特表 2022-505735 光電検出器、製造方法およびレーザーレーダーシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-01-14

(54)【発明の名称】光電検出器、製造方法およびレーザーレーダーシステム

(51)【国際特許分類】

   H01L 31/107 20060101AFI20220106BHJP

   G01J 1/42 20060101ALI20220106BHJP

【ＦＩ】

H01L31/10 B

G01J1/42 H

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021522388

(86)(22)【出願日】2019-10-16

(85)【翻訳文提出日】2021-05-27

(86)【国際出願番号】 CN2019111463

(87)【国際公開番号】W WO2020083082

(87)【国際公開日】2020-04-30

(31)【優先権主張番号】201811246844.9

(32)【優先日】2018-10-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】521048299

【氏名又は名称】フォグレイン テクノロジー （シェンゼン）カンパニー リミテッド

【氏名又は名称原語表記】ＰＨＯＧＲＡＩＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ（ＳＨＥＮＺＨＥＮ）ＣＯ．， ＬＴＤ．

【住所又は居所原語表記】Ｆ４， Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ａ５， Ｎａｎｓｈａｎ Ｉ－Ｐａｒｋ， Ｎｏ．１００１， Ｘｕｅｙｕａｎ Ｂｌｖｄ， Ｎａｎｓｈａｎ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ， Ｓｈｅｎｚｈｅｎ， Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｃｈｉｎａ

(74)【代理人】

【識別番号】100095407

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 満

(74)【代理人】

【識別番号】100132883

【弁理士】

【氏名又は名称】森川 泰司

(74)【代理人】

【識別番号】100148633

【弁理士】

【氏名又は名称】桜田 圭

(74)【代理人】

【識別番号】100147924

【弁理士】

【氏名又は名称】美恵 英樹

(72)【発明者】

【氏名】ゾウ， ヤン

(72)【発明者】

【氏名】リュウ， ホンリアン

(72)【発明者】

【氏名】ヤン， ヤンウェイ

【テーマコード（参考）】

2G065

5F849

【Ｆターム（参考）】

2G065AA12

2G065AB02

2G065AB09

2G065AB19

2G065AB22

2G065BA09

2G065BA14

2G065DA15

5F849AA02

5F849AA07

5F849AB07

5F849AB17

5F849BA03

5F849BA04

5F849BA05

5F849BA08

5F849BB07

5F849CB05

5F849CB06

5F849CB09

5F849CB14

5F849CB15

5F849DA03

5F849DA28

5F849FA05

5F849HA01

5F849HA12

5F849HA13

5F849LA01

5F849XB18

5F849XB38

(57)【要約】

光電検出器、製造方法およびレーザーレーダーシステムでは、光電検出器の感光領域（２００）を、１００μｍ～３００μｍの範囲の直径を有する円形領域にし、感光領域（２００）が５０μｍの従来の光電検出器に対して、検出距離を２００ｍ以上に到達させ、応答性を２０Ａ／Ｗ以上にし、暗電流を１０ｎＡ未満にすることができる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザーレーダーシステム用のアバランシェ光電検出器であって、前記光電検出器は、
チップ基板と、
１００μｍ～３００μｍの範囲の直径を有する円形の感光領域を含む、前記チップ基板の一方の側面に設けられたエピタキシャル機能層と、
前記エピタキシャル機能層の前記チップ基板から離反する一方の側面に設けられた第１の電極と、
前記チップ基板の他方の側面に設けられた第２の電極と、を含むことを特徴とする、光電検出器。

【請求項2】

前記エピタキシャル機能層は、前記チップ基板上に順次設けられたバッファ層、吸収層、遷移層、電界制御層、最上層および接触層を含み、
ここで、前記吸収層はＩｎＧａＡｓ吸収層であることを特徴とする、請求項１に記載の光電検出器。

【請求項3】

前記エピタキシャル機能層はＺｎ拡散領域を有し、前記Ｚｎ拡散領域は、第１の拡散領域と、前記第１の拡散領域を取り囲む第２の拡散領域とを含み、
前記第１の拡散領域の拡散深さはＨ１であり、前記第２の拡散領域の拡散深さはＨ２であり、前記接触層の厚さはｈ１であり、前記最上層の厚さはｈ２であり、前記電界制御層の厚さはｈ３であり、
ここで、ｈ１＜Ｈ１＜ｈ１＋ｈ２、ｈ１＋ｈ２＜Ｈ２＜ｈ１＋ｈ２＋ｈ３であり、
および／または、
前記吸収層の厚さは３．５μｍ未満であり、
および／または、
前記チップ基板はＮ型半絶縁性ＩｎＰ基板であり、前記バッファ層はＩｎＰバッファ層であり、遷移層はＩｎＧａＡｓＰ遷移層であり、前記電界制御層はＩｎＰ電界制御層であり、前記最上層はＩｎＰ最上層であり、前記接触層はＩｎＧａＡｓＰ接触層であることを特徴とする、請求項２に記載の光電検出器。

