专利名称：一种斜面光接收的光电探测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及光互联通信的光电探测器件技术领域，尤其涉及一种斜面 光接收的光电探测器，该光电探测器的有源区位于器件的斜面上，能够与 各种类型的电路板上的光波导实现直接光路耦合，不需要光路传输方向的 转变，形成简便高效的光探测接收端，用于芯片间、印刷电路板间或机柜 间等短距离高速数据传输连接。
背景技术：
随着数字信息化进程的飞速发展，高性能计算机、服务器等对大容量、 高速数据交换的需求不断增加。与长距离通信不同，这些高速数据传输一
般是300米以内，并行多通道，存在于机柜与机柜之间、印刷板与印刷板
之间、同一印刷板上芯片与芯片之间，其特点是短距离，从几厘米到几 百米；高密度，具有几十到几百条高速并行通道。
传统基于铜线的电互联由于低密度、高损耗、长时延等许多缺点成为 大容量高速数据通信的"瓶颈"。由于光互联具有大容量、高速率、低功耗、 低成本、抗干扰性强等诸多优点，正在用于或将被用于如高性能计算机系 统、服务器、高端路由器等高端电子产品中，作为机柜间、印刷电路板之 间、板上芯片间的信息连接通道。
光互联传输方案主要有机柜之间和印刷电路板之间采用多路光模 块；印刷电路板上芯片间光互联采用以下两种方案
1)如图1所示，图1为现有技术中嵌入光波导的印刷电路板(PCB) 的示意图。印刷电路板上芯片间光互联通过平板印刷技术将光纤、或玻璃 光波导，或聚合物光波导101嵌入集成在PCB板102中。面发射激光器 104和平面光接收光电探测器103倒装焊接在PCB板102上，激光器104 发出的光信号经过PCB板102内置反射镜反射后改变光路，在PCB板102 内沿埋入光波导101传播；光路经反射再次改变传输方向后入射到光电探测器103内。此种光互联中光传输方向需要转变，引入损耗；激光器104 和探测器103在倒装焊接时需要与光路对准，增加工艺难度，同时引入额 外光损耗。
2)如图2所示，图2为现有技术中聚合物光波导PCB板的示意图。 在PCB板201表面上使用覆盖式聚合物光波导202，聚合物光波导201覆 盖集成在PCB板202上，平面光接收光电探测器103倒扣置于PCB板202 上方，或埋入PCB板202内部，聚合物光波导201通过反射镜203改变 光传输方向，如图2(a)所示，或通过聚合物光波导201的斜切面实现光传 输方向的改变，如图2(b)所示。此种光互联中图2(a)也需要光路转变和光 路对准，图2(b)可以简化光路对准，但也需要光路转变，增加工艺难度， 引入额外损耗。
无论采用上述何种方案，由于光电探测器通常为平面光接收的受光方 式(如图3所示，图3为现有技术中平面光接收光电探测器的示意图)， 光接收有源区302位于芯片的表面，光线303垂直有源区302入射，光信 号303传输的方向必须与器件有源区表面302相垂直，因而光互联中必须 通过斜棱镜或反射镜或波导的斜截面或其他方式进行光路传输方向的转 变，同时需要有精密的光路对准装置，使得工艺和对准的难度增加，成本 上升，并增加光损耗，降低耦合效率。
发明内容
(一) 要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种斜面光接收的光电探测 器，为光互联的光探测接收端提供简便高效的光探测接收器件，使光接收 端不需要进行光路传输方向的转变，简化光路的耦合对准。
(二) 技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种斜面光接收的光电探测器，该光 电探测器光接收的有源区位于半导体衬底被腐蚀后形成的V型槽的一个 斜面上，有源区从斜面表面向外依次包括缓冲层、n型欧姆接触层、本征 层和p型欧姆接触层，有源区的p型欧姆接触层的上表面为单电极或双电极。
上述方案中，所述半导体衬底为n型衬底，或为半绝缘衬底，具体为 GaAs半导体衬底或InP半导体衬底。
上述方案中，所述腐蚀采用半导体的各向异性湿法腐蚀实现，采用的 腐蚀溶液体系包括H2S04-H202-H20体系、H3P04-H202-H20体系、 HC1-H202-H20体系和NH4OH-H202-H20体系中的任意一种或多种的组合。
上述方案中，所述V型槽斜面的倾角为45至54度，V型槽的深度为 30至50微米。
上述方案中，所述有源区是在具有V型槽的衬底上外延生长实现的， 生长方式为分子束外延MBE或金属有机气相沉积MOCVD，有源区的探 测材料结构为p-i-n结构。
上述方案中，该光电探测器在有源区的本征层和p型欧姆接触层之间 进一步包括一个抗反射层；或者
在有源区的p型欧姆接触层之上进一步包括一个抗反射介质层；或者
在有源区的本征层和p型欧姆接触层之间进一步包括一个抗反射层， 并且在有源区的p型欧姆接触层之上进一步包括一个抗反射介质层。
