[发明专利]多像元集成铟镓砷雪崩二极管四象限光电探测芯片

说明书

本发明公开了一种多像元集成铟镓砷雪崩二极管四象限光电探测芯片及制作方法，其包括，在同一铟镓砷外延晶片上，分布有四个光敏探测区，每个光敏探测区内由多个小单元雪崩二极管并联而成的芯片。所述芯片整体光敏面由四个方形雪崩二极管中心对称均布组成，方形APD由尺寸更小的圆形且具有相等光电特性小单元APD并联而成。四个方形光敏探测区，能对连续或低频脉冲激光信号进行坐标定位探测，方形APD光敏探测之间通过刻蚀槽和背面进光面金属膜层遮挡方式隔离四个光敏探测区，其能有效消除光敏探测区之间产生的电学、光学串扰，同时保证不会产生过大的盲区。本发明可实现高成品率、大面积InGaAs雪崩二极管四象限芯片的制作。

技术领域

本发明属于光电探测器的芯片结构技术领域，涉及一种多像元集成铟镓砷雪崩二极管四象限光电探测芯片，属于波长在0.9-1.7μm的红外光电探测器芯片。

背景技术

现有激光探测技术中，激光坐标定位、跟踪，通常通过四象限探测器来完成相关的探测功能。四象限探测器是将探测器的探测区分成四个独立区域，依据信号光斑在探测区的面积不同，四个区域将输出不同的光电流，从而实现激光坐标定位和目标跟踪。雪崩四象限探测器是利用探测器的雪崩倍增效应实现更高灵敏度、更远距离的目标探测。由In_0.53Ga_0.47As(之后都统称为InGaAs)材料制作的四象限探测芯片可用于0.9-1.7μm波长激光信号的探测，在1.55-1.57μm波长具有良好响应，在该波段具有对人眼安全、大气传输性能好等特点，近年来在军、民光电应用方面受到越来越广泛的关注。

目前InGaAs雪崩二极管四象限探测芯片通常出现以下两类问题，限制了InGaAs雪崩四象限探测器的广泛应用。一是InGaAs外延材料通常通过金属有机气相外延设备(MOCVD)或分子束外延设备(MBE)制备，难以制作出大面积、光电特性一致的APD四象限探测器芯片，且成品率低；二是四象限探测芯片由四个扇形光敏探测区组成一个圆形的总光敏面，需对扇形区尖角处进行圆滑处理，同时扇形区边缘还需要制备相应的保护环以防止APD出现早击穿，这样将会导致象限间的盲区增大，盲区是指对信号光不产生电信号的区域。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是：提供一种多像元集成铟镓砷雪崩二极管四象限光电探测芯片结构，该结构可实现高成品率、大面积InGaAs雪崩二极管四象限芯片的制作。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种多像元集成铟镓砷雪崩二极管四象限光电探测芯片，其包括：铟镓砷外延晶片，其上中心对称分布有四个方形的光敏探测区；铟镓砷外延晶片正面，每个光敏探测区内形成有p电极6，背面进光面形成有n电极16；p电极6覆盖下的每个光敏探测区内形成有多个小单元APD9；铟镓砷外延晶片正面的四个光敏探测区pn结之间设有隔离槽5进行电学隔离，铟镓砷外延晶片背面进光面的四个光敏探测区pn结之间设有隔离电极18进行电学隔离，背面进光面与正面四个光敏探测区一一对应的位置设有氮化硅增透膜17，n电极16和隔离电极18为同一材料的多层金属电极。

其中，相邻的光敏探测区之间的间距为30μm。

其中，相邻的光敏探测区之间的隔离槽5宽10μm、深7μm。

其中，所述光电探测芯片四个象限组成的总光敏探测区为1.0mm×1.0mm。