横向光电探测器的制作方法

1.本发明涉及光电探测器技术领域，尤其涉及一种横向光电探测器。


背景技术：

2.半导体光电探测器具有灵敏度高、可靠性好、体积小、便于集成等优点，在火灾探测、通信、遥感、预警等军民领域具有广阔的应用前景。
3.传统的半导体光电探测器，多采用纵向结构，由于短波长的入射光信号在半导体材料内部的吸收长度较短，通常在材料表面被吸收，无法在探测器内部形成光电流，造成探测器对短波长信号的响应度较低，也即传统的半导体光电探测器工作性能较差且灵敏度低。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供了一种横向光电探测器，以解决传统的半导体光电探测器工作性能较差且灵敏度低的问题。
5.第一方面，本发明实施例提供了一种横向光电探测器，包括：
6.衬底；
7.第一外延层，形成于衬底上；
8.x个阳极区和y个阴极区，x个阳极区和y个阴极区交替排列，均形成于第一外延层上；其中，x个阳极区和y个阴极区相互之间均未直接接触，每两个相邻的阳极区和阴极区通过第一外延层形成横向pin结；
9.x个第一电极，一一对应形成于x个阳极区上，x个第一电极通过第一金属带线电连接；
10.y个第二电极，一一对应形成于y个阴极区上，y个第二电极通过第二金属带线电连接。
11.在一种可能的实现方式中，第一外延层在每两个相邻的阳极区和阴极区之间形成一个隔离平台。
12.在一种可能的实现方式中，x个阳极区均为第一掺杂浓度的重掺杂p型区；
13.y个阴极区均为第二掺杂浓度的重掺杂n型区；
14.第一外延层为第三掺杂浓度的轻掺杂p型或者轻掺杂n型半导体材料；其中，第一掺杂浓度和第二掺杂浓度均大于第三掺杂浓度。
15.在一种可能的实现方式中，第一掺杂浓度和第二掺杂浓度均处于10
18
～10
20
cm-3
范围；
16.第三掺杂浓度处于10
14
～10
18
cm-3
范围，且不包括10
18
cm-3
。
17.在一种可能的实现方式中，衬底为半绝缘型半导体材料或者导电型半导体材料。
18.在一种可能的实现方式中，衬底为硅、砷化镓、氮化镓、碳化硅、金刚石、蓝宝石中的任意一种。
19.在一种可能的实现方式中，该探测器还包括：
20.设置在第一外延层和衬底之间的至少一层缓冲层；或者，
21.设置在第一外延层和衬底之间的第二外延层，第二外延层与第一外延层的半导体材料类型不同。
22.在一种可能的实现方式中，x个阳极区和y个阴极区均为矩形，或者均为圆形，或者均为环形。
23.在一种可能的实现方式中，该探测器还包括：
24.设置在横向光电探测器的上表面，覆盖除x个第一电极和y个第二电极以外区域的钝化层。
25.在一种可能的实现方式中，该探测器还包括：
26.设置在横向光电探测器的上表面，覆盖除x个第一电极和y个第二电极以外区域的增透膜层。
27.本发明实施例提供一种横向光电探测器，包括衬底、第一外延层、x个阳极区、y个阴极区、x个第一电极和y个第二电极。每两个相邻的阳极区和阴极区通过第一外延层形成横向pin结，可以在入射光照射时快速形成光电流，大幅提升探测的灵敏度，进而提升光电探测器的工作性能。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.图1是本发明实施例提供的第一种横向光电探测器的结构示意图；
30.图2是本发明实施例提供的第二种的横向光电探测器的结构示意图；
31.图3是本发明实施例提供的第三种横向光电探测器的示意图；
32.图4是本发明实施例提供的第三种横向光电探测器的俯视示意图；
33.图5是本发明实施例提供的第三种横向光电探测器中阳极区和阴极区形状为环形的结构示意图；
34.图6是本发明实施例提供的第四种的横向光电探测器的结构示意图。
具体实施方式
35.为了使本技术领域的人员更好地理解本方案，下面将结合本方案实施例中的附图，对本方案实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本方案一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本方案中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本方案保护的范围。
36.本方案的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及其他任何变形，是指“包括但不限于”，意图在于覆盖不排他的包含，并不仅限于文中列举的示例。此外，术语“第一”和“第二”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。
37.以下结合具体附图对本发明的实现进行详细的描述：
38.图1为本发明实施例提供的第一种横向光电探测器的结构示意图。参照图1，该横向光电探测器包括衬底101、第一外延层102、x个阳极区103、y个阴极区104、x个第一电极105、y个第二电极106、第一金属带线107和第二金属带线108。
39.第一外延层102形成于衬底101上。x个阳极区103和y个阴极区104交替排列，均形成于第一外延层102上；其中，x个阳极区103和y个阴极区104相互之间均未直接接触，每两个相邻的阳极区103和阴极区104通过第一外延层102形成横向pin结。x个第一电极105一一对应形成于x个阳极区104上，x个第一电极105通过第一金属带线107电连接，y个第二电极106一一对应形成于y个阴极区上，y个第二电极106通过第二金属带线108电连接。
