專利名稱：Pin光電檢測器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及光電檢測領域；更具體地說，涉及用半導體光電檢測器檢測光子。
背景技術：
由于已知光子和電子之間有相互作用，所以近年來在光電檢測領域，尤其是在利用半導體材料的光電檢測器領域，已取得進展。一種叫作PIN光電檢測器的基于半導體的光電檢測器，包括若干適合吸收和鈍化等不同用途的半導體材料。
對于許多類型的PIN光電檢測器來說，光電檢測器的靈敏度和可靠性會隨時間推移而下降。此外，光電檢測器會經受疲勞、磨損和破損。所以，希望能有一種光電檢測器，在其使用壽命中具有高靈敏度、高帶寬、低暗電流，以及易制造。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種PIN光電檢測器，它包括第一半導體接觸層；半導體吸收層，其面積大于第一半導體接觸層；半導體鈍化層，其面積大于第一半導體接觸層，被定位于第一半導體接觸層與吸收層之間；和第二半導體接觸層。如圖1所示，半導體吸收層和鈍化層被定位于第一與第二半導體接觸層之間。
當光電檢測器工作時，半導體吸收層中心附近的電場大于半導體吸收層邊緣附近的電場，如圖2所示；由第一小半導體接觸層的面積確定光電二極管的電容。在某些實施例中，光電檢測器可以具有大于20GHz的3dB帶寬，光電二極管具有暗電流特性暗電流特性在一段長時期(例如20年)中相對于初始值保持基本恒定。
本發(fā)明的實施例可以具有一個或多個下述優(yōu)點。配置具有增加的使用壽命和改進的溫度老化特征。第一半導體接觸層限定一種小型臺面(mini-mesa)結構，該結構有利于一種增強的吸收高性能、高帶寬PIN。此外，因為不需要用P型擴散步驟去形成局部P型接觸，所以可簡化小型臺面PIN光電檢測器的制作。
從下面的描述和權利要求書可看到其它的特點和優(yōu)點。


圖1是按照本發(fā)明一個實施例的PIN結構的側視圖；圖2是曲線圖，說明橫過圖1的PIN結構的吸收層的電場分布；圖3是曲線圖，說明一組具有恒定偏壓的以125℃老化的常規(guī)臺面器件的暗電流特性；圖4是曲線圖，說明一組具有恒定偏壓的以175℃老化的圖1的PIN結構的暗電流特性；圖5是按照本發(fā)明的PIN結構的一個替代實施例的側視圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在參考諸圖，說明一個光電檢測器，尤其是體現(xiàn)本發(fā)明原則的小型臺面PIN光電檢測器；并用10標志它。PIN光電檢測器的主要組件包括一個n+型接觸層12，一個p+金屬接觸層14，和一個p+型小型臺面16。InGaAs吸收層22設在p+小臺面16和n+接觸層12之間。一對帶隙漸變層20鄰接于InGaAs吸收層22。還把一個未故意摻雜的(nid)鈍化層18安置在InGaAs吸收層22與p+型小型臺面16之間。在一些特殊實施例中，把一個鈍化層24安置在PIN光電檢測器10的外表面上。鈍化層24可以由下述材料構成BCB(苯并環(huán)丁烯)，二氧化硅，氮化硅，或聚酰亞胺。一個n型金屬接觸層26收集電子，被設置在n+型接觸層12上。
因為小型臺面16具有減小的面積，所以在大的n型臺面的邊緣處的電場被明顯減小，從而任何表面狀態(tài)或其它表面缺陷的有害效應也被減小。此外，因為這些表面的電流也被減小，所以這些邊界的充電或界面狀態(tài)也被減小。
對于具有30μm小型臺面16和50μm n型外臺面的PIN光電檢測器，圖2示意地示出吸收層22上的電場分布。在外臺面的邊緣處，電場下降到接近零，這表示PIN光電檢測器10的鈍化特征。
