[發明專利]一種雪崩光電二極管及其制備方法

有效

• 申請號: 201610976991.6
• 申請日: 2016-11-07
• 公開（公告）號: CN106299016B
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發明（設計）人: 劉煒;石東平;楊守良;夏繼宏;梁康有
• 申請（專利權）人: 重慶文理學院
• 主分類號: H01L31/107
• 分類號: H01L31/107;H01L31/18
• 代理公司: 北京鼎承知識產權代理有限公司11551
• 代理人: 張波濤,管瑩

技術領域

本發明涉及一種半導體光電器件技術領域，特別是一種雪崩光電二極管及其制備方法。

背景技術

在InGaAs/InP雪崩光電二極管(APD)內部高電場區的作用下，載流子可以與晶格原子發生碰撞，產生二次載流子雪崩倍增效應，實現對初始光電流信號的放大，從而提高了整個光接收機的靈敏度。APD作為光通信領域內重要的高靈敏度光信號接收元件，已經被廣泛應用于GPON/EPON接入網絡和中長距離的干線數據傳輸中。當前，InGaAs/InP APD芯片主要采用分離吸收區和倍增區的SAGCM結構，該結構可以在實現雪崩區高電場的同時獲得低電場區的光吸收區，具有高雪崩增益和低暗電流的雙重優點。常規的熱擴散或離子注入方法可以較方便地形成APD的雪崩區，但是摻雜區邊緣不可避免地會出現雜質分布的“彎曲”結構，使得APD雪崩區邊緣的電場大于中心區域的電場，導致邊緣區域將先于雪崩中心區域被擊穿(即產生所謂的邊緣效應)，導致雪崩區倍增增益的減少和器件可靠性的惡化。

傳統抑止邊緣擊穿的方法有多種：包括在器件的側向形成保護環，這種技術是利用在芯片生長過程中通過擴散形成P區的同時，利用離子注入或者二次擴散的方法在P區的側向注入一定濃度的雜質，形成一個保護環結構(GR)，或者形成兩個相鄰的一深一淺的保護環結構(PLEG)。保護環的作用在于它降低了P區的曲率效應，從而有效的抑止APD器件中P區邊緣電場過高導致的擊穿。但是這種辦法對于分別吸收倍增(SAM)結構的APD器件來講，由于引入了保護環，在環下面的空間電荷急劇下降，容易導致環底下的吸收層電場過高發生隧穿效應。另一種辦法是在器件中形成浮動保護環，這種辦法通過光刻技術一次性在倍增層上面形成三個有一定間隔窗口，然后通過一次性擴散形成重摻雜的P區和兩個保護環。有了這兩個保護環，隨著外加電壓的升高，P區下的耗盡區域往側向擴展直至碰到內側的保護環，由于保護環與中心的P區都是重摻雜，它們之間電勢相等，耗盡區域就直接″跳″到外側的保護環，擴大了的耗盡區域增加了P區邊緣等電勢線的間隔從而降低了P區邊緣的電場。當電壓繼續升高時，耗盡區域又從內側保護環″跳″到外側的保護環，進一步降低邊緣的電場，從而有效的抑止P區邊緣發生擊穿。再一種技術是利用在P區下方生長部分電荷薄層以增強PN區的電場，使PN區的電場大于邊緣的電場先發生碰撞電離。該技術是先利用金屬有機氣相沉積(MOCVD)或分子束外延(MBE)的方法在襯底上生長吸收層和電荷層，然后利用反應離子刻蝕(RBE)在P區的正下方刻蝕出一個電荷薄層，再繼續使用MOCVD或者MBE的辦法生長倍增層。該技術涉及到多種工藝過程，包括二次生長，反應離子刻蝕等，實現比較復雜。現階段還存在其他邊緣擊穿抑制的方法，如雙Zn擴散臺階結技術、預刻蝕技術和刻蝕電荷層二次外延技術等。雖然上述方法都能夠在一定程度上實現對邊緣效應的抑制，但代價卻是制備工藝更復雜和生成成本更昂貴，以及對工藝精度要求更高，從而阻礙了APD芯片性能和成品率的進一步提高。

專利文獻CN105655436公開的一種雪崩光電二極管的制造方法具有以下工序：在襯底上形成p型電場緩和層的工序，其中，在該p型電場緩和層中作為p型摻雜物而添加碳，作為組成而包含鋁；在所述p型電場緩和層上形成帽蓋層的工序；以及在所述帽蓋層上形成光吸收層的工序，不導入V族原料而在不活潑氣體氣氛中進行從所述帽蓋層的生長溫度至所述光吸收層的生長溫度為止的升溫工序。該專利能夠改善電場緩和層中所添加的碳的活化率，但該專利無法實現對邊緣擊穿效應的抑制，同時不影響APD芯片的其他性能參數。

專利文獻CN104465853 A公開的一種雪崩光電二極管在襯底上至少外延生長的緩沖層，N型歐姆接觸層，光吸收層，雪崩倍增層和P型歐姆接觸層。該專利采用不同厚度的InAs層、GaSb層的超晶格制成光吸收層，可以吸收從短波到長波的紅外，同時AlGaAsSb可以減少暗電流，但該專利無法實現對邊緣擊穿效應的抑制，同時不影響APD芯片的其他性能參數。