上述方案中，所述在有源区的p型欧姆接触层之上的抗反射介质层， 是在介质钝化工艺时采用等离子增强化学气相淀积PECVD生长的。
上述方案中，所述半导体衬底为n型衬底，有源区的p型欧姆接触层 的上表面为单电极，该单电极为p电极，所述p电极位于有源区的p型欧 姆接触层的上表面，在半导体衬底的背面有一个n电极。
上述方案中，所述半导体衬底为半绝缘衬底，有源区的上表面为双电 极，该双电极分别为p电极和n电极，所述p电极和n电极分别位于有源 区上表面的p型欧姆接触层和n型欧姆接触层。
(三)有益效果 从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果 1、本发明提供的这种斜面光接收的光电探测器，其有源区位于器件 的斜面上，能够与各种类型的电路板上的光波导实现直接光路耦合，不需 要光路传输方向的转变，形成简便高效的光探测接收端，简化了光路的耦合对准。
2、 本发明提供的这种斜面光接收的光电探测器，由于不需要光路传 输方向的转变，因而也就不需要精密的光路对准装置，使得工艺和对准的 难度大大降低，成本下降，并减少了光损耗，提高了耦合效率。
3、 本发明提供的这种斜面光接收的光电探测器，由于能够降低成本， 提供高效率的光电转换耦合，能够实现多种低成本的光互联应用。
图1为现有技术中嵌入光波导PCB板的示意图2为现有技术中聚合物光波导PCB板的示意图3为现有技术中平面光接收光电探测器的示意图4为本发明提供的斜面光接收的光电探测器的示意图5为本发明半导体衬底片各向异性湿法腐蚀的截面示意图6为本发明斜面光接收的光电探测器外延材料的结构示意图7为本发明斜面光接收的光电探测器的电极接触示意图。
具体实施例方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实 施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图4所示，图4为本发明提供的斜面光接收的光电探测器的示意图， 该光电探测器光接收的有源区位于半导体衬底被腐蚀后形成的V型槽的 一个斜面上，有源区从斜面表面向外依次包括缓冲层、n型欧姆接触层、 本征层和p型欧姆接触层，有源区的上表面可以为单电极或双电极，视衬 底的导电类型而定。探测器的光接收有源区401位于器件的斜面上，可以 直接接收平面光波导中传输的与器件表面相平行的光信号402，不需要改 变光的传输方向。
本发明提供的斜面光接收的光电探测器，其光接收探测有源区位于一 个斜面上，具体在制作本发明提供的斜面光接收的光电探测器时，首先是 通过深槽的腐蚀得到平滑的斜面，然后在斜面上外延生长探测器结构的材 料，最后进行光电探测器的流片工艺。本发明提供的斜面光接收的光电探测器，其衬底可以是GaAs或InP 等半导体衬底，衬底的选择主要由探测器的波长范围，探测器的有源区材 料决定，外延材料在其上晶格匹配生长；从衬底导电类型选择上，衬底可 以为半绝缘衬底，或n型衬底。
本发明提供的斜面光接收的光电探测器，其深槽通过半导体的各向异 性湿法腐蚀实现，可以选择的腐蚀溶液体系包括H2SCVH202-H20体系， H3P04-H2OrH20体系，HC1-H202-H20体系和NH4OH-H2OrH20体系中的 任意一种或多种的组合。溶液配比以实现各向异性湿法腐蚀，形成倾角约 为45度至54度的平整的V型槽斜面为目的，V型槽的深度约30至50微 米，其不同晶向的腐蚀截面图形如图5所示，图5为本发明半导体衬底片 各向异性湿法腐蚀的截面示意图。
对(100)晶向的衬底片501，沿(0h)方向腐蚀槽的截面是一个V型槽 502，在沿(on)方向腐蚀槽的截面是一个燕尾槽型503。利用各向异性的湿 法腐蚀特性，腐蚀V型502深槽，形成平整的斜面，斜面倾角a约为45 度到54度，深度由光波导的芯层厚度决定，约30至50微米。
本发明提供的斜面光接收的光电探测器，其有源区是在具有V型槽的 衬底上外延生长实现的，生长方式可以为分子束外延(MBE)或金属有机 气相沉积(MOCVD)，有源区的探测材料结构可以为p-i-n结构，包括 缓冲层、n型欧姆接触层、本征层、p型欧姆接触层。如图6(a)所示，图 6(a)是在半导体深槽衬底501上采用MBE或MOCVD外延生长p-i-n探测 器结构层，依次为缓冲层601、 n型欧姆接触层602、本征层603、 p型欧 姆接触层604。
为提高光吸收效率，本发明还可以在有源区的本征层和p型欧姆接触 层之间进一步外延生长一个抗反射层，如图6(b)所示；也可以在介质钝化 时在有源区的p型欧姆接触层之上进一步生长一个抗反射介质层，如图6(c) 所示；或者是这两种抗反射方式的组合应用，即在有源区的本征层和p型 欧姆接触层之间进一步包括一个抗反射层，并且在有源区的p型欧姆接触 层之上进一步包括一个抗反射介质层。
