[发明专利]台面型雪崩光电探测器有效

专利信息
申请号: 201510736540.0 申请日: 2015-11-03
公开(公告)号: CN105405917A 公开(公告)日: 2016-03-16
发明(设计)人: 杨晓红;尹冬冬;何婷婷;叶焓;王帅;韩勤 申请(专利权)人: 中国科学院半导体研究所;上海雨然信息技术公司
主分类号: H01L31/107 分类号: H01L31/107
代理公司: 中科专利商标代理有限责任公司 11021 代理人: 任岩
地址: 100083 *** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 台面 雪崩 光电 探测器
【说明书】:

技术领域

本发明属于半导体器件领域,具体是提出一种台面型雪崩光电探测器(APD),其可减小台面器件侧壁电场,提高单光子探测性能。

背景技术

雪崩光电探测器(APD)已经广泛的应用于商业、军事和科学研究中,如量子信息、生物分子探测、激光雷达成像、天文探测等。近些年,工作波长在1.55μm的高速、高灵敏度的APD是高比特率长距离光纤通信的关键器件;在实际的量子密钥传输系统中,单光子APD发挥了极其重要的单光子探测作用。单光子APD由于其特殊的盖革工作方式,对器件的可靠性和高电场特性提出了更高的要求;量子密钥传输中,门控频率达到了2GHz,单光子APD器件的高频特性也需要进一步提高。本专利申请即针对高场和高频的实际需求提出了APD改进结构。

通用的APD通常采用平面结构,采用扩散的方式定义器件工作区域,平面结构中表面焊台电极通常会比较大,带来较大的寄生电容。而对于高速APD器件,平面结构产生的寄生电容有可能起主导作用,超越了PN结电容,所以大于2GHz的高速器件均采用了台面结构以减小寄生电容的影响,以尽量提高APD的工作频率。

对于单光子探测器的APD器件,其工作在高于雪崩偏置之上的盖革模式,其台面结构的边沿表面将承载更高的电场,易于造成表面的击穿和器件失效,同时也易于造成器件寿命的降低。通常的台面结构如图1所示,台面器件侧壁采用钝化层进行钝化,钝化层17是氮、氧化物或者是BCB和聚酰亚胺等有机聚合物。钝化层基本不改变器件侧壁的电场分布,但是减小了表面悬键和态密度,在一定程度上减小表面电流通道,但侧壁的电场依然较大。PIN器件有采用二次外延或者扩散工艺进行表面处理,但对于APD器件尚未有侧壁扩散处理以降低表面电场提高性能的报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种台面型雪崩光电探测器,其是通过侧壁结构重新定义台面型InGaAs/InP雪崩光电探测器侧壁的电场分布,使得尽量减小器件的侧壁电场分布和暗电流,以提高器件的可靠性、高灵敏度探测性能和雪崩光电探测器的工作频率。

为解决上述技术问题,本发明提供一种台面型雪崩光电探测器,用于高速单光子探测,包括:

一衬底;

一N型欧姆接触层,其制作在衬底上;

一吸收层,其制作在N型欧姆接触层上的中间位置,该N型欧姆接触层的两侧形成台面;

一电荷层,其制作在吸收层上;

一倍增层,其制作在电荷层上;

一欧姆接触层,其扩散或外延制作在倍增层上的中间部位;

一N型金属电极,其制作在N型欧姆接触层表面的两侧台面上;

一P型金属电极,其制作在欧姆接触层和倍增层表面的连接处,该P型金属电极的中间形成一窗口;

一减反层,其制作在P型金属电极中间的窗口内;

一侧壁高掺层,其制作在梯形的吸收层的侧壁上,该侧壁高掺层的下端延伸到N型欧姆接触层的表面,上端延伸到倍增层顶缘;

一表面钝化层,其制作在侧壁高掺层的上面,并覆盖部分倍增层。

其中侧壁高掺层为P型,与之相邻的吸收层、电荷层和倍增层形成侧向结。

其中所述制作的侧壁高掺层是通过注入或者扩散的方法进行的。

其中该吸收层的断面为梯形结构或陡直的结构,该吸收层的侧壁是用湿法构建或采用离子刻蚀方法形成。

其中欧姆接触层的材料是InP的P型扩散结构,或是InP/InGaAs的外延结构。

其中欧姆接触层是通过两次扩散形成的。

本发明的有益效果是,通过采用侧壁注入或者扩散的雪崩光电探测器结构,在台面APD的侧壁生成反向结,用于减小高速APD器件的侧壁暗电流,提高单光子探测性能。

附图说明

为进一步说明本发明的技术内容,以下结合实施例及附图详细说明如后,其中:

图1是通常的台面APD的基本结构示意图;

图2是本发明第一实施例的侧向剖面APD的结构示意图;

图3是本发明第二实施例的侧向剖面APD的结构示意图;

图4是本发明第三实施例的侧向剖面APD的结构示意图。

具体实施方式

请参阅图2-图4所示,是本发明的三种实施方式。

实施例1

请参阅图2,本发明提供一种台面型雪崩光电探测器,用于高速单光子探测,包括:

一半绝缘InP衬底11;

一欧姆接触层12,其制作在衬底11上,该欧姆接触层12可以是N+型InP;

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