【請求項4】

前記エピタキシャル機能層は、前記チップ基板から離反する一方の側面にパッシベーション膜が設けられ、前記パッシベーション膜は前記感光領域を取り囲み、前記パッシベーション膜と前記感光領域との間に第１の電極スルーホールを有し、前記第１の電極は、前記第１の電極スルーホールを介して前記エピタキシャル機能層と電気的に接触することを特徴とする、請求項１に記載の光電検出器。

【請求項5】

前記パッシベーション膜は、積層された窒化シリコン層およびシリコン酸化層を含み、
および／または、
前記感光領域の表面には、反射防止膜が覆われており、
および／または、
前記感光領域の直径は２００μｍであることを特徴とする、請求項４に記載の光電検出器。

【請求項6】

製造方法は、
複数のチップ基板を備え、且つ隣接するチップ基板の間にカットチャネルを有するウェハを提供することと、
前記ウェハの一方の側面にエピタキシャル機能層を形成することと、ここで、各前記チップ基板に対応する前記エピタキシャル機能層は、いずれも円形の感光領域を含み、前記感光領域は１００μｍ～３００μｍの範囲の直径を有し、
前記エピタキシャル機能層の前記ウェハから離反する一側にパターニングされた第１の電極層を形成することと、ここで、前記第１の電極層は、前記チップ基板に１対１で対応する第１の電極を含み、
前記ウェハの他側に第２の電極層を形成することと、
前記カットチャネルに基づいて前記ウェハを分割し、複数のシングルグレイン光電検出器を形成することとを含み、ここで、分割後、前記第２の電極層は、前記チップ基板に１対１で対応する複数の第２の電極を形成することを特徴とする、光電検出器の製造方法。

【請求項7】

上述した前記ウェハの一方の側面にエピタキシャル機能層を形成することは、
前記ウェハ上に、バッファ層、吸収層、遷移層、電界制御層、最上層および接触層を順次成長させることを含み、
ここで、前記吸収層はＩｎＧａＡｓ吸収層であることを特徴とする、請求項６に記載の製造方法。

【請求項8】

前記エピタキシャル機能層はＺｎ拡散領域を有し、前記Ｚｎ拡散領域は、第１の拡散領域と、前記第１の拡散領域を取り囲む第２の拡散領域とを含み、前記Ｚｎ拡散領域の形成方法は、
前記接触層の表面にパッシベーション膜を形成することと、
前記パッシベーション膜をパターニングし、第１の拡散窓としての第１の環状領域を形成することと、ここで、各チップ基板に対応するパッシベーション膜のすべてに、前記第１の環状領域が設けられており、
前記第１の拡散窓に基づいて第１回のＺｎ拡散を行うことと、
前記第１の環状領域内の前記パッシベーション膜を除去し、第２の拡散窓を形成することと、
前記第１の拡散窓および前記第２の拡散窓に基づいて第２回のＺｎ拡散を行い、前記第１の拡散領域および前記第２の拡散領域を形成することと、を含むことを特徴とする、請求項７に記載の製造方法。

【請求項9】

前記第１の拡散領域の拡散深さはＨ１であり、前記第２の拡散領域の拡散深さはＨ２であり、前記接触層の厚さはｈ１であり、前記最上層の厚さはｈ２であり、前記電界制御層の厚さはｈ３であり、
ここで、ｈ１＜Ｈ１＜ｈ１＋ｈ２、ｈ１＋ｈ２＜Ｈ２＜ｈ１＋ｈ２＋ｈ３であることを特徴とする、請求項８に記載の製造方法。

【請求項10】

上述した前記エピタキシャル機能層の前記ウェハから離反する一側にパターニングされた第１の電極層を形成することは、
前記第１の拡散窓および前記第２の拡散窓を覆う反射防止膜を形成することと、
前記反射防止膜に環状開口部を形成し、前記環状開口部に囲まれた領域を前記感光領域とし、前記環状開口部を第１の電極スルーホールとすることと、
前記反射防止膜および前記パッシベーション膜の表面に前記第１の電極層を形成し、前記第１の電極層をパターニングし、前記チップ基板に１対１で対応する複数の第１の電極を形成し、前記第１の電極は、対応する前記第１の電極スルーホールを介して前記拡散領域に電気的に接触することと、を含むことを特徴とする、請求項９に記載の製造方法。

【請求項11】

レーザーレーダーシステムは、請求項１－５のいずれか一項に記載の光電検出器を含むことを特徴とする、レーザーレーダーシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光信号伝送技術の分野に関し、より具体的には、光電検出器、製造方法およびレーザーレーダーシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

自動車の自動運転技術の目標は、車両をより安全で、より快適に走行させ、ある程度交通渋滞を緩和することである。科学技術の進化に伴い、自動車の自動運転技術も成熟してきており、一部の自動運転機能を持つ先進運転支援システム（ＡＤＡＳ）が自動車に十分に組み込まれるようになっている。

