平面型边入射光电探测器及其制作方法与流程

本发明属于半导体器件近红外探测，具体涉及一种低暗电流、侧边光耦合的平面型边入射光电探测器及其制作方法。

背景技术：

1、随着宽带网络光纤化改造工作的部署与实施，实现宽带网络光纤化的地区，网络质量提升、故障率降低，用户的使用好感度上升。目前，宽带接入网络的形成以ftth(光纤到户)为主，pon+lan(无源光纤网络+局域网)为辅的网络格局，未来宽带接入网如果统一采用pon(无源光纤网络)技术进行组网，不仅可以提供优质的用户体验，同时能降低企业运营成本，提高经济效益。

2、常用的光电探测器采用正面或者背面两种接收光方式。特别地对于边发射激光器而言，激光器与探测器无法再同一个水平面进行排布，导致整个光发射和接收组件耦合效率不高。此外，平面型正面或背面收光方式无法与无源光波导直接耦合，影响整个光模块的传输速率和集成度。

3、pin-pd(pin光电二极管)工作原理是，当入射光信号经由光敏面入射进入器件内部，在吸收区产生光生电子和空穴，光生电子和空穴在吸收区电场的作用下漂移，最终被电极收集形成反向电流输出。影响光电探测器响应速度的因素，除了载流子在器件内的渡越时间(包含载流子漂移、扩散)，还有器件与外部测试电路连接后的电路响应时间。探测器的光-电转换速度受器件中载流子输运时间和外部寄生rc时间常数的限制。因此，提高器件光电转换速度即频域带宽的主要措施有减小本征吸收区的厚度，减小器件金属接触阻，减小器件耗尽区电容以及减小器件电极引线电容。由于耗尽区电容与器件有源区尺寸有关，因此减小器件耗尽区电容进而提高器件光电响应速度的主要措施是减小器件有源区面积。

4、对于传统的垂直入射器件而言，减小器件有源区面积意味着光敏面尺寸的缩小，从而导致光耦合难度增加并且导致耦合效率降低。现有的平面型边入射光电探测器收光方式受限，并且各种性能之间相互制约，主要存在以下问题：平面型探测器光路耦合方式单一，收光方式与电路传输方向相同，从而无法与无源光波导或者边发射激光器耦合，导致模块集成度不高，且还会出现器件响应度低及饱和光功率低的问题。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种平面型边入射光电探测器及其制作方法，以克服现有技术中存在的不足。

2、为实现前述发明目的，本发明实施例采用的技术方案包括：

3、本发明提供了一种平面型边入射光电探测器，包括：

4、衬底，其具有相背对的第一面和第二面；

5、外延结构，其生长在所述衬底的第一面上；

6、突出部，其形成在所述衬底的第二面上，所述突出部的至少一侧壁的表面为所述探测器的光敏面，并且所述光敏面与衬底的第一面形成大于0但小于90°的夹角，以使透过所述光敏面进入所述外延结构的入射光发生折射和/或反射后进入所述外延结构内的吸收层。

7、进一步地，所述外延结构包括依次生长于衬底的第一面上的缓冲层、过渡层、吸收层、帽层和接触层，所述帽层中形成有有源区，其中所述衬底、缓冲层和帽层均是第一导电类型的，所述有源区和接触层均是第二导电类型的。

8、进一步地，所述吸收层表面至深度在0.5μm以内的区域中还分布有部分耗尽掺杂区，所述部分耗尽掺杂区是第二导电类型的。

9、更进一步地，所述部分耗尽掺杂区是由所述有源区中的部分离子扩散进入所述吸收层而形成的。

10、进一步地，所述探测器还包括第一电极、第二电极和钝化层，所述钝化层连续覆盖所述衬底的第一面，且所述钝化层上设有电极窗口，所述第一电极透过所述电极窗口与接触层电性连接，所述第二电极与所述突出部的顶端面典型结合。

11、进一步地，所述探测器还包括一层以上增透膜，所述增透膜至少覆盖在所述光敏面上。

12、更进一步地，所述增透膜连续覆盖所述衬底的第二面及所述突出部的侧壁。

13、本发明还提供了一种平面型边入射光电探测器的制作方法，包括：

14、提供第一导电类型的衬底，所述衬底具有相背对的第一面和第二面；

15、在所述衬底的第一面上依次生长缓冲层、过渡层、吸收层、帽层和接触层，以形成外延结构，其中所述缓冲层和帽层均是第一导电类型的，所述接触层是第二导电类型的；

16、在所述外延结构表面设置扩散掩膜，所述扩散掩膜上开设有扩散窗口，通过所述扩散窗口向所述帽层内掺入离子，从而在所述帽层内形成第二导电类型的有源区；

17、对所述衬底的第二面进行加工以形成突出部，所述突出部的至少一侧壁的表面为所述探测器的光敏面，并且所述光敏面与衬底的第一面形成大于0但小于90°的夹角，以使透过所述光敏面进入所述外延结构的入射光发生折射和/或反射后进入所述外延结构内的吸收层。

