[发明专利]一种高可靠NIP结构台面型光电二极管及其制作方法

说明书

本发明涉及半导体光电二极管领域，特别涉及一种高可靠NIP结构台面型光电二极管及制作方法，所述光电二极管包括半绝缘衬底，在衬底上生长有缓冲层、接触层、吸收层、渐变层和阻挡层；所述结构采用三层台面芯片结构，台面表面覆盖有钝化层，从所述N型台面引出N电极，从P型台面引出P电极，从而与所述N电极形成共平面电极；本发明采用NIP结构的光电二极管将P型层放在最低部，深埋在材料内部，可避免漏电和复杂的表面保护等问题；再配合三层台面的几何结构设计，可有效将内建电场限制在体内中心处，并最小化台面周边的边缘电场，抑制台面边缘的漏电流和边缘击穿，从而达到提高二级管芯片可靠性的目的。

技术领域

本发明涉及半导体光电二极管领域，特别涉及一种高可靠NIP结构台面型光电二极管及制作方法。该发明可有效提高台面芯片可靠性。

背景技术

在光纤通信系统中，光电二极管被用来将携带信息的光信号转换为携带信息的电信号，以便于后续电路处理信息。由PN结形成方式的不同，可以分为平面型光电二极管和台面性光电二极管。平面型光电二极管的PN结埋在外延层内部，可靠性好，但是PN结具有横向扩展效应，高速性能较差。台面型光电二极管PN结裸露在空气中，可靠性差，但是高速性能好。

随着高速光纤通信系统逐渐由4G向5G、6G提升，系统对光电二极管速率要求不断提高(≥25Gbps)，二极管芯片对电容的要求也越来越高(≤0.1pF)，由于芯片结电容与有源区面积成正比关系，因此，要求二级管芯片的有源区尽量小(≤20μm)。平面型光电二极管由于其PN结的横向扩展效应(通常≥7.5μm)，无法满足缩小有源区的需求，因此，台面型光电二极管成为高速应用中的主要选择。

现有技术一般采用两层台面P-i-N光电二极管芯片，如图1所示，该二极管在半绝缘衬底上顺次生长出N型层和P型层，但可能会导致漏电和复杂的表面保护等问题。进一步的，台面型光电二极管普遍存在暗电流大、击穿后暗电流不稳定、芯片易失效的问题，可靠性远不如平面型芯片，限制了台面型芯片的使用。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，提高台面型芯片的可靠性，本发明提出了一种高可靠NIP结构台面型光电二极管，与传统P型层在顶部的台面光电二极管相比，N-I-P结构的光电二极管P型层放在最低部，深埋在材料内部，可避免漏电和复杂的表面保护等问题。再配合三层台面的几何结构设计，可有效将内建电场限制在体内中心处，并最小化台面周边的边缘电场，抑制台面边缘的漏电流和边缘击穿，从而达到提高二级管芯片可靠性的目的。

针对现有台面型光电二极管在实际应用中的不足，进一步提高台面二极管可靠性，将芯片设计为P型层在底部，N型层在顶部的三层台面结构；本发明提出一种高可靠NIP结构台面型光电二极管，所述台面型光电二极管包括三层台面结构，包括从上至下叠次连接的N型台面、吸收台面以及P型台面；在所述P型台面的台阶最底层为半绝缘衬底；每个台面的表面均覆盖有钝化层，从所述N型台面引出N电极，从P型台面引出P电极，从而与所述N电极形成共平面电极。

进一步的，作为一种可选方式，三层台面结构均呈棱台形，并依次形成了三个台阶；且从N型台面至P型台面，其底面逐渐增大；

作为另一种可选方式，三层台面均呈圆台形，并依次形成了三个台阶；且从N型台面至P型台面，其底面逐渐增大。

其中，N型台面可作为有源区、有源区的一部分或者一部分作为有源区。

进一步的，所述N型台面包括N型接触层，包括采用N型InP的接触层。

进一步的，所述吸收台面包括由上至下的渐变层和吸收层，包括采用InGaAsP的渐变层和采用InGaAs的吸收层。

进一步的，所述P型台面包括由上至下的阻挡层、P型接触层以及缓冲层，具体包括采用InGaAsP的阻挡层、采用InGaAs的P型接触层以及采用InP的缓冲层。