對于雪崩光電二極管(APD)、未摻雜的PIN或少摻雜的PIN之類的光電檢測器，上述效應明顯地延長其使用壽命和改善其老化特征，從而優(yōu)于常規(guī)的臺面光電檢測器件。
圖3和4說明在常規(guī)器件的器件老化特征(圖3)與PIN光電檢測器10的器件老化特征(圖4)之間的比較。對一組在恒定偏壓下用較低老化溫度125℃老化的常規(guī)臺面器件，圖3示出其暗電流特性。如圖3所示，僅在1500小時中，暗電流就從其初始值增加20倍，說明這些臺面器件迅速退化。
與此對比，對一組在恒定偏壓下用高得多的老化溫度175℃老化的小型臺面PIN光電檢測器10，圖4示出其暗電流特性。從圖4容易看出，在5000小時中，PIN光電檢測器10的暗電流保持穩(wěn)定于其初始值，幾乎沒有或沒有退化。這相當于說，在正常工作溫度下，例如70℃下，其使用壽命超過20年。
小型臺面PIN光電檢測器10的特征之一是光電檢測器的電容不會由于較大的n型臺面而明顯變大。因此，PIN光電檢測器10的帶寬不會明顯不同于常規(guī)臺面PIN的帶寬，這是用光波成分分析儀通過一系列器件測量以實驗證實的。
小型臺面PIN與傳統(tǒng)臺面PIN的測量電帶寬的比較說明40μm直徑小型臺面PIN光電檢測器10和類似尺寸標準臺面PIN的3dB帶寬皆約為15GHz。因此，PIN光電檢測器10具有更充足的用于OC-192電信應用的帶寬。
此外，小型臺面PIN光電檢測器10特別適用于“增強的”摻雜PIN，因為漸變(graded)摻雜濃度會大大提高高帶寬PIN的速度和靈敏度。在一些實施例中，光電檢測器結構涉及p型摻雜的梯度(grading)，從而用頂層的p型接觸層顛倒PIN結構，并且n型摻雜層被放在頂層，如圖5中PIN光電檢測器110所示。
PIN光電檢測器110包括InAlAs之類的p+型接觸層112，一個n+型金屬接觸層114，和一個n+型小型臺面層116。在某些實施例中，n+型小型臺面層116是InAlAs。一個可以是低摻雜的或未故障摻雜的InGaAs的吸收層122被安置于n+型小型臺面層116與p+型接觸層112之間。一對帶隙漸變層120被安置于吸收層122上下。一個分級p+型層124被安置于吸收層122與p+型接觸層112之間，從而分級p+層124的摻雜濃度會隨著靠近p+型接觸層112而增加。一個最好是InAlAs的未故障摻雜的鈍化層118，被安置于n+型小型臺面層16與上帶隙漸變層120之間。鈍化層126可以例如是BCB(苯并環(huán)丁烯)，二氧化硅，氮化硅，或聚酰亞胺。p型金屬接觸層128被安置于p+型接觸層112之上。這種結構使分級p型吸收層具有與大的外接觸臺面層相同的寬度，還具有小的小型臺面n型接觸層，以減小電容和增加帶寬。
一種具有阻擋刻蝕層的簡單刻蝕方法能用于制作上述的PIN光電檢測器10或110。這些簡單蝕刻小型臺面結構能被再現(xiàn)地生長和制作，并且在整個圓片上很均勻。整個結構被初始地生長以后進行刻蝕，以限定一個控制相關電容面積的小局部小型臺面接觸區(qū)，從而產生一種低電容的高速PIN。因此，這種設計不需要一種限定小頂接觸層的擴散步驟，從而比較簡單，可產生在整個圓片上很均勻的光電檢測器。
請注意，在PIN結構10，110中，靠近結構頂部的高表面場可通過高帶隙鈍化層18和118進行良好的控制。如前所述，這些結構是高速的，因為低電容是由小的小型臺面直徑區(qū)確定的，而不是由大的非臨界隔離臺面區(qū)確定的。
本發(fā)明原則的上述和其它實施例都處于下述權利要求書的范圍。
權利要求
