[發(fā)明專利]一種提高背照式光電二極管響應(yīng)度的結(jié)構(gòu)及制作方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811282182.0
• 申請(qǐng)日: 2018-10-31
• 公開（公告）號(hào): CN109461778A
• 公開（公告）日: 2019-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃曉峰;王立;崔大健;高新江;莫才平;遲殿鑫;樊鵬;陳偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十四研究所
• 主分類號(hào): H01L31/0216
• 分類號(hào): H01L31/0216;H01L31/0304;H01L31/105
• 代理公司: 重慶輝騰律師事務(wù)所 50215
• 代理人: 王海軍

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光電二極管領(lǐng)域，特別涉及一種提高背照式光電二極管響應(yīng)度的結(jié)構(gòu)及制作方法，所述結(jié)構(gòu)包括襯底，在襯底上生長(zhǎng)有吸收層、漸變層、窗口層和歐姆接觸層；所述結(jié)構(gòu)采用臺(tái)面型芯片結(jié)構(gòu)，臺(tái)面表面覆蓋有鈍化層，有源區(qū)窗口覆蓋有P電極，從臺(tái)面下N型接觸層引出N電極，與P電極形成共平面電極；本發(fā)明有效減小歐姆接觸面積，將增加二極管串聯(lián)電阻，降低其頻率特性，在高速光電二極管設(shè)計(jì)中上述影響將更加明顯。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光電二極管領(lǐng)域，特別涉及一種提高背照式光電二極管響應(yīng)度的結(jié)構(gòu)及制作方法。

背景技術(shù)

在光纖通信系統(tǒng)中，光電二極管被用來將攜帶信息的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為攜帶信息的電信號(hào)，以便于后續(xù)電路處理信息。由入射光方式的不同，可以分為正面照射型，背面照射型和側(cè)面照射型。

隨著高速光纖通信系統(tǒng)對(duì)光電二極管速率要求的不斷提高(≥25Gbps)，二極管光接收孔徑越來越小(直徑≤20μm)，光纖耦合難度越來越大。正面照射型，和側(cè)面照射型光電二極管由于增加光纖耦合工藝難度和可靠度，不利于大規(guī)模生產(chǎn)。

背照式光電二極管采用背面入射光，正面電極可對(duì)入射光形成反射，反射光在吸收區(qū)二次吸收，從而提高響應(yīng)度；集成微透鏡增加光接收孔徑；P、N電極共面設(shè)計(jì)，減少串聯(lián)電阻與寄生電容，被廣泛應(yīng)用于高速光接收機(jī)中。

現(xiàn)有背照式光電二極管提高響應(yīng)度的方法主要有兩種：有源區(qū)頂部淀積金屬反射層(見附圖1)、有源區(qū)頂部淀積介質(zhì)反射層(見附圖2)。例如，如同下述文獻(xiàn)中所公開的：

2012年1月4日授權(quán)公告的胡申業(yè)等人的中國(guó)專利CN101350378B；2013 年11月20日授權(quán)公告的胡申業(yè)的中國(guó)專利CN101552303B。

但在實(shí)際應(yīng)用中，上述方法存在以下問題：

有源區(qū)頂部淀積金屬反射層，實(shí)際應(yīng)用中由于歐姆接觸的原因，金屬反射層多采用Cr/Au、Ti/Au、Ti/Pt/Au等。

在光纖通信用1.55μm波長(zhǎng)處，反射率≤30％。實(shí)際工藝中，由于合金后表面粗糙化，反射率將低于上述理想情況，響應(yīng)度提高效果不明顯。

有源區(qū)頂部淀積介質(zhì)反射層，實(shí)際應(yīng)用中介質(zhì)反射層222可采用S_iN_x、S_iO₂、S_iO_xN_y、T_iO₂、Z_rO₂等一層或多層介質(zhì)或由其組成的DBR結(jié)構(gòu)。

但采用此方法需占用有源區(qū)歐姆接觸面積淀積介質(zhì)DBR反射層，減小歐姆接觸面積，將增加二極管串聯(lián)電阻，降低其頻率特性。尤其在高速光電二極管設(shè)計(jì)中，有源區(qū)直徑越來越小，上述影響將更加明顯。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有背照式光電二極管實(shí)際應(yīng)用中的不足，為進(jìn)一步提高二極管響應(yīng)度，將cap層設(shè)計(jì)為由合金半導(dǎo)體材料組成的DBR結(jié)構(gòu)，可廣泛應(yīng)用于背照式正-本征-負(fù)(Positive-Intrinsic-Negative，PIN)、雪崩光電二極管(Avalanche Photo Diode，APD)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，本發(fā)明提出一種提高背照式光電二極管響應(yīng)度的結(jié)構(gòu)及制作方法，所述結(jié)構(gòu)包括襯底，在襯底上生長(zhǎng)有吸收層、漸變層、窗口層和歐姆接觸層；所述結(jié)構(gòu)采用臺(tái)面型芯片結(jié)構(gòu)，臺(tái)面表面覆蓋有鈍化層，有源區(qū)窗口覆蓋有P電極，從臺(tái)面下N型接觸層引出N電極，與P電極形成共平面電極。

優(yōu)選的，所述窗口層由兩種不同折射率化合物半導(dǎo)體材料交替生長(zhǎng)組成，每層材料厚度為目標(biāo)波長(zhǎng)λ與該材料折射率n的4倍比值，即每層的厚度為λ/4n，生長(zhǎng)層數(shù)為5～15對(duì)；襯底背面經(jīng)拋光后為進(jìn)光面，可集成微透鏡，表面淀積有抗反增透膜。