[发明专利]一种用于提高背照式光电二极管响应度的结构及制作方法

说明书

本发明涉及半导体光电二极管领域，特别涉及一种用于提高背照式光电二极管响应度的结构及制作方法，包括：衬底，在衬底上生长有吸收层、渐变层、窗口层和欧姆接触层；该结构采用台面型芯片结构；台面型结构的有源区域设置有钝化膜以及由P型金属形成的光栅反射层；从台面下N型接触层引出N电极，与P电极形成共平面电极；本发明通过在P型金属层上设置光栅反射层，使得该层对于光源的反射效率达到80％以上，在加入光栅反射层后不影响原芯片欧姆接触区的导电效果，提高了高速大功率光电二极管的响应度。

技术领域

本发明涉及半导体光电二极管领域，特别涉及一种用于提高背照式光电二极管响应度的结构及制作方法。

背景技术

在光纤通信系统中，光电二极管被用来将携带信息的光信号转换为携带信息的电信号。由入射光方式的不同，可以将光电二极管分为正面照射型、背面照射型和侧面照射型。

随着高速光纤通信系统对光电二极管速率要求的不断提高(≥25Gbps)，二极管光接收孔径越来越小(直径≤20μm)，光纤耦合难度越来越大。正面照射型和侧面照射型光电二极管由于增加光纤耦合工艺难度和可靠度，不利于大规模生产。而背照式光电二极管采用背面入射光，正面电极可对入射光形成反射，反射光在吸收区二次吸收，从而提高响应度；集成微透镜增加光接收孔径；P、N电极共面设计，减少串联电阻与寄生电容，被广泛应用于高速光接收机中。

现有背照式光电二极管提高响应度的方法主要有两种：第一种是在有源区顶部淀积金属反射层、如同下述文献中所公开的：2012年1月4日授权公告的胡申业等人的中国专利CN101350378B；2013年11月20日授权公告的胡申业的中国专利CN101552303B。第二种是在有源区顶部淀积介质反射层(见附图1)。例如专利申请号为CN201811282182的《一种提高背照式光电二极管响应度的结构及制作方法》中提出的背照式光电二极管。

但是这两种类型背照式光电二极管在实际应用中都存在以下问题，胡申业等人的中国专利CN101350378B中由于金属等离激元效应的存在，大部分光子会在金属表面形成横向传播的电磁波，导致反射效率降低，提升响应度能力有限，实际提升效果仅为30％左右。《一种提高背照式光电二极管响应度的结构及制作方法》提出的方法中实际上是在P区生长了DBR反射层，虽然反射效率高，但该DBR反射层厚度过大，不利于探测器工艺制作；该方法的DBR反射层需占用有源区欧姆接触面积，减小欧姆接触面积，将增加二极管串联电阻，降低其频率、饱和特性。尤其在高速大功率光电二极管设计中，需要尽量低的接触电阻，上述影响将更加明显，因此该方法不适用于20GHZ、15dB功率以上的高速大功率芯片的制作。

发明内容

为解决以上现有技术的不足，本发明提出了一种用于提高背照式光电二极管响应度的结构，包括衬底，在衬底上生长有吸收层、渐变层、窗口层和欧姆接触层；该结构采用台面型芯片结构；台面型结构的有源区域设置有钝化层以及由P型金属层，P型金属层上设置有光栅反射层；从台面下N型接触层引出N电极，与P电极形成共平面电极。

优选的，光栅反射层由各种结构的一维光栅和二维光栅构成。

进一步的，光栅层的各个光栅依次设置在光栅中，相邻两个光栅之间设置有间隔。

进一步的，每个光栅周期为1-5微米，占空比为50％-90％，光栅高度0.05-1微米，使得光栅层的反射效率达80％以上。

优选的，所述光栅反射层采用的钝化膜为氮化硅、二氧化硅等介质膜，金属层为CrAu、TiPtAu、TiAu和TiAl。

优选的，衬底背面为抛光的进光面，该进光面为微透镜，表面淀积有抗反射增透膜。

一种用于提高背照式光电二极管响应度的结构的制作方法，所述方法包括：

S1、通过等离子体增强化学气相淀积PECVD在外延材料上淀积厚度为氮化硅SiNx介质膜，通过光刻工艺定义出有源区区域；