[发明专利]一种负反馈型单光子雪崩光电二极管及其制作方法

权利要求书

1.一种负反馈型单光子雪崩光电二极管，包括：衬底、缓冲层、吸收层、渐变层、电荷层和帽层，其特征在于，衬底下方设置有入射光窗和N电极，且N电极对称分布在入射光窗周围；衬底上方依次设置缓冲层、吸收层、渐变层、电荷层和帽层；帽层上部中间位置设置有阶梯结构的P型掺杂区，P型掺杂区上表面生长有P电极；帽层上表面设置有一层介质膜，且所述介质膜覆盖所述P电极；介质膜的中部设置有半封闭回旋环状结构的负反馈电阻，介质膜上设置有焊盘，负反馈电阻一端与P电极相连，另一端与焊盘相连。

2.根据权利要求1所述的一种负反馈型单光子雪崩光电二极管，其特征在于，负反馈电阻采用半封闭回旋环状结构，负反馈电阻外侧端与焊盘相连。

3.根据权利要求2所述的一种负反馈型单光子雪崩光电二极管，其特征在于，所述负反馈电阻采用高电阻率材料，包括CrSi、NiCr或a-Si中的任意一种或多种的组合。

4.根据权利要求3所述的一种负反馈型单光子雪崩光电二极管，其特征在于，半封闭回旋环状结构负反馈电阻分布在P电极周围，且负反馈电阻内侧端与P电极连接。

5.根据权利要求1所述的一种负反馈型单光子雪崩光电二极管，其特征在于，所述渐变层选用铟镓砷磷In_(1-x)Ga_xAs_yP_(1-y)渐变层，渐变层厚度为0.1～0.5um。

6.根据权利要求1所述的一种负反馈型单光子雪崩光电二极管，其特征在于，所述衬底采用高掺杂的InP材料，掺杂浓度不小于2×10¹⁸cm^-3；所述缓冲层采用掺杂的InP材料，掺杂浓度小于或等于2×10¹⁸cm^-3，缓冲层的厚度为0.2～1um；所述吸收层采用非掺杂的InGaAs材料，吸收层的厚度为0.4～3um；所述电荷层采用掺杂的InP材料，掺杂浓度为1×10¹⁶～5×10¹⁷cm^-3，电荷层的厚度为0.08～0.4um；所述帽层采用非掺杂的InP材料，厚度为2～4um。

7.根据权利要求1所述的一种负反馈型单光子雪崩光电二极管，其特征在于，所述焊盘采用钛铂金TiPtAu或铬金CrAu材料中的任意一种或多种的组合。

8.根据权利要求1所述的一种负反馈型单光子雪崩光电二极管，其特征在于，所述P电极采用钛铂金TiPtAu或铬金CrAu材料中的任意一种或多种的组合。

9.一种负反馈型单光子雪崩光电二极管制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、利用外延设备生长倍增外延结构SACM，包括：在InP衬底上依次生长InP缓冲层、InGaAs吸收层、InGaAsP渐变层、InP电荷层和InP帽层；

S2、在倍增外延结构的InP帽层上表面沉积扩散介质膜；

S3、采用光刻工艺在介质膜上制作设计的图形并腐蚀图形内的介质膜，裸露InP帽层，形成扩散窗口；

S4、采用扩散工艺，在扩散窗口内将P型杂质源扩散至帽层的InP材料中，形成P型掺杂区；

S5、重复S2-S4步骤，通过光刻工艺逐次减小扩散窗口，通过扩散工艺逐次增加扩散深度，形成阶梯型的P型掺杂区；

S6、采用剥离工艺在P型掺杂区的介质膜上制作负反馈电阻的剥离光刻胶膜，采用高分辨率的图形反转正/负改变型光刻胶，在P型掺杂区的介质膜上制作剥离光刻胶膜，其主要步骤包括：基片烘焙，涂胶，前烘，曝光，反转烘烤，泛曝光，显影，后烘；光刻胶膜层的厚度为0.5-1.0μm；

S7、采用磁控溅射蒸发工艺蒸发高电阻率的金属电阻薄膜，形成负反馈电阻，通过控制磁控溅射的速率、时间控制负反馈电阻的电阻值为1KΩ/□，其中，“□”表示方块电阻的单位区域；

S8、重复剥离工艺和蒸发工艺，制作与负反馈电阻两端相连的焊盘和P电极，负反馈电阻的一端通过P电极与P型掺杂区相连，另一端与焊盘相连；

S9、采用介质膜工艺在负反馈电阻、焊盘以及P电极上继续沉积介质膜；

S10、采用光刻工艺刻蚀P电极及焊盘上的介质膜；

S11、根据背面进光需求减薄抛光外延片衬底，并采用介质膜工艺在衬底上沉积一层增透膜，采用光刻工艺刻蚀衬底上与掺杂区同轴心以外区域的增透膜形成入射光窗；

S12、采用蒸发工艺制作与衬底相连的金属N电极。