[發明專利]一種用于提高背照式光電二極管響應度的結構及制作方法

在審

• 申請號: 202011503171.8
• 申請日: 2020-12-18
• 公開（公告）號: CN112768550A
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 王立;黃曉峰;崔大健;高新江;莫才平;張承;唐艷;陳偉
• 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: H01L31/105
• 分類號: H01L31/105;H01L31/0216;H01L31/0304;H01L31/18
• 代理公司: 重慶輝騰律師事務所 50215
• 代理人: 王海軍

本發明涉及半導體光電二極管領域，特別涉及一種用于提高背照式光電二極管響應度的結構及制作方法，包括：襯底，在襯底上生長有吸收層、漸變層、窗口層和歐姆接觸層；該結構采用臺面型芯片結構；臺面型結構的有源區域設置有鈍化膜以及由P型金屬形成的光柵反射層；從臺面下N型接觸層引出N電極，與P電極形成共平面電極；本發明通過在P型金屬層上設置光柵反射層，使得該層對于光源的反射效率達到80％以上，在加入光柵反射層后不影響原芯片歐姆接觸區的導電效果，提高了高速大功率光電二極管的響應度。

技術領域

本發明涉及半導體光電二極管領域，特別涉及一種用于提高背照式光電二極管響應度的結構及制作方法。

背景技術

在光纖通信系統中，光電二極管被用來將攜帶信息的光信號轉換為攜帶信息的電信號。由入射光方式的不同，可以將光電二極管分為正面照射型、背面照射型和側面照射型。

隨著高速光纖通信系統對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，不利于大規模生產。而背照式光電二極管采用背面入射光，正面電極可對入射光形成反射，反射光在吸收區二次吸收，從而提高響應度；集成微透鏡增加光接收孔徑；P、N電極共面設計，減少串聯電阻與寄生電容，被廣泛應用于高速光接收機中。

現有背照式光電二極管提高響應度的方法主要有兩種：第一種是在有源區頂部淀積金屬反射層、如同下述文獻中所公開的：2012年1月4日授權公告的胡申業等人的中國專利CN101350378B；2013年11月20日授權公告的胡申業的中國專利CN101552303B。第二種是在有源區頂部淀積介質反射層(見附圖1)。例如專利申請號為CN201811282182的《一種提高背照式光電二極管響應度的結構及制作方法》中提出的背照式光電二極管。

但是這兩種類型背照式光電二極管在實際應用中都存在以下問題，胡申業等人的中國專利CN101350378B中由于金屬等離激元效應的存在，大部分光子會在金屬表面形成橫向傳播的電磁波，導致反射效率降低，提升響應度能力有限，實際提升效果僅為30％左右。《一種提高背照式光電二極管響應度的結構及制作方法》提出的方法中實際上是在P區生長了DBR反射層，雖然反射效率高，但該DBR反射層厚度過大，不利于探測器工藝制作；該方法的DBR反射層需占用有源區歐姆接觸面積，減小歐姆接觸面積，將增加二極管串聯電阻，降低其頻率、飽和特性。尤其在高速大功率光電二極管設計中，需要盡量低的接觸電阻，上述影響將更加明顯，因此該方法不適用于20GHZ、15dB功率以上的高速大功率芯片的制作。

發明內容

為解決以上現有技術的不足，本發明提出了一種用于提高背照式光電二極管響應度的結構，包括襯底，在襯底上生長有吸收層、漸變層、窗口層和歐姆接觸層；該結構采用臺面型芯片結構；臺面型結構的有源區域設置有鈍化層以及由P型金屬層，P型金屬層上設置有光柵反射層；從臺面下N型接觸層引出N電極，與P電極形成共平面電極。

優選的，光柵反射層由各種結構的一維光柵和二維光柵構成。

進一步的，光柵層的各個光柵依次設置在光柵中，相鄰兩個光柵之間設置有間隔。

進一步的，每個光柵周期為1-5微米，占空比為50％-90％，光柵高度0.05-1微米，使得光柵層的反射效率達80％以上。

優選的，所述光柵反射層采用的鈍化膜為氮化硅、二氧化硅等介質膜，金屬層為CrAu、TiPtAu、TiAu和TiAl。

優選的，襯底背面為拋光的進光面，該進光面為微透鏡，表面淀積有抗反射增透膜。

一種用于提高背照式光電二極管響應度的結構的制作方法，所述方法包括：

S1、通過等離子體增強化學氣相淀積PECVD在外延材料上淀積厚度為氮化硅SiNx介質膜，通過光刻工藝定義出有源區區域；