能達(dá)到本發(fā)明的目的，屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0053] 對比例
[0054] 本對比例提供一種光電探測器，其結(jié)構(gòu)與制備方法同實(shí)施例，不同的是：各半導(dǎo)體 層（所述InP緩沖層2、所述InGaAs光敏層3以及所述InP帽層4)中未設(shè)置形成斷路的貫 通溝通。具體實(shí)施方法中，省略步驟S4,步驟S3后直接進(jìn)行步驟S5。
[0055] 測試?yán)?br> [0056] 通過Agilent 4284A對實(shí)施例和對比例中所述光電探測器的電容值進(jìn)行測試；通 過Agilent 8703B對實(shí)施例和對比例中所述光電探測器芯片的頻率響應(yīng)進(jìn)行測試；測試數(shù) 據(jù)如下表所示：
[0057]
[0058]
[0059] 從上表數(shù)據(jù)可以看出，本發(fā)明實(shí)施例所述的光電探測器與對比例相比，大幅降低 了器件電容值，有效提高了器件響應(yīng)速度。
[0060] 顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實(shí)施方式的限定。對 于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或 變動(dòng)。這里無需也無法對所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或 變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。

【權(quán)利要求】
1. 一種光電探測器，包括層疊設(shè)置的半絕緣InP襯底（1)和InP緩沖層（2)，所述InP 緩沖層⑵上直接形成有不相連的第一電極（5)和InGaAs光敏層（3)，所述InGaAs光敏 層（3)上層疊設(shè)置有InP帽層（4)和鈍化層（8)，所述InP帽層（4)面積小于或等于所述 InGaAs光敏層（3)的面積；所述鈍化層（8)中開設(shè)有暴露所述InP帽層（4)部分區(qū)域的通 孔，沿所述通孔內(nèi)側(cè)壁形成環(huán)形第二電極（6)，所述第二電極（6)的部分區(qū)域延伸至所述鈍 化層（8)的上部，形成搭接區(qū)；所述搭接區(qū)上部直接設(shè)置有電極引線（7); 其特征在于， 沿所述通孔靠近所述接觸區(qū)的一側(cè)的任一切線方向，形成有貫通所述InP緩沖層（2)、 所述InGaAs光敏層（3)以及所述InP帽層（4)的溝道，沿所述InP襯底（1)的平行面方 向，所述溝道將層疊設(shè)置的所述InP緩沖層（2)、所述InGaAs光敏層（3)以及所述InP帽層 (4)分割為兩部分。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電探測器，其特征在于，所述溝道中填充有鈍化材料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電探測器，其特征在于，所述第二電極（6)為透光電極。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電探測器，其特征在于，所述鈍化層（8)覆蓋所述InGaAs 光敏層⑶與所述InP帽層⑷的側(cè)壁。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電探測器，其特征在于，所述InP帽層（4)上還直接設(shè)置有 至少覆蓋所述第二電極（6)中央?yún)^(qū)域的減反層，用于減少所述InP帽層（4)的反射光線。
6. -種權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的光電探測器的制備方法，其特征在于，包括如下步 驟： 51、 在半絕緣InP襯底（1)上依次外延生長InP緩沖層（2)、InGaAs光敏層（3)和InP 帽層（4); 52、 對InGaAs光敏層（3)和InP帽層⑷圖案化，形成暴露InP緩沖層⑵部分區(qū)域 的臺面，再在InP帽層（4)上直接形成覆蓋InP帽層（4)的鈍化層（8); 53、 在鈍化層（8)上形成暴露InP帽層（4)部分區(qū)域的通孔，在通孔的內(nèi)側(cè)壁形成環(huán)狀 的第二電極（6)，第二電極（6)的部分區(qū)域延伸覆蓋至鈍化層（8)上部，形成接觸區(qū)；在臺 面上直接形成遠(yuǎn)離InGaAs光敏層（3)和InP帽層（4)的第一電極（5); 54、 沿通孔靠近接觸區(qū)的一側(cè)的任一切線方向，形成貫通InP緩沖層（2)、InGaAs光敏 層（3)以及InP帽層⑷的溝道，沿InP襯底⑴的平行面方向，溝道將層疊設(shè)置的InP緩 沖層（2)、InGaAs光敏層（3)以及InP帽層（4)分割為兩部分； 55、 在接觸區(qū)上直接形成電極引線（7)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的光電探測器的制備方法，其特征在于，步驟S4中，還包括在所 述溝道中填充鈍化材料的步驟。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的光電探測器的制備方法，其特征在于，步驟S3中，所述第二電 極（6)為透光電極。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的光電探測器的制備方法，其特征在于，步驟S2中，所述鈍化層 (8)還覆蓋所述InGaAs光敏層（3)和所述InP帽層⑷的側(cè)壁。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的光電探測器的制備方法，其特征在于，步驟S5之后還包括直 接在所述InP帽層（4)上形成至少覆蓋所述第二電極（6)中央?yún)^(qū)域的減反層的步驟。
【文檔編號】H01L31/0224GK104505420SQ201410817737
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月24日
【發(fā)明者】胡雙元, 朱忻, 帕勒布.巴特查亞, 和田修 申請人:蘇州矩陣光電有限公司