一种光电二极管芯片及其制备方法与流程

本发明涉及光通信技术领域，具体涉及一种光电二极管芯片及其制备方法。

背景技术：

激光二极管由于具有直进性、微小光斑尺寸、单色性、高光密度和相干性等特点，在计算机上的光盘驱动器、激光打印机中的打印头、条形码扫描仪、激光测距、激光医疗、光纤通信、舞台灯光、激光切割焊接和激光武器等设备中得到了广泛应用。

激光二极管内包括激光器(laserdiode，ld)和光电二极管芯片(monitorphotodiode，mpd)，激光器用于发射激光。光电二极管芯片位于激光器的下方，用于接收、监测激光器发出的激光。

光电二极管芯片上设有光敏面，激光器发射出的激光落入到光敏面上，通过光敏面被光电二极管芯片吸收，进而形成监视电流，以对激光器进行背光监测。

但是现有的光电二极管芯片接收光的效率低，进而造成监视电流小。在激光二极管的实际生产中，易受贴片位置、焊线工艺等影响，造成不良。

技术实现要素：

(一)本发明的目的是提供一种接收激光器发射出来的光效率高的光电二极管芯片及其制备方法。

(二)技术方案

为了实现上述技术问题，本发明提供了一种光电二极管芯片，包括基片，所述基片上设有光敏面和电极层；所述电极层包括电极环和电极焊盘，所述电极环围绕所述光敏面设置，所述电极焊盘与所述电极环电连接；

所述基片包括与所述电极焊盘位置相对的第一外边缘，所述光敏面包括与所述电极焊盘位置相对的第一光敏边缘，所述第一光敏边缘与所述第一外边缘之间的间距一致。

本发明提供的光电二极管芯片的光敏面的第一光敏边缘与基片的第一外边缘之间的间距一致，使得光敏面与基片边缘之间的空白区域减小，增大了光敏面的面积，进而当使用该光电二极管芯片时，即使激光中心点偏离该芯片的中心点，由于光敏面足够大，所以可以提高对激光的吸收效率，提高监视电流。

进一步地，所述第一光敏边缘与所述第一外边缘之间的间距均小于30um。

进一步地，所述基片还包括位置相对的第二外边缘和第三外边缘，所述光敏面还包括位置相对的第二光敏边缘和第三光敏边缘；所述第二光敏边缘与所述第二外边缘之间的间距一致，所述第三光敏边缘与所述第三外边缘之间的间距一致。

进一步地，所述第二光敏边缘与所述第二外边缘之间的间距均大于10um，所述第三光敏边缘与所述第三外边缘之间的间距均大于10um。

进一步地，所述基片为矩形，所述第一光敏边缘为直边。

进一步地，所述第二光敏边缘和所述第三光敏边缘均为直边。

进一步地，所述光敏面还包括与所述第一光敏边缘位置相对的第四光敏边缘，所述第四光敏边缘为直边。

进一步地，所述光敏面为矩形，且所述光敏面的矩形的侧边与所述基片的矩形中相对应的侧边相平行。

进一步地，所述光敏面沿所述第一光敏边缘的方向的长度大于130um，所述光敏面沿垂直于所述第一光敏边缘的方向的长度大于210um。

进一步地，所述基片包括外延层和增透膜，所述外延层上向里扩散形成扩散区；所述增透膜和所述电极环均设置于所述扩散区上方，并且所述电极环围绕所述增透膜设置；所述增透膜形成的表面为所述光敏面。

进一步地，所述外延层包括衬底、设置于所述衬底上的缓冲层、设置于所述缓冲层上的吸收层及设置于所述吸收层上的顶层，所述扩散区扩散于所述顶层和所述吸收层内；所述基片还包括钝化膜和背面电极层，所述钝化膜设置于所述顶层上；所述钝化膜围绕所述电极环设置，所述电极焊盘设置于所述钝化膜上；所述背面电极层设置于所述衬底的下面。

进一步地，所述扩散区的深度为1um～2um，所述衬底由掺s的inp材料制成；所述缓冲层由掺si的n型inp材料制成且掺杂浓度为5ⅹ10¹⁸cm^-3，所述缓冲层的厚度为0.5um～2um；所述吸收层由ingaas材料制成且掺杂浓度为1ⅹ10¹⁵cm^-3，所述吸收层的厚度为1um～5um；所述顶层由inp材料制成且掺杂浓度为1ⅹ10¹⁶cm^-3，所述顶层的厚度为0.5um～2um。

