[發(fā)明專利]一種具有透明電極的銦鎵砷光電探測器

在審

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• 申請日: 2014-12-24
• 公開（公告）號: CN104538466A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發(fā)明（設計）人: 胡雙元;朱忻;帕勒布.巴特查亞;常瑞華;和田修
• 申請（專利權）人: 蘇州矩陣光電有限公司
• 主分類號: H01L31/0224
• 分類號: H01L31/0224;H01L31/101
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 張建綱

技術領域

本發(fā)明涉及光電探測器領域，特別涉及一種銦鎵砷光電探測器。

背景技術

以光子作為傳播載體的光纖通訊，在過去的幾十年間得到了飛速發(fā)展。作為光纖通訊的重要組成部分，光電探測器對于光纖通訊至關重要，光電探測器的響應頻率直接決定著光纖通訊的傳輸速率。光纖通訊的特征波長是1.31um和1.55um，而這恰好與In_0.53Ga_0.47As(以下以InGaAs替代In_0.53Ga_0.47As)材料的光譜響應曲線匹配。因此，基于InGaAs的PIN光電探測器成為了光纖通訊的首選。

為了獲得更高的響應速率，InGaAs探測器要求有更小的光敏區(qū)面積，以減小器件的結電容，而光敏區(qū)面積的減小會導致器件的響應度下降，探測能力受到影響，因此，在設計InGaAs光電探測器結構時，應同時考慮這兩方面的影響。對于選定的光敏區(qū)面積，傳統(tǒng)器件一般采用蒸鍍金屬，制備環(huán)形金屬電極。環(huán)形金屬電極覆蓋區(qū)域不能透光，因此，實際的受光區(qū)面積，小于P型半導體區(qū)域的面積，這將導致光電探測器的響應度降低。

石墨烯材料從被發(fā)現開始，迅速成為材料界的研究熱點。這種二維單原子層的碳材料具有超高的導電性和導熱性，極強的機械強度和氣密性，在很寬的光譜范圍內透光率超過97％，是天然的透明電極的極佳選擇。

發(fā)明內容

本發(fā)明旨在提供一種具有透明電極的InGaAs光電探測器結構，用以解決現有InGaAs光電探測器因為使用不透光的金屬作為正電極導致的光電探測率降低的問題。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案具體如下：

a)選用一N型摻雜InP襯底，在其上通過外延生長非摻雜InP緩沖層、本征InGaAs吸收層、P型摻雜InP帽層；

b)選用一表面有二氧化硅的硅襯底，在其上蒸鍍一層金屬鎳(Ni)；

c)將b步驟中制備的襯底，放入化學氣相沉積系統(tǒng)中，通入甲烷(CH₄)和氫氣(H₂)，在氬氣(Ar)氣氛下高溫裂解，生成石墨烯；

d)通過刻蝕掉金屬鎳，將石墨烯與硅襯底分離，然后轉移至a步驟制備的外延片表面；

e)通過反應離子刻蝕(RIE)，制備環(huán)形石墨烯正電極；

f)通過濕法或干法刻蝕出光敏區(qū)臺面，然后旋涂聚酰亞胺進行鈍化；

g)蒸鍍壓焊區(qū)金屬，然后表面蒸鍍一層SiN膜，作為器件的減反射膜；

h)通過干法刻蝕掉壓焊區(qū)的SiN，減薄襯底，蒸鍍N型金屬電極電極。

本發(fā)明以臺面型器件結構為例，作為該發(fā)明方法的說明，但需注意，本發(fā)明同樣適用于平面型器件結構。

本發(fā)明與傳統(tǒng)的銦鎵砷光電探測器相比，正電極采用透明的石墨烯材料。假設環(huán)形正電極的寬度為d?um，P型臺面的半徑為R?um，則采用透明電極后，受光區(qū)面積增加了π(R²-(R-d)²)um²，相應的，光電探測率也大大提高。對于InGaAs光電探測器來說，正電極必須有一定的寬度(導電性以及工藝精度的要求)，因此，當R越小，此種結構的效果就越明顯。

附圖說明

以下，結合附圖來詳細說明本發(fā)明的實施方案。需要說明的是，附圖只是為了便于理解，并不是與實際結構等比例的。

附圖中：1為N型摻雜InP襯底；2為非摻雜InP緩沖層；3為本征InGaAs吸收層；4為P型摻雜InP帽層；5為石墨烯；6為鈍化層；7為壓焊區(qū)金屬；8為減反層；9為N型金屬電極；101為硅襯底；102為二氧化硅；103為金屬鎳。

圖1在N型摻雜InP襯底上，通過外延生長非摻雜InP緩沖層、本征InGaAs吸收層、P型摻雜InP帽層；

圖2化學氣相沉積方法制備石墨烯；

圖3石墨烯轉移至InGaAs光電探測器外延片表面；

圖4刻蝕出環(huán)形石墨烯電極圖形；

圖5刻蝕出光敏區(qū)臺面；

圖6對臺面進行鈍化；

圖7制備壓焊區(qū)金屬；

圖8制備減反層；制備N型金屬電極。

具體實施方式

實施例1：

首先，選用一N型摻雜的InP襯底，在其上通過外延生長非摻雜InP緩沖層(0.5μm)、本征InGaAs吸收層(1.5μm)、P型摻雜InP帽層(2e18,0.5μm)。