[發明專利]一種高速光電探測器結構及其制造方法

有效

• 申請號: 202011590102.5
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112687751B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 陳陽華;張永;單智發;方天足
• 申請（專利權）人: 全磊光電股份有限公司
• 主分類號: H01L31/0216
• 分類號: H01L31/0216;H01L31/101;H01L31/18;C23C14/08;C23C14/14;C23C14/24;C23C16/30;C23C16/455;C23C28/04
• 代理公司: 蘇州翔遠專利代理事務所(普通合伙) 32251
• 代理人: 劉計成

本發明公開了一種高速光電探測器結構，其外延片包括InP襯底，及在InP襯底上由下至上依次生長的下歐姆接觸層、下窗口層、吸收層、上窗口層、上歐姆接觸層，所述外延片設置為臺面結構，所述臺面結構的一個側面為光入射面，所述入射面上設有減反射膜，遠離所述減反射膜的另一個側面為光反射面，所述光反射面上設有高反射膜。本發明光探測器的光入射方向和漂移電場方向相垂直，吸收層0.1~3um，載流子的漂移快，帶寬高；本發明在提高內量子效率的同時，進一步縮小器件尺寸，提高器件帶寬，平衡整個吸收層的光電流均勻分布，避免因吸收層光吸收不均，局域光電流飽和造成信號非線性失真問題。

技術領域

本發明涉及光電探測器技術領域，特別涉及一種高速光電探測器及其制造方法。

背景技術

光探測器被廣泛應用于光通信系統、成像系統和軍事領域中，是高速光通信系統中關鍵的光接收器件。光探測器正朝著高性能和高集成度的方向發展。在光纖通信系統中使用的光探測器，通?？煞譃闉楣怆姸O管(PD)和雪崩光電二極管(APD)兩種類型。傳統的光探測器的頻率響應帶寬與量子效率相互制約。一般情況下通過增加器件的吸收層可以增大器件的量子效率，但載流子的渡越時間變長，響應速率會降低。在光探測器中，光子的吸收發生在吸收區中，對于1310nm或1550nm的通信波長，一般采用三元化合物InGaAs作為吸收層的材料。為了達到較高的光吸收效率，吸收層的厚度需要達到1～3微米，但是厚的吸收層會導致較長的載流子渡越時間，因而會影響光探測器的帶寬。量子效率是在某一特定波長下單位時間內產生的平均光電子數與入射光子數之比，是描述光電器件光電轉換能力的一個重要參數。

為了解決光探測在相應帶寬和量子效率之間的限制，人們提出了垂直諧振腔增強性(RCE)探測器。它的基本結構是將吸收層插入到DBR結構的諧振腔中，由于諧振腔的增強效應，此類器件在較薄吸收層的情況下既可以獲得較高的量子效率，同時也減少了光生載流子在吸收層的渡越時間，因而能夠同時獲得高的相應速度和高的量子效率。但諧振腔增強型(RCE)光探測器由于吸收層厚度薄，具有高速響應的特點，但由于外延生長的DBR存在兩種材料之間折射率差較小的問題，要達到較高的反射率，DBR的對數較多，采用外延生長DBR厚度很厚，增加了工藝難度和成本，也導致器件寄生電阻較大，影響器件的帶寬。

發明內容

為克服上述現有技術中的不足，本發明的目的在于設計一種能解決光探測在相應帶寬和量子效率之間的限制的高速光電探測器。

一種高速光電探測器，包括外延片，所述外延片包括InP襯底，及在InP襯底上由下至上依次生長的下歐姆接觸層、下窗口層、吸收層、上窗口層、上歐姆接觸層，所述外延片設置為臺面結構，所述臺面結構的一個側面為光入射面，所述入射面上設有減反射膜，遠離所述減反射膜的另一個側面為光反射面，所述光反射面上設有高反射膜。

優選的，所述減反射膜反射率為0.03％-0.1％。

優選的，所述減反射膜由Si、SiO2、SiNx、SiNOx、Al2O3中的一種膜或幾種膜組合構成。

優選的，所述高反射膜反射率為97％-99％。

優選的，所述高反射膜由Si，SiO2，SiNx，SiNOx，Al2O3中的一種膜或幾種膜組合構成。

優選的，所述InP襯底的電阻率為0.8-2x10⁸ohm.cm。

優選的，所述臺面探測器的吸收層長度為100～1000um。

本專利還公開了一種上述高速光電探測器的制造方法，其包括如下步驟：

1)把InP襯底放入到MOCVD設備中，在InP襯底上由下至上依次外延生長下歐姆接觸層、下窗口層、吸收層、上窗口層、上歐姆接觸層；

2)取出外延片，利用半導體芯片制程工藝，制作成臺面結構；