[发明专利]侧入光式PIN光电探测器芯片及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及光通信传输领域，尤其涉及一种侧入光式PIN光电探测器芯片及其制作方法。

背景技术

随着光通信技术的迅猛发展，人们对光通信传输速率的要求也越来越高。目前10G的光网络系统已大量铺开，紧接着下一代的光通信系统将逐渐发展为以100G光通信为主导的光网络系统。而，PIN光电探测器芯片作为光通信系统中的核心芯片，对接收速率的要求也随之越来越高。由于目前还没有单芯片的接收速率能够达到100G的光接收芯片，所以现在通常的100G光接收芯片的设计方案是由4个接收速率为28G的 PIN光电探测器芯片组成的阵列芯片构成，该阵列芯片再与无源光波导直接耦合，形成一个混合集成器件，然后再通过一个无源的混频器，从而使得整体接收速率达到100G。其中，单个28G的PIN光电探测器芯片将是100G光通信接收系统的关键。而，如图1和图2所示，目前常规的PIN光电探测器芯片采用常规设计外延片100，PIN光电探测器芯片接收光后产生的光生载流子在芯片PN结内的漂移时间较长，加之较大的扩散源区200和平面结构设计，导致芯片电容和分布参数相对较大，从而导致PIN光电探测器芯片的接收速率无法达到28G。另外目前通常的光电探测器芯片的收光面均在芯片正面或背面，如图1中的光敏面300和如图2中的光敏面400，从而无法与无源光波导进行直接对接耦合，所以不能用来构成接收速率达到100G的光接收芯片。

因此，现有技术存在缺陷，需要改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种侧入光式PIN光电探测器芯片，其接收速率能够达到28G，并且采用台面结构，可以与无源光波导进行良好的耦合对接，从而可以用来构成100G的光接收芯片。

本发明的另一目的在于提供一种侧入光式PIN光电探测器芯片的制作方法，利用该方法制作出来的侧入光式PIN光电探测器芯片接收速率能够达到28G，并且采用台面结构，可以与无源光波导进行良好的耦合对接，从而可以用来构成100G的光接收芯片。

本发明的技术方案如下：本发明提供一种侧入光式PIN光电探测器芯片，包括：衬底，形成于所述衬底上的缓冲层，形成于所述缓冲层上的吸收层，形成于所述吸收层上的过渡层，形成于所述过渡层上的顶层，形成于所述顶层上的接触层，形成于所述衬底、缓冲层与接触层上的复合钝化层，形成于所述复合钝化层上的第一保护层，形成于所述第一保护层、复合钝化层与缓冲层上的负电极，形成于所述接触层、复合钝化层与第一保护层上的正电极，形成于所述吸收层、过渡层、顶层与接触层中的掺杂有源区，以及一增透膜；所述衬底具有一入光面，所述增透膜形成于所述入光面，所述衬底底部形成一倒“V”型腐蚀槽，所述腐蚀槽的位置相对所述掺杂有源区设置，所述腐蚀槽具有第一侧壁与第二侧壁，所述第一侧壁与所述衬底底面成45°，所述第一保护层为介电常数低的聚酰亚胺保护层，所述接触层、顶层、过渡层及吸收层处的复合钝化层形成一P型台面，所述缓冲层处的复合钝化层形成一N型台面，所述P型台面与N型台面均与所述掺杂有源区同心设置。

所述衬底为N型半绝缘掺Fe InP衬底；所述缓冲层为掺杂浓度大于1×10¹⁸cm^-3的InP缓冲层，所述缓冲层的厚度大于1um且小于4um；所述吸收层为掺杂浓度低于5×10¹⁴cm^-3的InGaAs吸收层，所述吸收层的厚度大于1um且小于3um；所述过渡层为InGaAsP过渡层，所述过渡层的厚度大于0.01um且小于0.08um，所述过渡层的截至波长分别为1.3um和1.08um；所述顶层为InP顶层，所述顶层的厚度大于0.5um且小于3um；所述接触层为InGaAs接触层，所述接触层的厚度大于0.1um且小于1um。

所述掺杂有源区采用Zn扩散工艺形成，所述掺杂有源区的直径大于10um且小于40um，所述掺杂有源区的厚度大于0.5um且小于2um；所述P型台面的高度大于3um且小于6um，所述N型台面的厚度大于2um且小于5um；

所述正电极与负电极均通过热蒸发或电子束蒸发而形成，所述正电极由钛、铂、铬和金中一种或几种构成，所述负电极由金构成。

所述侧入光式PIN光电探测器芯片还包括：形成于所述衬底底部的金属焊接层，所述金属焊接层通过电子束蒸发或热蒸发的方式形成，所述金属焊接层的材质为钛、铂、金和共金焊料中一种或几种。