本发明还提供一种光电二极管芯片的制备方法，包括如下步骤：

s1：采用金属有机化合物化学气相沉淀外延设备在衬底上依次生长缓冲层、吸收层和顶层，完成外延层生长；

s2：在所述外延层表面采用等离子体增强化学的气相沉积法设备生长钝化膜，所述钝化膜由sinx材料制成，且厚度大于5000a，折射率为2.0±0.05；

s3：在所述钝化膜上采用光刻腐蚀的方法形成扩散区孔；

s4：采用锌扩散工艺通过所述扩散区孔进行zn扩散，形成扩散区，所述扩散区扩散于所述顶层和所述吸收层；

s5：采用pecvd生长工艺在所述外延层表面生长增透膜，所述增透膜由sinx材料制成，且增透膜厚度为1500a～2000a，折射率为1.96±0.02；

s6：采用光刻湿法腐蚀工艺在所述增透膜上形成电极接触孔；

s7：采用热蒸发工艺在所述外延层表面蒸镀形成电极层；所述电极层为cr/au结构，且cr层的厚度为300a～500a，au层的厚度大于5000a；

s8：采用光刻工艺形成电极环和电极焊盘，所述电极环位于所述电极接触孔内，所述电极焊盘位于所述钝化膜上；

s9：采用研磨抛光工艺对所述外延层背面进行减薄处理，减薄厚度小于150um，并在所述外延层背面蒸发形成背面电极，所述背面电极由au材料制成且厚度大于5000a；

s10、采用解理切割工艺切割成单颗光电二极管芯片，完成光电二极管芯片的工艺制作。

本发明提供的光电二极管芯片的制备方法制备出的光电二极管芯片接收光的效率高，进而监视电流大，不易造成不良。

附图说明

本发明上述和/或附加方面的优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是激光二极管的俯视图；

图2是本发明提供的光电二极管芯片的俯视图；

图3是图2所示的光电二极管芯片沿a－a’方向的剖视图；

其中图1至图3中附图标记与部件名称之间的对应关系为：

1、激光二极管，2、激光器，3、光电二极管芯片，31、基片，311、第一外边缘，312、第二外边缘，313、第三外边缘，314、外延层，315、增透膜，316、扩散区，317、第四外边缘，32、光敏面，321、第一光敏边缘，322、第二光敏边缘，323、第三光敏边缘，324、第四光敏边缘，33、电极层，331、电极环，332、电极焊盘，4、管脚，5、衬底，6、缓冲层，7、吸收层，8、顶层，9、钝化膜，10、背面电极层。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参考图1，激光二极管1包括激光器2(laserdiode，ld)和光电二极管芯片3(monitorphotodiode，mpd)，激光器2用于发射激光。光电二极管芯片3位于激光器2的下方，用于接收、监测激光器2发出的激光。

所述激光二极管1上还设有多个管脚4，所述管脚4用于与所述光电二极管芯片3电连接，通过对所述管脚4加电来给所述光电二极管芯片3加电。

请参考图2，本发明提供一种光电二极管芯片3，包括基片31。所述基片31上设有光敏面32和电极层33，所述电极层33包括电极环331和电极焊盘332，所述电极环331围绕所述光敏面32设置，所述电极焊盘332与所述电极环31电连接。

所述电极焊盘332用于与所述管脚4电连接，通过所述管脚4对所述电极环331加电从而使得所述光电二极管芯片3进行工作。具体地，所述电极焊盘332与所述管脚4通过焊线进行电连接。所述光敏面32用于接收所述激光器2发射出来的光，从而对所述激光器2进行背光监测。

具体地，所述基片31包括与所述电极焊盘332位置相对的第一外边缘311。所述光敏面32包括与所述电极焊盘332位置相对的第一光敏边缘321，所述第一光敏边缘321与所述第一外边缘311之间的间距一致。

可选地，所述第一光敏边缘321与所述第一外边缘311之间的间距均小于30um。

所述激光器2设置在所述光电二极管芯片3与所述电极焊盘332位置相对的一侧的上方，便于所述电极焊盘332与所述管脚4相电连接，且避免所述电极焊盘332与所述管脚4相连接的焊线阻挡所述激光器2发射出来的光落入到所述光敏面32上。

可选地，所述基片31为矩形，所述第一光敏边缘321为直边。

在其他实施方式中，所述基片31可以为任意形状，所述第一光敏边缘321可以为锯齿形、波浪形或弧形，只要满足所述第一光敏边缘321与所述第一外边缘311之间的间距一致即可。

所述基片31还包括位置相对的第二外边缘312和第三外边缘313，所述光敏面32还包括位置相对的第二光敏边缘322和第三光敏边缘323。所述第二光敏边缘322与所述第二外边缘312之间的间距一致，所述第三光敏边缘323与所述第三外边缘313之间的间距一致。

可选地，所述第二光敏边缘322与所述第二外边缘312之间的间距均大于10um，所述第三光敏边缘323与所述第三外边缘313之间的间距均大于10um。

可选地，所述第二光敏边缘322和所述第三光敏边缘323均为直边。

在其他实施方式中，所述第二光敏边缘322和/或所述第三光敏边缘323可以为锯齿形、波浪形或弧形，只要满足所述第二光敏边缘322与所述第二外边缘312之间的间距一致，所述第三光敏边缘323与所述第三外边缘313之间的间距一致即可。