本光电探测器的制备采用微电子芯片制造工艺，制备关键过程有深 槽衬底上的光刻、深槽平整斜面的腐蚀、欧姆接触电极金属化等，针对不同类型的衬底，其上表面可以为单电极或双电极形式，分别如图7(a)和图 7(b)所示。
根据衬底导电类型可以分为n型或半绝缘型，电极分别为表面单电极 或表面双电极形式，以图6(b)所示的外延层为例，其欧姆接触电极示意图 分别为图7(a)和图7(b);表面单电极探测器图7(a)采用n型衬底701，上 表面只需p电极702， n电极为背面电极703;表面双电极探测器图7(b) 采用半绝缘型衬底704， p电极705和n电极706均位于器件的上表面。
即当所述半导体衬底为n型衬底时，有源区的上表面为单电极，该单 电极为p电极，所述p电极位于有源区上表面的p型欧姆接触层，在半导 体衬底的背面有一个n电极。
当所述半导体衬底为半绝缘衬底时，有源区的上表面为双电极，该双 电极分别为p电极和n电极，所述p电极和n电极分别位于有源区上表面 的p型欧姆接触层和n型欧姆接触层。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行 了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而 已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修 改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的^:护范围之内。
权利要求
1、一种斜面光接收的光电探测器，其特征在于，该光电探测器光接收的有源区位于半导体衬底被腐蚀后形成的V型槽的一个斜面上，有源区从斜面表面向外依次包括缓冲层、n型欧姆接触层、本征层和p型欧姆接触层，有源区的p型欧姆接触层的上表面为单电极或双电极。
2、 根据权利要求1所述的斜面光接收的光电探测器，其特征在于， 所述半导体衬底为n型衬底，或为半绝缘衬底，具体为GaAs半导体衬底 或InP半导体衬底。
3、 根据权利要求1所述的斜面光接收的光电探测器，其特征在于， 所述腐蚀采用半导体的各向异性湿法腐蚀实现，采用的腐蚀溶液体系包括 H2S04-H202-H20体系、H3P04-H202-H20体系、HCl-H2OrH20体系和 NH4OH-H202-H20体系中的任意一种或多种的组合。
4、 根据权利要求1所述的斜面光接收的光电探测器，其特征在于， 所述V型槽斜面的倾角为45至54度，V型槽的深度为30至50微米。
5、 根据权利要求1所述的斜面光接收的光电探测器，其特征在于， 所述有源区是在具有V型槽的衬底上外延生长实现的，生长方式为分子束 外延MBE或金属有机气相沉积MOCVD，有源区的探测材料结构为p-i-n 结构。
6、 根据权利要求1所述的斜面光接收的光电探测器，其特征在于， 该光电探测器在有源区的本征层和p型欧姆接触层之间进一步包括一个抗 反射层；或者在有源区的p型欧姆接触层之上迸一步包括一个抗反射介质层；或者 在有源区的本征层和p型欧姆接触层之间进一步包括一个抗反射层， 并且在有源区的p型欧姆接触层之上进一步包括一个抗反射介质层。
7、 根据权利要求6所述的斜面光接收的光电探测器，其特征在于， 所述在有源区的p型欧姆接触层之上的抗反射介质层，是在介质钝化工艺 时采用等离子增强化学气相淀积PECVD生长的。
8、 根据权利要求1或2所述的斜面光接收的光电探测器，其特征在 于，所述半导体衬底为n型衬底，有源区的p型欧姆接触层的上表面为单电极，该单电极为P电极，所述p电极位于有源区的p型欧姆接触层的上表面，在半导体衬底的背面有一个n电极。
9、根据权利要求1或2所述的斜面光接收的光电探测器，其特征在 于，所述半导体衬底为半绝缘衬底，有源区的上表面为双电极，该双电极 分别为p电极和n电极，所述p电极和n电极分别位于有源区上表面的p 型欧姆接触层和n型欧姆接触层。
全文摘要
本发明涉及光互联通信的光电探测器件技术领域，公开了一种斜面光接收的光电探测器，该光电探测器光接收的有源区位于半导体衬底被腐蚀后形成的V型槽的一个斜面上，有源区从斜面表面向外依次包括缓冲层、n型欧姆接触层、本征层和p型欧姆接触层，有源区的上表面为单电极或双电极。本发明提供的斜面光接收的光电探测器，有源区位于器件的斜面上，能够与各种类型的电路板上的光波导实现直接光路耦合，不需要光路传输方向的转变，形成简便高效的光探测接收端，简化了光路的耦合对准。由于不需要光路传输方向的转变，因而也就不需要精密的光路对准装置，使得工艺和对准的难度大大降低，成本下降，并减少了光损耗，提高了耦合效率。
文档编号H01L31/0352GK101315955SQ20071009987
公开日2008年12月3日 申请日期2007年5月31日 优先权日2007年5月31日
发明者万里兮, 李宝霞, 李志华, 杨成樾, 申华军 申请人:中国科学院微电子研究所