[發明專利]一種基于非N型InP襯底的雪崩光電二極管及其制備方法

無效

• 申請號: 201310045389.7
• 申請日: 2013-02-05
• 公開（公告）號: CN103107231A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發明（設計）人: 岳愛文;胡艷;李晶;王任凡
• 申請（專利權）人: 武漢電信器件有限公司
• 主分類號: H01L31/107
• 分類號: H01L31/107;H01L31/0352;H01L31/18
• 代理公司: 北京匯澤知識產權代理有限公司 11228
• 代理人: 張若華

技術領域

本發明涉及一種雪崩光電二極管，具體為一種應用于光通信的容易量產的InGaAs/InP雪崩光電二極管（APD）。

背景技術

目前已經應用光通信的雪崩光電二極管均采用雪崩區和吸收區分離的結構，即順次在n-InP襯底上生長n-InP緩沖層、低摻雜的InGaAs光吸收層、組分漸變的InGaAsP層、n-InP場控制層、低摻雜n-InP窗口層。在上述結構中，采用Zn或Cd熱擴散入低摻雜的n-InP窗口層中，從而形成p型摻雜InP區域，與該p型摻雜InP區域對應的低摻雜的InGaAs光吸收層形成了雪崩光電二極管的光探測區域。由于在上述p型摻雜InP區域存在擴散的弧形邊緣部分，該部分會導致電場集中而形成局部的高電場，當雪崩光電二極管施加反向偏壓時，雪崩光電二極管會出現邊緣擊穿現象。因此，在雪崩光電二極管的結構設計中引入多種設計方法來防止發生邊緣擊穿。

專利文獻1：第4761383號美國專利中公布了一種雪崩光電二極管，其結構如圖1所示，通過低溫Zn擴散在弧形邊緣部分形成一個低濃度的保護環，該保護環對應的擊穿電壓高于雪崩倍增區擊穿電壓，從而實現抑制邊緣擊穿。專利文獻2：第4974061號美國專利中公布了一種雪崩光電二極管，其結構如圖2所示，通過Be離子注入來形成緩變結保護環，進而實現抑制邊緣擊穿。但是，如何精確控制上述專利文獻1和專利文獻2中形成保護環的濃度分布成為亟待解決的技術問題。

專利文獻3：第6015721號美國專利中公布了一種雪崩光電二極管，該雪崩光電二極管通過首先在窗口層InP層表面腐蝕出具有一定深度的凹槽，如圖3所示，然后在該凹槽區域內進行Zn擴散，形成凹槽的目的是為了增大擴散邊緣的曲率半徑從而降低邊緣的電場，進而達到抑制邊緣擊穿的目的。專利文獻4：第6492239?B2號?美國專利中也公開了采用與專利文獻3中相類似的方法形成的一種雪崩光電二極管。雖然專利文獻3和專利文獻4可以僅需要進行一次擴散就可以完成雪崩光電二極管的制備，但是腐蝕凹槽邊緣的形狀直接決定擴散邊緣部分的曲率半徑，而實際生產中難以腐蝕出具有大弧形邊緣的凹槽。

專利文獻5：專利第6515315B1號美國專利中公布了一種雪崩光電二極管。如圖4所示，該雪崩光電二極管的制備方法中，采用對Zn的兩步擴散方法，在擴散區形成一個臺階。一方面，中心雪崩倍增區的倍增層厚度較邊緣倍增區厚度小，使擊穿首先發生在中心雪崩倍增區；另一方面，擴散臺階的存在增加了中心擴散區邊緣的曲率半徑，從而進一步降低了中心擴散區邊緣的電場，使中心擴散區邊緣擊穿得到抑制。該方法中需要精確控制臺階的大小，并且兩次擴散過程會彼此相互影響，制備工藝的容忍度小，容易形成邊緣擊穿。

專利文獻5中對各種抑制雪崩光電二極管邊緣擊穿的方法做了分析，其中包括采用腐蝕掉部分電場控制層，然后通過二次掩埋生長InP的窗口層，在InP的窗口層進行Zn擴散確定中心倍增區，如圖5所示，由于部分場控制層被腐蝕，保護環部分的積分電荷低于中心區域的積分電荷，因此，保護環部分的電場強度低于中心區域的電場強度，進而實現抑制邊緣擊穿。然而該方法需要進行二次掩埋生長，在生長界面引入生長缺陷，極容易引起雪崩光電二極管產生高暗電流。

對于以上各種抑制雪崩光電二極管邊緣擊穿的方法中都要通過擴散來精確確定倍增層的厚度，尤其對于10Gb/s雪崩二極管的應用，其倍增層的厚度需要控制在0.2~0.3um，實現該厚度的控制十分困難。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有雪崩光電二極管技術中存在的難以控制邊緣擊穿和難以精確控制雪崩倍增層厚度的不足，提供一種容易量產型的基于非N型InP襯底的雪崩光電二極管及其制備方法。

本發明提供一種基于非N型InP襯底的雪崩光電二極管，包括InP襯底，所述InP襯底表面依次生長有緩沖層、擴散阻擋層、雪崩倍增層、電場控制層、漸變層、光吸收層、窗口層和接觸層，所述的InP襯底為p型襯底或半絕緣襯底，所述的擴散阻擋層能降低緩沖層中摻雜原子向雪崩倍增層中的擴散，所述窗口層為半絕緣InP窗口層，所述的窗口層的中心具有通過擴散形成的導電區，所述的接觸層位于導電區上方，所述窗口層在導電區的外部具有環形溝道，所述環形溝道的深度滿足至少到達襯底或緩沖層的上方，所述的窗口層上方形成有介質絕緣層。

進一步地，所述InP襯底的另一側表面具有增透膜，所述的介質絕緣層對應環形溝道的外圍表面具有第二接觸金屬層，所述環形溝道內壁及底部均具有介質絕緣層，所述的環形溝道的外側內壁以及溝道的底部在介質絕緣層的上方還均具有第二接觸金屬層。