[发明专利]一种单行载流子光电探测器及其制作方法

说明书

本发明公开了一种单行载流子光电探测器及其制作方法，光电探测器包括金刚石衬底、金属反射层、有源层和电极，金属反射层作为探测器的N型电极；制作方法包括：在InP衬底上生长外延层；将临时载片与InP片键合；去除InP衬底；在N‑InP次集结层上蒸发金属Ti/Pt/Au，在金刚石衬底上蒸发金属In，将探测器有源层转移至金刚石衬底上；去除临时载片；在P‑InGaAs接触层上形成P电极；腐蚀外延层，刻蚀金属反射层；沉积SiNx，通过刻蚀在P型电极和N型电极上形成窗口；溅射WTi，制作Au电极，以Au电极为掩膜，刻蚀WTi，得到UTC‑PD。本发明具有高散热能力、大带宽、高响应度以及高饱和输出功率的优点。

技术领域

本发明涉及半导体器件领域，尤其涉及一种单行载流子光电探测器及其制作方法。

背景技术

光电探测器能够实现光信号至电信号的转换，在微波光子雷达、激光雷达以及光通信等领域中具有十分广阔的应用前景。带宽、响应度和饱和输出功率等是光电探测器的几个重要性能指标。传统的PIN光电探测器由于受到空间电荷效应的影响，难以同时实现大带宽和高饱和输出功率。单行载流子光电探测器(UTC-PD)通过对光吸收区进行轻微P型掺杂，使得参与传输的载流子仅剩电子一种。由于电子质量轻、漂移速度快，空间电荷积聚效应得以极大缓解，从而有效提升了UTC-PD在高速下的饱和输出功率。

随着UTC-PD输出功率的提升，器件温度不断增加。当温度增大到一定程度时，器件会发生热失效。所以对于UTC-PD而言，优异的散热能力是进一步提升其饱和输出功率的关键因素。由于InP衬底的热导率仅为68W/(K·m)，因此需要用热导率更高的材料代替InP衬底。另外对于面入射型UTC-PD来说，其带宽和响应度相互制约的问题也需要解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单行载流子光电探测器及其制作方法，使得光电探测器同时具有大带宽、高响应和高饱和输出功率的优点，以克服现有技术中的不足。

实现本发明目的的技术方案为：一种单行载流子光电探测器，包括衬底、金属反射层、有源层和电极，所述衬底为金刚石，所述金属反射层同时作为探测器的N型电极。

进一步的，所述金属反射层为金属Ti/Pt/Au/In。

进一步的，所述有源层从下至上依次包括：N-InP次集结层、N-InGaAs蚀刻停止层、N-InP集结层、i-InGaAsP势垒层、P-InGaAs吸收层、P-InP阻挡层和P-InGaAs接触层。

进一步的，所述电极包括与P-InGaAs接触层连接的P型Ti/Pt/Au电极、与N-InP次集结层连接的N型Ti/Pt/Au/In电极、以及与P型电极和N型电极相连接的Au电极。

进一步的，所述有源层上形成有SiNx增透膜。

进一步的，所述Au电极下面有一层金属WTi，所述Au电极的厚度为500nm～2000nm，所述WTi的厚度为100nm～500nm。

本发明还提供一种单行载流子光电探测器的制作方法，包括如下步骤：

S1、在InP衬底上生长一层InP缓冲层；

S2、在所述InP缓冲层上生长一层InGaAsP腐蚀停止层；

S3、在所述InGaAsP腐蚀停止层上生长探测器有源层；

S4、将临时载片与InP片通过高温蜡键合在一起；

S5、采用减薄、腐蚀工艺去除InP衬底，采用腐蚀工艺去除InGaAsP腐蚀停止层；

S6、在N-InP次集结层上蒸发金属Ti/Pt/Au，在金刚石衬底上蒸发金属In，通过Au-In键合将探测器有源层转移至金刚石衬底上；