[发明专利]可用于单光子探测的平面型雪崩二极管探测器的制作方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体器件领域，具体是指一种带有双浮动保护环的平面型雪崩二极管探测器的制作方法。

背景技术

近年来由于生物光子学、医学影像、量子通信以及加密系统等的快速发展，对能实现单光子探测的光电探测器需求日渐增强，只有实现对微弱信号甚至单光子源的探测，才能促进上述领域蓬勃的发展。其中，雪崩二极管探测器(APD)作为可用作单光子探测的主要类型之一，早已被广泛应用于传统的光纤通信等领域。与PIN探测器相比，APD具有自身内部增益的特点，不需要外部放大器对探测信号进行放大，表现出比PIN更优的性能。以此基础，若对APD的结构进行重新优化，并使其工作在盖格模式(Geiger Mode)之下，就可以实现对单光子的探测。

在众多雪崩二极管探测器中，平面型APD具有暗电流低、可靠性高等优点而被大量研究。但是，平面型APD由于结构因素，容易在边缘提前击穿，影响探测器的性能。而带有保护环的平面型APD很好的解决了这个问题，为单光子探测领域找到了一个可行的方向。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种可用于单光子探测的平面型雪崩二极管探测器的制作方法，包括如下步骤：

步骤1：在N型InP衬底上依次生长InP缓冲层、InGaAs吸收层、InGaAsP渐变层、N型InP电荷层和InP帽层；

步骤2：在InP帽层上生长厚度为的SiO₂保护层；

步骤3：在SiO₂保护层的中间光刻出圆形窗口，刻蚀深度到InP帽层的表面；

步骤4：通过湿法腐蚀，在圆形窗口中腐蚀InP帽层，形成圆坑；

步骤5：在圆形窗口周围的SiO₂保护层上套刻出保护环的窗口；

步骤6：通过扩散工艺在保护环的窗口内，形成P型结构；

步骤7：用HF溶液去除剩余的SiO2保护层；

步骤8：在InP帽层上重新生长SiO₂层，并在圆坑的周围套刻出电极窗口；

步骤9：通过电子束蒸发、剥离工艺，在电极窗口上形成顶部环状电极；

步骤10：在环状电极上的周围及一侧制备金属电极；

步骤11：通过电子束蒸发，在N型InP衬底的背面形成背部电极；

步骤12：在圆坑内InP帽层的表面，制备SiN_x增透膜，完成雪崩二极管探测器的制作。

附图说明

为进一步说明本发明的内容，下面结合附图给出具体实施方式的详细说明，其中：

图1为本发明经步骤1至步骤3后的器件截面示意图；

图2为本发明经步骤4之后的器件截面示意图。

图3为本发明经过步骤5之后的器件截面示意图

图4为本发明经过步骤6之后的器件截面示意图。

图5为本发明经过步骤7、8之后的器件截面示意图。

图6为本发明经过步骤9之后器件截面示意图。

图7为本发明器件的结构俯视图。

图8为沿图7中的A-A线的剖面图。

图9为沿图7中的B-B线的剖面图。

图10为本发明经过步骤11之后的器件截面示意图。

图11为本发明经过步骤12之后的器件截面示意图。

具体实施方式

请参阅图1至图11所示，本发明提供一种可用于单光子探测的平面型雪崩二极管探测器的制作方法，包括如下步骤：

步骤1：在N型InP衬底1上依次生长InP缓冲层2、InGaAs吸收层3、InGaAsP渐变层4、N型InP电荷层5和InP帽层6；

步骤2：在InP帽层6上生长厚度为的SiO₂保护层7；

步骤3：在SiO₂保护层7的中间光刻出圆形窗口8，刻蚀深度到InP帽层6的表面；

步骤4：通过湿法腐蚀，在圆形窗口8中腐蚀InP帽层6，形成圆坑9，所述的湿法腐蚀液的组成为Br₂∶HBr∶H₂O＝1∶25∶80；

步骤5：在圆形窗口8周围的SiO₂保护层7上套刻出保护环的窗口10，所述的窗口10包括中心结和保护环，中心结半径比腐蚀圆坑大3-5μm，保护环为双浮动保护环；保护环的宽度为1.5μm，保护环之间的距离为5.5μm；