所述基片31还包括与所述第一外边缘311位置相对的第四外边缘317。

所述光敏面32还包括与所述第一光敏边缘321位置相对的第四光敏边缘324，所述第四光敏边缘324为直边。

在其他实施方式中，所述第四光敏边缘324可以为锯齿形、波浪形或弧形。

可选地，所述光敏面32为矩形，且所述光敏面32的矩形的侧边与所述基片31的矩形中相对应的侧边相平行。例如，在本实施方式中，所述第一光敏边缘321与所述第一外边缘311相平行，所述第二光敏边缘322与所述第二外边缘312相平行，所述第三光敏边缘323与所述第三外边缘313相平行，所述第四光敏边缘324与所述第四外边缘317相平行。

所述光敏面32沿所述第一光敏边缘321的方向的长度大于130um，所述光敏面32沿垂直于所述第一光敏边缘321的方向的长度大于210um。

在其他实施方式中，所述光敏面32可以为带圆角的矩形。

请参考图3，所述基片31包括外延层314和增透膜315，所述外延层314上向里扩散形成扩散区316。所述增透膜315和所述电极环331均设置于所述扩散区316上方，并且所述电极环331围绕所述增透膜315设置。所述增透膜315形成的表面为所述光敏面32。

具体地，所述外延层314包括衬底5、设置于所述衬底5上的缓冲层6、设置于所述缓冲层6上的吸收层7及设置于所述吸收层7上的顶层8。所述扩散区316扩散于所述顶层8和所述吸收层7内。

所述基片31还包括钝化膜9和背面电极层10，所述钝化膜9设置于所述顶层8上。所述钝化膜9环绕所述电极环331设置，所述电极焊盘332设置于所述钝化膜9上。所述背面电极层10设置于所述衬底5的下面，具体地，所述衬底5的下面为与所述缓冲层6位置相对的一侧。

所述扩散区316的深度为1um～2um，所述衬底5由掺s的inp材料制成，所述缓冲层6由掺si的n型inp材料制成且掺杂浓度为5ⅹ10¹⁸cm^-3，所述缓冲层6的厚度为0.5um～2um。所述吸收层7由ingaas材料制成且掺杂浓度为1ⅹ10¹⁵cm^-3，所述吸收层7的厚度为1um～5um。所述顶层8由inp材料制成且掺杂浓度为1ⅹ10¹⁶cm^-3，所述顶层8的厚度为0.5um～2um。

详细的工作原理为：所述激光器2发射出来的光通过所述增透膜315入射到所述扩散区316，进行光电转换，生成光生载流子，进而形成监视电流，从而对所述激光器2进行监测。

本发明还提供一种光电二极管芯片的制作方法，包括如下步骤：

s1：采用金属有机化合物化学气相沉淀(metal-organicchemicalvapordeposition，mocvd)外延设备在衬底5上依次生长缓冲层6、吸收层7和顶层8，完成所述外延层314生长；

s2：在所述外延层314表面采用等离子体增强化学的气相沉积法(plasmaenhancedchemicalvapordeposition，pecvd)设备生长钝化膜9，所述钝化膜9由sinx材料制成，且厚度大于5000a，折射率为2.0±0.05；

s3：在所述钝化膜9上采用光刻腐蚀的方法形成扩散区孔；

s4：采用锌扩散工艺通过所述扩散区孔进行zn扩散，形成扩散区316；所述扩散区316扩散于所述顶层8和所述吸收层7；

s5：采用pecvd生长工艺在所述外延层314表面生长增透膜315，所述增透膜315由sinx材料制成，且所述增透膜315的厚度为1500a～2000a，折射率为1.96±0.02；

s6：采用光刻湿法腐蚀工艺在所述增透膜315上形成电极接触孔；

s7：采用热蒸发工艺在所述外延层314表面蒸镀电极层，所述电极层为cr/au结构，且cr层的厚度为300a～500a，au层的厚度大于5000a；

s8：采用光刻工艺形成电极环331和电极焊盘332；所述电极环331位于所述电极接触孔内，所述电极焊盘332位于所述钝化膜9上；

s9：采用研磨抛光工艺对所述外延层314背面进行减薄处理，减薄厚度小于150um，并在所述外延层314背面蒸发背面电极，背面电极由au材料制成且厚度大于5000a；

s10、采用解理切割工艺切割成单颗光电二极管芯片3，完成光电二极管芯片3的工艺制作。

本发明提供的光电二极管芯片的光敏面32的第一光敏边缘321与基片31的第一外边缘311之间的间距一致，使得光敏面32与基片31边缘之间的空白区域减小，增大了光敏面32的面积，进而当使用该光电二极管芯片时，即使激光中心点偏离该芯片的中心点，由于光敏面32足够大，所以可以提高对激光的吸收效率，提高监视电流。

本发明提供的光电二极管芯片的制备方法制备出的光电二极管芯片接收光的效率高，进而监视电流大，不易造成不良。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连通”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连通，也可以通过中间媒介间接连通，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。