[发明专利]APD红外探测器及其制作方法

权利要求书

1.一种APD红外探测器，其特征在于：包括APD(1)及与其相结合的光子耦合腔；所述光子耦合腔包括金属反射层(3)、透明介质层(5)、金属阻挡环(6)和金属光栅层(7)；所述金属反射层(3)、透明介质层(5)和金属光栅层(7)按照从下向上的顺序依次生长在APD(1)的p+-InP结(2)上；所述金属阻挡环(6)位于透明介质层(5)的外围，并连接金属反射层(3)和金属光栅层(7)；所述金属光栅层(7)为同心的多环金属环结构；所述金属反射层(3)为两个同心金属环结构。

2.根据权利要求1所述的APD红外探测器，其特征在于：还包括生长在APD(1)的p+-InP结(2)上的P电极(4)；所述P电极(4)与p+-InP结(2)、金属反射层(3)以及金属光栅层(7)为同心结构；所述P电极(4)通过金属带与金属反射层(3)相连。

3.根据权利要求1所述的APD红外探测器，其特征在于：所述金属反射层(3)位于中心的圆作为P电极(4)；所述P电极(4)通过金属带与金属反射层(3)相连。

4.根据权利要求2或3所述的APD红外探测器，其特征在于：所述APD(1)的p+-InP结(2)上生长有两个圆环柱形的通光孔(8)，两个通光孔(8)分别生长在金属反射层(3)的两个金属环之间以及金属环与P电极(4)之间；所述通光孔(8)内填充有透明介质。

5.根据权利要求4所述的APD红外探测器，其特征在于：所述金属反射层(3)、P电极(4)、透明介质层(5)、金属阻挡环(6)和金属光栅层(7)形成圆环型的金属-介质-金属耦合汇聚光栅结构；所述金属光栅层(7)的光栅周期L为相邻两个金属环的内壁之间的距离，函数为其中λ为中心响应波长，n为介质层折射率此处为SiO₂折射率1.54，N为耦合级数，这里取1。光栅常数D为相邻两个金属环之间的间距，D＝0.4L＝0.4μm，占空比f＝D/L＝0.4/1；所述金属反射层(3)的两个金属环之间的距离D1＝0.5L＝0.5μm。

6.根据权利要求5所述的APD红外探测器，其特征在于：所述金属反射层(3)、金属阻挡环(6)和金属光栅层(7)分别为Au反射层、Au阻挡环和Au光栅层；所述透明介质层(5)及通光孔(8)内填充的透明介质均为二氧化硅。

7.根据权利要求6所述的APD红外探测器，其特征在于：所述的APD(1)为吸收、渐变、电荷、倍增层分离结构的磷化铟/铟镓砷雪崩光电二极管。

8.一种APD红外探测器的制作方法，其特征在于包括以下步骤：

①在APD(1)的i-InP层上热扩散Zn₃P₂形成圆形的p+-InP结(2)；所述扩散工艺为闭管扩散，扩散温度为500摄氏度，扩散时间为25min；

②在p+-InP结(2)上采用正胶电子束光刻出圆形的P电极(4)，等离子空气清洗5-8分钟之后，再采用电子束蒸发形成Ti/Pt/Au电极，之后去光刻胶、退火，使P电极(4)合金化；所述P电极(4)的中心与p+-InP结(2)的中心对准；

③在p+-InP结(2)上采用正胶电子束光刻出两个同心圆环形状的Au反射层(3)，等离子空气清洗5-8分钟之后，再沉积出金属反射层(3)；所述金属反射层(3)有将P电极(4)与金属反射层(3)相连的Au带；

④在p+-InP结(2)上采用正胶电子束光刻出圆环形的通光孔(8)，再利用等离子体增强化学气相沉积法生长出SiO₂薄膜填充通光孔(8)；

⑤在金属反射层(3)和P电极(4)之上，利用等离子体增强化学气相沉积法生长出SiO₂薄膜形成透明介质层(5)；

⑥在透明介质层(5)上正胶电子束光刻金属阻挡环(6)，再刻蚀穿透明介质层(5)的SiO₂薄膜，在透明介质层(5)外围沉积Au形成金属阻挡环(6)；。

⑦在透明介质层(5)上正胶电子束光刻金属光栅层(7)，再沉积Au形成金属光栅层(7)；金属光栅层(7)的参数如下：周期长度L＝1000nm，占空比f＝0.4/1，光栅为圆环型结构。

9.根据权利要求1所述的APD红外探测器的制作方法，其特征在于：所述第①步中的p+-InP结(2)的直径为6μm；所述第②步中的Ti/Pt/Au电极的厚度为200/300/1500埃，P电极(4)的直径为2400nm；所述第③步中的金属反射层(3)的厚度为200nm，Au带宽度为560nm；所述第④步中填充通光孔(8)的SiO₂薄膜的厚度为200nm；所述第⑤步中的透明介质层(5)的SiO₂薄膜的厚度为1100nm；所述第⑥步中的金属阻挡环(6)的宽度为0.56-2μm；所述第⑦步中的金属光栅层(7)的厚度为200nm，直径为50μm。