1.一種PIN光電檢測器，包括第一半導體接觸層；半導體吸收層，第一半導體接觸層的面積小于半導體吸收層的面積；半導體鈍化層，它定位于第一半導體接觸層與半導體吸收層之間；和第二半導體接觸層，半導體吸收層和鈍化層被定位于第一與第二半導體接觸層之間。
2.根據權利要求1所述的光電檢測器，其中，半導體吸收層是InGaAs。
3.根據權利要求1所述的光電檢測器，其中，鈍化層是InAlAs。
4.根據權利要求1所述的光電檢測器，其中，第一半導體接觸層是p型的；第二半導體接觸層是n型的。
5.根據權利要求1所述的光電檢測器，其中，第一半導體接觸層是n型的；第二半導體接觸層是p型的。
6.根據權利要求5所述的光電檢測器，其中，第一和第二半導體接觸層是InAlAs。
7.根據權利要求1所述的光電檢測器，還包括第二半導體鈍化層，它定位于第一半導體鈍化層和半導體吸收層的周圍。
8.根據權利要求1所述的光電檢測器，還包括第一金屬接觸層，它被定位成鄰接于第一半導體接觸層；和至少第二金屬接觸層，它被定位成鄰接于第二半導體接觸層。
9.根據權利要求8所述的光電檢測器，其中，第一金屬接觸層是p型的，第二金屬接觸層是n型的。
10.根據權利要求8所述的光電檢測器，其中，第一金屬接觸層是n型的，第二金屬接觸層是p型的。
11.根據權利要求1所述的光電檢測器，還包括第一帶隙漸變層，它被定位于半導體鈍化層與半導體吸收層之間；和第二帶隙漸變層，它被定位于半導體吸收層與第二半導體接觸層之間。
12.根據權利要求1所述的光電檢測器，其中，半導體吸收層中心附近的電場大于半導體吸收層邊緣附近的電場。
13.根據權利要求1所述的光電檢測器，其中，光電二極管的電容是由第一半導體接觸層的面積確定的。
14.根據權利要求1所述的光電檢測器，其中，光電二極管具有相對于初始值基本恒定的暗電流特性。
15.根據權利要求14所述的光電檢測器，其中，光電二極管具有相對于初始值在一段大于2000小時的時段中基本恒定的暗電流特性。
16.根據權利要求1所述的光電檢測器，其中，光電二極管具有超過20年的使用壽命。
17.根據權利要求1所述的光電檢測器，其中，使用其它半導體，例如InP或其它二元或三元III-V族半導體。
18.一種制作PIN光電檢測器的方法，包括提供下半導體接觸層；淀積半導體吸收層；淀積半導體鈍化層；和淀積或制作其面積小于半導體吸收層的上半導體接觸層。
19.根據權利要求18所述的方法，其中，半導體吸收層是InGaAs。
20.根據權利要求18所述的方法，其中，鈍化層是InAlAs。
21.根據權利要求18所述的方法，其中，下半導體接觸層是n型的，上半導體接觸層是p型的。
22.根據權利要求18所述的方法，其中，下半導體接觸層是p型的，上半導體接觸層是n型的。
23.根據權利要求22所述的方法，其中，兩個半導體接觸層都是InAlAs。
24.根據權利要求18所述的方法，還包括在第一半導體鈍化層和半導體吸收層的周圍淀積第二半導體鈍化層。
25.根據權利要求18所述的方法，還包括在下半導體接觸層與半導體吸收層之間淀積第一漸變層；和在半導體吸收層與半導體鈍化層之間淀積第二漸變層。
26.根據權利要求18所述的方法，還使用其它的半導體，例如InP，或其它二元或三元III-V族半導體。
全文摘要
一種PIN光電檢測器包括第一半導體接觸層，面積大于第一半導體接觸層的半導體吸收層，位于第一半導體接觸層與半導體吸收層之間的半導體鈍化層，和第二半導體接觸層。半導體吸收層和半導體鈍化層被定位于第一與第二半導體接觸層之間。
文檔編號H01L31/062GK1853279SQ200480015226
公開日2006年10月25日 申請日期2004年4月30日 優(yōu)先權日2003年5月2日
發(fā)明者柯呈佶, 巴里·萊維尼 申請人:派克米瑞斯有限責任公司