[发明专利]两级台面铟镓砷/铟磷雪崩光电二极管及其制备方法

权利要求书

1.一种两级台面铟镓砷/铟磷雪崩光电二极管，其特征是，结构包括N⁺-InP衬底、N-InP缓冲层、N^--铟镓砷In_0.53Ga_0.47As吸收层、N-铟镓砷磷In_(1-x)Ga_xAs_yP_(1-y)组分渐变层、N-InP电荷层、i-InP倍增层、P-InP电场缓冲层以及P⁺-InP接触层；其中，P-InP电场缓冲层经刻蚀形成了浅台面，N-InP缓冲层经刻蚀形成了深台面，In_0.53Ga_0.47As吸收层接收入射光子能量，产生电子空穴对，组分渐变层降低因InP与InGaAs材料的价带差异而引入的空穴势垒，电荷层调节倍增层和吸收层之间的电场分布，保证倍增层有较高的电场，光生载流子在倍增层内不断碰撞电离，引发雪崩倍增。

2.如权利要求1所述的两级台面铟镓砷/铟磷雪崩光电二极管，其特征是，在一个实例中：

(1)衬底材料选用N型重掺杂的InP材料，厚度为300μm，掺杂浓度为1×10¹⁹cm^-3；

(2)缓冲层选用N型掺杂的InP，厚度为1μm，掺杂浓度为6.6×10¹⁶cm^-3；

(3)吸收层选用与InP材料的晶格匹配的In_0.53Ga_0.47As，厚度为2μm；

(4)In_(1-x)Ga_xAs_yP_(1-y)缓冲层，其作用是实现从In_0.53Ga_0.47As吸收层到InP电荷层的带隙过渡，避免因带隙差而引起异质结处的空穴积累，In_(1-x)Ga_xAs_yP_(1-y)缓冲层的厚度为0.05μm，掺杂浓度为1×10¹⁶cm^-3，镓Ga的组分从0.47变为0，砷As的组分从1变为0；

(5)电荷层选用N型重掺杂的InP，厚度为0.25μm，掺杂浓度为1×10¹⁷cm^-3；

(6)倍增层为本征掺杂的InP，厚度为0.5μm，光生载流子在此区域发生碰撞电离引发雪崩效应；

(7)缓冲层选用P型掺杂的InP，厚度为0.2μm，掺杂浓度为1×10¹⁷cm^-3；

(8)P型重掺杂的InP，厚度为1μm，掺杂浓度1×10¹⁹cm^-3。

3.一种两级台面铟镓砷/铟磷雪崩光电二极管制备方法，其特征是，步骤如下：

(1)材料结构生长：利用金属有机物化学气相沉积MOCVD在N型重掺杂的InP衬底上依次外延生长N-InP缓冲层、本征掺杂的In_(1-x)Ga_xAs吸收层、N-In_(1-x)Ga_xAs_yP_(1-y)组分渐变层、N-InP电荷层、本征掺杂的InP倍增层、P-InP电场缓冲层以及P型重掺杂InP接触层；

(2)浅台面光刻图形转移：将光刻版上的图形通过涂胶、曝光、显影等工艺步骤转移至光刻胶；

(3)浅台面刻蚀：以器件表面光刻胶为掩膜，采用湿法刻蚀技术对InGaAs/InP外延结构进行刻蚀，刻蚀至P-InP电场缓冲层；

(4)深台面光刻图形转移。将光刻版上的图形通过涂胶、曝光、显影等工艺步骤转移至光刻胶；

(5)深台面刻蚀。以器件表面光刻胶为掩膜，采用湿法刻蚀技术对InGaAs/InP外延结构进行刻蚀，刻蚀至N-InP缓冲层；

(6)钝化保护：利用等离子增强化学气相沉积PECVD生长二氧化硅SiO₂钝化层，对器件侧壁进行保护，然后通过光刻、刻蚀技术分别在P⁺-InP接触层和N-InP缓冲层上刻蚀出P型和N型接触窗口；

(7)电极制备：利用电子束蒸发在N型掺杂的InP缓冲层上淀积钛Ti/铂Pt/金Au金属叠层，在P型重掺杂的InP接触层上淀积钯Pd/锌Zn/钯Pd/金Au金属叠层，使用快速热退火技术形成欧姆接触的N型和P型电极，降低接触势垒。