40.可选的，光电探测器可以为雪崩光电探测器。衬底101为半导体材料的衬底。横向光电探测器的每两个相邻的阳极区103和阴极区104通过第一外延层102形成横向pin结。入射光信号照射到横向光电探测器表面，产生光生载流子，光生载流子在横向pin结的横向电场作用下迅速向对应的第一电极105和第二电极106两端移动，形成光电流，可以对短波长光信号具有高响应度。实现横向光电探测器较高的内部增益，从而提高横向光电探测器的灵敏度。
41.可选的，阳极区103的数量x大于等于1，阴极区104的数量y大于等于1，并且阳极区103和阴极区104的总数量大于等于3，以交替排列的形式形成于第一外延层102上。相应的，每个阳极区103对应一个第一电极105，每个阴极区104对应一个第二电极106，所有的第一电极105通过第一金属带线107电连接，所有的第二电极106通过第二金属带线108电连接。
42.示例性的，参见图2，其示出了本发明实施例提供的第二种的横向光电探测器的结构示意图；其中，阳极区103的数量x＝2，阴极区104的数量y＝2。两个第一电极105和两个第二电极106交替排列，每个第一电极105和相邻的第二电极106通过第一外延层102形成横向pin结，也可以理解为第二电极106和相邻的第一电极105通过第一外延层102形成横向pin结。
43.本发明实施例的横向光电探测器，通过设置x个阳极区103和y个阴极区104，可以实现较大的光敏面积，从而有效解决了光电探测器的光敏面积小和内部增益低的问题，可以显著提升光电探测器的工作性能。
44.相较于如图1所示的横向光电探测器，本实施例中的横向光电探测器还可以包括增透膜层，增透膜层设置在横向光电探测器的上表面，覆盖除x个第一电极和y个第二电极以外区域。
45.可选的，在横向光电探测器的表面镀一层增透膜，可以提高横向光电探测器的响应度。
46.示例性的，如图3所示，其示出了本发明实施例提供的第三种横向光电探测器的示意图；其中，阳极区103的数量x＝2，阴极区104的数量y＝2。图3所示的第三种横向光电探测器包括增透膜层109。
47.在本发明的一些实施例中，该探测器还包括钝化层，钝化层设置在横向光电探测器的上表面，覆盖除x个第一电极和y个第二电极以外区域。
48.表面态是影响探测器性能的关键因素之一，为了提高探测器的性能，需要减少表面态。表面钝化是抑制或减少表面态的有效手段，因此，在横向探测器的表面设置一层钝化层，可以减少或者抑制探测器的表面态，提高光电探测器的工作性能。
49.如图4所示，其示出了本发明实施例提供的第三种横向光电探测器的俯视示意图。其中，两个第一电极105通过第一金属带线107电连接，两个第二电极106通过第二金属带线108电连接。
50.在本发明的一些实施例中，x个阳极区103和y个阴极区104均为矩形，或者均为圆形，或者均为环形。
51.可选的，阳极区103和阴极区104的形状为矩形或圆形或环形或任意形状.
52.示例性的，参见图5，其示出了本发明实施例提供的第三种横向光电探测器中阳极区和阴极区形状为环形的结构示意图。
53.在本发明的一些实施例中，第一外延层102在每两个相邻的阳极区103和阴极区104之间形成一个隔离平台。
54.可选的，隔离平台的上表面一般高于阳极区103和阴极区104的上表面。
55.在光电探测器在为雪崩光电探测器时，一般的雪崩光电探测器工作电场较高，会达到临界击穿电场，容易造成探测器表面提前击穿的情况，本发明实施例的横向光电探测器的第一外延层102在每两个相邻的阳极区103和阴极区104之间形成一个隔离平台，能够有效抑制器件表面提前击穿，从而提高横向光电探测器的工作可靠性。
56.示例性的，参见图6，其示出了本发明实施例提供的第四种的横向光电探测器的结构示意图。其中，阳极区103的数量x＝2，阴极区104的数量y＝2。图6所示的第四种横向光电探测器还包括隔离平台110。如图6所示，每两个相邻的阳极区103和阴极区104之间存在一个隔离平台110。
57.在本发明的一些实施例中，x个阳极区均为第一掺杂浓度的重掺杂p型区；
58.y个阴极区均为第二掺杂浓度的重掺杂n型区；
59.第一外延层为第三掺杂浓度的轻掺杂p型或者轻掺杂n型半导体材料；其中，第一掺杂浓度和第二掺杂浓度均大于第三掺杂浓度。
60.其中，x个阳极区103和y个阴极区104均为离子注入掺杂，可以提高横向光电探测器的灵敏度以及使用寿命。
61.可选的，第一掺杂浓度和第二掺杂浓度均处于10
18
～10
20
cm-3
范围；
62.第三掺杂浓度处于10
14
～10
18
cm-3
范围，且不包括10
18
cm-3
。
63.在本发明的一些实施例中，衬底101为半绝缘型半导体材料或者导电型半导体材料。
64.可选的，衬底为硅、砷化镓、氮化镓、碳化硅、金刚石、蓝宝石中的任意一种。
65.在本发明的一些实施例中，该探测器还包括：
66.设置在第一外延层102和衬底101之间的至少一层缓冲层；或者，
67.设置在第一外延层102和衬底101之间的第二外延层，第二外延层与第一外延层102的半导体材料类型不同。
68.本发明实施例的探测器的x个阳极区103和y个阴极区104通过第一外延层102在器件表面形成多个横向pin结。
69.一方面入射光信号照射到器件表面而产生光生载流子，光生载流子在横向pin结的强电场作用下迅速向电极两边移动并发生碰撞电离雪崩倍增效应，形成较高的内部增益，提高探测器的灵敏度。
70.另一方面，阳极区和阴极区的数量可以进行任意拓展，几乎不受限制，可以实现较大的光敏面积，从而有效解决了光电探测器的光敏面积小和内部增益低的问题。
71.此外，横向光电探测器的第一外延层102在每两个相邻的阳极区103和阴极区104之间形成一个隔离平台，能够有效抑制器件表面提前击穿，从而提高横向光电探测器的工作可靠性。
72.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。