18、进一步地，所述的平面型边入射光电探测器的制作方法，具体包括：采用扩散工艺向所述帽层内掺入离子，扩散深度小于或等于所述帽层的厚度，从而形成所述有源区；

19、或者，采用扩散工艺向所述帽层内掺入离子，扩散深度达到所述吸收层中0-0.5μm的深度范围内，从而形成所述有源区，并在所述吸收层中形成部分耗尽掺杂区，所述部分耗尽掺杂区是第二导电类型的。

20、进一步地，所述的平面型边入射光电探测器的制作方法，还包括：在形成所述有源区后，将所述扩散掩膜去除，并在所述外延结构表面形成连续的钝化层，之后在所述钝化层上开设电极窗口，其后制作第一电极，且使所述第一电极透过所述电极窗口与接触层电性连接。

21、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

22、(1)本发明的平面型边入射光电探测器，同时具备了垂直腔的特性和边入射探测器的优点量子效率和响应速度解耦，具有接近的内量子效率，同时具有波长选择特性，能够适应系统，也能够方便的进行光电混合集成，并且可以通过附加适当的调谐机制改变滤波腔的有效光学长度来实现调谐。

23、(2)本发明的平面型边入射光电探测器，将光入射方向与电方向解耦合，因此可以有效解决器件带宽与响应度之间的矛盾，在通过减小有源区尺寸的方式来提高器件的带宽的同时不用兼顾响应度降低的问题，且该结构利用光路的折射和反射原理，通过调节倒梯形槽的斜面与底面延长线之间的夹角，实现在很宽的光敏范围内，器件都有较大的光响应，在提高器件带宽的同时，提高光电转换效率并且降低光耦和难度。

24、(3)本发明的平面型边入射光电探测器，采用平面型pin探测器与边入射方式的结合，相较于传统的台面结构，工艺实现简单并且可以暗电流极低，可实现大批量稳定投产，满足市场需求。

技术特征：

1.一种平面型边入射光电探测器，其特征在于包括：

2.根据权利要求1所述的平面型边入射光电探测器，其特征在于：所述外延结构包括依次生长于衬底的第一面上的缓冲层、过渡层、吸收层、帽层和接触层，所述帽层中形成有有源区，其中所述衬底、缓冲层和帽层均是第一导电类型的，所述有源区和接触层均是第二导电类型的；

3.根据权利要求2所述的平面型边入射光电探测器，其特征在于：所述吸收层表面至深度在0.5μm以内的区域中还分布有部分耗尽掺杂区，所述部分耗尽掺杂区是第二导电类型的。

4.根据权利要求3所述的平面型边入射光电探测器，其特征在于：所述部分耗尽掺杂区是由所述有源区中的部分离子扩散进入所述吸收层而形成的。

5.根据权利要求1所述的平面型边入射光电探测器，其特征在于：所述光敏面与衬底的第二面形成的夹角角度为45°～54°；

6.根据权利要求1所述的平面型边入射光电探测器，其特征在于：所述探测器还包括一层以上增透膜，所述增透膜至少覆盖在所述光敏面上。

7.根据权利要求6所述的平面型边入射光电探测器，其特征在于：所述增透膜连续覆盖所述衬底的第二面及所述突出部的侧壁。

8.一种平面型边入射光电探测器的制作方法，其特征在于包括：

9.根据权利要求8所述的平面型边入射光电探测器的制作方法，其特征在于，具体包括：采用扩散工艺向所述帽层内掺入离子，扩散深度小于或等于所述帽层的厚度，从而形成所述有源区；

10.根据权利要求9所述的平面型边入射光电探测器的制作方法，其特征在于，还包括：在形成所述有源区后，将所述扩散掩膜去除，并在所述外延结构表面形成连续的钝化层，之后在所述钝化层上开设电极窗口，其后制作第一电极，且使所述第一电极透过所述电极窗口与接触层电性连接；

技术总结
本发明揭示了一种平面型边入射光电探测器及其制作方法。所述平面型边入射光电探测器，包括衬底，其具有相背对的第一面和第二面；外延结构，其生长在所述衬底的第一面上；突出部，其形成在所述衬底的第二面上，所述突出部的至少一侧壁的表面为所述探测器的光敏面，并且所述光敏面与衬底的第一面形成大于0但小于90°的夹角，以使透过所述光敏面进入所述外延结构的入射光发生折射和/或反射后进入所述外延结构内的吸收层。本发明平面型边入射光电探测器，同时具备了垂直腔的特性和边入射探测器的优点，具有接近的内量子效率，同时具有波长选择特性，能够适应系统，也能够方便的进行光电混合集成。

技术研发人员：何婷婷,黄寓洋
受保护的技术使用者：江西省纳米技术研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14