[發明專利]可用于單光子探測的平面型雪崩二極管探測器的制作方法

無效

• 申請號: 201110391274.4
• 申請日: 2011-11-30
• 公開（公告）號: CN102412343A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發明（設計）人: 楊懷偉;李彬;韓勤
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/107;H01L31/0352;H01L31/0224
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 湯保平

技術領域

本發明屬于半導體器件領域，具體是指一種帶有雙浮動保護環的平面型雪崩二極管探測器的制作方法。

背景技術

近年來由于生物光子學、醫學影像、量子通信以及加密系統等的快速發展，對能實現單光子探測的光電探測器需求日漸增強，只有實現對微弱信號甚至單光子源的探測，才能促進上述領域蓬勃的發展。其中，雪崩二極管探測器(APD)作為可用作單光子探測的主要類型之一，早已被廣泛應用于傳統的光纖通信等領域。與PIN探測器相比，APD具有自身內部增益的特點，不需要外部放大器對探測信號進行放大，表現出比PIN更優的性能。以此基礎，若對APD的結構進行重新優化，并使其工作在蓋格模式(Geiger?Mode)之下，就可以實現對單光子的探測。

在眾多雪崩二極管探測器中，平面型APD具有暗電流低、可靠性高等優點而被大量研究。但是，平面型APD由于結構因素，容易在邊緣提前擊穿，影響探測器的性能。而帶有保護環的平面型APD很好的解決了這個問題，為單光子探測領域找到了一個可行的方向。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種可用于單光子探測的平面型雪崩二極管探測器的制作方法，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帽層上生長厚度為的SiO₂保護層；

步驟3：在SiO₂保護層的中間光刻出圓形窗口，刻蝕深度到InP帽層的表面；

步驟4：通過濕法腐蝕，在圓形窗口中腐蝕InP帽層，形成圓坑；

步驟5：在圓形窗口周圍的SiO₂保護層上套刻出保護環的窗口；

步驟6：通過擴散工藝在保護環的窗口內，形成P型結構；

步驟7：用HF溶液去除剩余的SiO2保護層；

步驟8：在InP帽層上重新生長SiO₂層，并在圓坑的周圍套刻出電極窗口；

步驟9：通過電子束蒸發、剝離工藝，在電極窗口上形成頂部環狀電極；

步驟10：在環狀電極上的周圍及一側制備金屬電極；

步驟11：通過電子束蒸發，在N型InP襯底的背面形成背部電極；

步驟12：在圓坑內InP帽層的表面，制備SiN_x增透膜，完成雪崩二極管探測器的制作。

附圖說明

為進一步說明本發明的內容，下面結合附圖給出具體實施方式的詳細說明，其中：

圖1為本發明經步驟1至步驟3后的器件截面示意圖；

圖2為本發明經步驟4之后的器件截面示意圖。

圖3為本發明經過步驟5之后的器件截面示意圖

圖4為本發明經過步驟6之后的器件截面示意圖。

圖5為本發明經過步驟7、8之后的器件截面示意圖。

圖6為本發明經過步驟9之后器件截面示意圖。

圖7為本發明器件的結構俯視圖。

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為本發明經過步驟11之后的器件截面示意圖。

圖11為本發明經過步驟12之后的器件截面示意圖。

具體實施方式

請參閱圖1至圖11所示，本發明提供一種可用于單光子探測的平面型雪崩二極管探測器的制作方法，包括如下步驟：

步驟1：在N型InP襯底1上依次生長InP緩沖層2、InGaAs吸收層3、InGaAsP漸變層4、N型InP電荷層5和InP帽層6；

步驟2：在InP帽層6上生長厚度為的SiO₂保護層7；

步驟3：在SiO₂保護層7的中間光刻出圓形窗口8，刻蝕深度到InP帽層6的表面；

步驟4：通過濕法腐蝕，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周圍的SiO₂保護層7上套刻出保護環的窗口10，所述的窗口10包括中心結和保護環，中心結半徑比腐蝕圓坑大3-5μm，保護環為雙浮動保護環；保護環的寬度為1.5μm，保護環之間的距離為5.5μm；