[发明专利]倏逝波耦合型高速高功率光电探测器的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光电探测器，尤其涉及一种倏逝波耦合型高速高功率光电探测器的制作方法。

背景技术

倏逝波耦合型高速高功率光电探测器是大容量光纤通信数字系统和宽带大动态模拟光子系统中的核心器件，其与光放大器配合使用，可以提高高速数字通信系统的灵敏度，在某些时候，甚至可以产生足够高的光电流直接驱动判决电路而不需要电放大器，其还可以最小化外调制模拟光子链路噪声系数并增加动态范围。

为了减小空间电荷效应并降低热阻，吸收区部分耗尽（Partially depleted absorber-PDA）型探测器结构备受人们关注。其InGaAs层是一个三明治结构，在p型掺杂InGaAs层和n型掺杂InGaAs层之间夹着一层i型InGaAs层。p型与n型InGaAs层掺杂浓度渐变，产生一个准电场帮助少数载流子输运通过掺杂吸收区。薄耗尽区既使得空间电荷效应更小，又可以使探测器工作在低偏压下，从而减小总耗散功率。整个InGaAs层厚度设计用来平衡电子和空穴的渡越时间来优化光电探测器的射频带宽。要保证高的带宽（40GHz以上），响应度大于0.6A/W(1.55μm波长)，垂直入射器件结构已经不能满足要求。采用侧面进光倏逝耦合光波导结构与吸收区部分耗尽型光电探测器单片集成，利用光匹配层中的拍模效应将光耦合到吸收层中，光生载流子沿着吸收层长度均匀分布，还可以提高饱和光功率。因此，倏逝场耦合光波导与吸收区部分耗尽型光电探测器单片集成可以实现高响应度、高速度、高饱和光功率性能。然而，现有的倏逝耦合光波导与光电探测器单片集成芯片制作工艺技术引入寄生RC参数较大。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于克服现有倏逝耦合光波导与光电探测器单片集成芯片制作工艺技术引入寄生RC参数大的问题，提供了一种倏逝波耦合型高速高功率光电探测器的制作方法。

本发明所提供的一种倏逝波耦合型高速高功率光电探测器的制作方法，包括：

a、在半绝缘InP衬底上依次生长一层InP应力缓冲层、十个周期交替的InP/InGaAsP稀释波导层、两层InGaAsP光匹配层、三层InGaAs吸收层、InP扩散阻挡层及InGaAs接触层，其中所述半绝缘InP衬底、InP应力缓冲层、InP/InGaAsP稀释波导层、InGaAsP光匹配层、InGaAs吸收层、InP扩散阻挡层及InGaAs接触层构成外延片；

b、采用Zn₃As₂源对InGaAs接触层进行掺杂；

c、制作P电极，所述P电极为Ti/Pt/Au金属膜制成；

d、生长一层有源区刻蚀阻挡介质膜，并进行台面刻蚀至InGaAsP光匹配层，以定义有源区；

e、刻蚀掉有源区与波导区以外的区域，直至半绝缘InP衬底，以定义光纤输入波导区；

f、进行耦合波导刻蚀，刻蚀至InP/InGaAsP稀释波导层，以定义耦合波导区；

g、制作N电极，所述N电极为AuGeNi/Au金属膜制成；

h、采用快速退火方法，保证良好的P、N电极欧姆接触；

i、对整个台面进行苯并环丁烯材料平坦化，与P电极面在同一平面；

j、用光刻方式在芯片平面上P、N电极挖孔，使P、N电极从苯并环丁烯材料下面露出，再用光刻的方式定义出共平面波导图形区，采用电镀Au方法，制作共平面波导电极；

k、将外延片减薄，解理成条状阵列芯片；

l、对条状阵列芯片波导端面镀膜；以及

m、将阵列芯片解理成单元芯片。

进一步的，上述步骤a中采用金属有机物化学气相沉积的方法在半绝缘InP衬底上依次生长一层InP应力缓冲层、十个周期交替的InP/InGaAsP稀释波导层、两层InGaAsP光匹配层、三层InGaAs吸收层、InP扩散阻挡层及InGaAs接触层。

进一步的，上述步骤b包括：将外延片分别先后浸泡在丙酮及乙醇各超声五分钟，清除外延片表面杂质，利用去离子水将外延片冲洗干净以及去除表面水分烘干，之后采用闭管扩散Zn₃As₂的方法进行InGaAs接触层的p型掺杂，扩散温度550°。

进一步的，上述步骤c包括：采用光刻曝光方式在InGaAs接触层上定义出P电极位置，再利用电子束蒸发Ti/Pt/Au金属膜，厚度为20nm/40nm/200nm，金属剥离工艺形成P电极。

进一步的，上述步骤d中采用ICP干法刻蚀与湿法刻蚀结合的方式进行台面刻蚀。