[發明專利]一種負反饋型單光子雪崩光電二極管及其制作方法

在審

• 申請號: 202010796541.5
• 申請日: 2020-08-10
• 公開（公告）號: CN111916526A
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 陳偉;高新江;趙江林;劉昆;敖天宏;蔣利群;羅洪靜;張承;陳揚;黃曉峰
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十四研究所
• 主分類號: H01L31/107
• 分類號: H01L31/107;H01L31/18
• 代理公司: 重慶輝騰律師事務所 50215
• 代理人: 王海軍

1.一種負反饋型單光子雪崩光電二極管，包括：襯底、緩沖層、吸收層、漸變層、電荷層和帽層，其特征在于，襯底下方設置有入射光窗和N電極，且N電極對稱分布在入射光窗周圍；襯底上方依次設置緩沖層、吸收層、漸變層、電荷層和帽層；帽層上部中間位置設置有階梯結構的P型摻雜區，P型摻雜區上表面生長有P電極；帽層上表面設置有一層介質膜，且所述介質膜覆蓋所述P電極；介質膜的中部設置有半封閉回旋環狀結構的負反饋電阻，介質膜上設置有焊盤，負反饋電阻一端與P電極相連，另一端與焊盤相連。

2.根據權利要求1所述的一種負反饋型單光子雪崩光電二極管，其特征在于，負反饋電阻采用半封閉回旋環狀結構，負反饋電阻外側端與焊盤相連。

3.根據權利要求2所述的一種負反饋型單光子雪崩光電二極管，其特征在于，所述負反饋電阻采用高電阻率材料，包括CrSi、NiCr或a-Si中的任意一種或多種的組合。

4.根據權利要求3所述的一種負反饋型單光子雪崩光電二極管，其特征在于，半封閉回旋環狀結構負反饋電阻分布在P電極周圍，且負反饋電阻內側端與P電極連接。

5.根據權利要求1所述的一種負反饋型單光子雪崩光電二極管，其特征在于，所述漸變層選用銦鎵砷磷In_(1-x)Ga_xAs_yP_(1-y)漸變層，漸變層厚度為0.1～0.5um。

6.根據權利要求1所述的一種負反饋型單光子雪崩光電二極管，其特征在于，所述襯底采用高摻雜的InP材料，摻雜濃度不小于2×10¹⁸cm^-3；所述緩沖層采用摻雜的InP材料，摻雜濃度小于或等于2×10¹⁸cm^-3，緩沖層的厚度為0.2～1um；所述吸收層采用非摻雜的InGaAs材料，吸收層的厚度為0.4～3um；所述電荷層采用摻雜的InP材料，摻雜濃度為1×10¹⁶～5×10¹⁷cm^-3，電荷層的厚度為0.08～0.4um；所述帽層采用非摻雜的InP材料，厚度為2～4um。

7.根據權利要求1所述的一種負反饋型單光子雪崩光電二極管，其特征在于，所述焊盤采用鈦鉑金TiPtAu或鉻金CrAu材料中的任意一種或多種的組合。

8.根據權利要求1所述的一種負反饋型單光子雪崩光電二極管，其特征在于，所述P電極采用鈦鉑金TiPtAu或鉻金CrAu材料中的任意一種或多種的組合。

9.一種負反饋型單光子雪崩光電二極管制作方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、利用外延設備生長倍增外延結構SACM，包括：在InP襯底上依次生長InP緩沖層、InGaAs吸收層、InGaAsP漸變層、InP電荷層和InP帽層；

S2、在倍增外延結構的InP帽層上表面沉積擴散介質膜；

S3、采用光刻工藝在介質膜上制作設計的圖形并腐蝕圖形內的介質膜，裸露InP帽層，形成擴散窗口；

S4、采用擴散工藝，在擴散窗口內將P型雜質源擴散至帽層的InP材料中，形成P型摻雜區；

S5、重復S2-S4步驟，通過光刻工藝逐次減小擴散窗口，通過擴散工藝逐次增加擴散深度，形成階梯型的P型摻雜區；

S6、采用剝離工藝在P型摻雜區的介質膜上制作負反饋電阻的剝離光刻膠膜，采用高分辨率的圖形反轉正/負改變型光刻膠，在P型摻雜區的介質膜上制作剝離光刻膠膜，其主要步驟包括：基片烘焙，涂膠，前烘，曝光，反轉烘烤，泛曝光，顯影，后烘；光刻膠膜層的厚度為0.5-1.0μm；

S7、采用磁控濺射蒸發工藝蒸發高電阻率的金屬電阻薄膜，形成負反饋電阻，通過控制磁控濺射的速率、時間控制負反饋電阻的電阻值為1KΩ/□，其中，“□”表示方塊電阻的單位區域；

S8、重復剝離工藝和蒸發工藝，制作與負反饋電阻兩端相連的焊盤和P電極，負反饋電阻的一端通過P電極與P型摻雜區相連，另一端與焊盤相連；

S9、采用介質膜工藝在負反饋電阻、焊盤以及P電極上繼續沉積介質膜；

S10、采用光刻工藝刻蝕P電極及焊盤上的介質膜；

S11、根據背面進光需求減薄拋光外延片襯底，并采用介質膜工藝在襯底上沉積一層增透膜，采用光刻工藝刻蝕襯底上與摻雜區同軸心以外區域的增透膜形成入射光窗；

S12、采用蒸發工藝制作與襯底相連的金屬N電極。