【0003】

自動車の自動運転を可能にする主要な部品は、車載センサーである。自動運転の進化に伴い、車載センサーは新たな技術的課題に直面する。レーザーレーダー（ＬｉＤＡＲ）システムは、上記課題に対応する最適な解決手段として広く認識されている。この技術は、ＡＤＡＳの応用でその精度と信頼性が実証されている。また、レーザーレーダーシステムの高機能化・軽量化により、より多くの車載機能への搭載が可能になっている。

【0004】

レーザーレーダーシステムに対して、最も肝心なのは光波長の選択であり、現在、最も代表的な波長は９０５ｎｍと１５５０ｎｍであり、結晶シリコンは、精製やドーピングが容易であり、高温に強いなどの利点を有するが、１１００ｎｍを超える波長の光波を吸収できない。入射光の波長が１１００ｎｍを超えると、シリコン検出器の光に対する吸収率や応答率が大きく低下する。一方、波長が短いほど人体へのダメージが大きくなるため、レーザーレーダーシステムでは応答波長１５５０ｎｍのインジウムガリウム砒素アバランシェ光電検出器がより適している。しかし、既存のインジウムガリウム砒素アバランシェ光電検出器は、検出距離が短く、応答性が低いため、一般的に光ファイバ通信に使用されている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記課題を解決するために、本発明の実施例の技術的解決手段では、光電検出器の検出距離と応答性を向上させた光電検出器、製造方法およびレーザーレーダーシステムが提供されている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を実現するために、本発明の実施例は、以下のような技術的解決手段を提供する。

【0007】

レーザーレーダーシステム用のアバランシェ光電検出器である光電検出器であって、前記光電検出器は、
チップ基板と、
１００μｍ～３００μｍの範囲の直径を有する円形の感光領域を含む、前記チップ基板の一方の側面に設けられたエピタキシャル機能層と、
前記エピタキシャル機能層の前記チップ基板から離反する一方の側面に設けられた第１の電極と、
前記チップ基板の他方の側面に設けられた第２の電極と、を含む。

【0008】

任意選択的に、上記光電検出器において、前記エピタキシャル機能層は、前記チップ基板上に順次設けられたバッファ層、吸収層、遷移層、電界制御層、最上層および接触層を含む。

【0009】

ここで、前記吸収層はＩｎＧａＡｓ吸収層である。

【0010】

任意選択的に、上記光電検出器において、前記エピタキシャル機能層はＺｎ拡散領域を有し、前記Ｚｎ拡散領域は、第１の拡散領域と、前記第１の拡散領域を取り囲む第２の拡散領域とを含む。

【0011】

前記第１の拡散領域の拡散深さはＨ１であり、前記第２の拡散領域の拡散深さはＨ２であり、前記接触層の厚さはｈ１であり、前記最上層の厚さはｈ２であり、前記電界制御層の厚さはｈ３である。

【0012】

ここで、ｈ１＜Ｈ１＜ｈ１＋ｈ２、ｈ１＋ｈ２＜Ｈ２＜ｈ１＋ｈ２＋ｈ３。

【0013】

任意選択的に、上記光電検出器において、前記吸収層の厚さは３．５μｍ未満である。

【0014】

任意選択的に、上記光電検出器において、前記チップ基板はＮ型半絶縁性ＩｎＰ基板であり、前記バッファ層はＩｎＰバッファ層であり、遷移層はＩｎＧａＡｓＰ遷移層であり、前記電界制御層はＩｎＰ電界制御層であり、前記最上層はＩｎＰ最上層であり、前記接触層はＩｎＧａＡｓＰ接触層である。

【0015】

任意選択的に、上記光電検出器において、前記エピタキシャル機能層は、前記チップ基板から離反する一方の側面にパッシベーション膜が設けられ、前記パッシベーション膜は前記感光領域を取り囲み、前記パッシベーション膜と前記感光領域との間に第１の電極スルーホールを有し、前記第１の電極は、前記第１の電極スルーホールを介して前記エピタキシャル機能層と電気的に接触する。

【0016】

任意選択的に、上記光電検出器において、前記パッシベーション膜は、積層された窒化シリコン層およびシリコン酸化層を含む。

【0017】

任意選択的に、上記光電検出器において、前記感光領域の表面には、反射防止膜が覆われている。

【0018】

任意選択的に、上記光電検出器において、前記感光領域の直径は２００μｍである。

【0019】

本発明の実施例はさらに、光電検出器の製造方法を提供し、前記製造方法は、
複数のチップ基板を備え、且つ隣接するチップ基板の間にカットチャネルを有するウェハを提供することと、
前記ウェハの一方の側面にエピタキシャル機能層を形成することと、ここで、各前記チップ基板に対応する前記エピタキシャル機能層は、いずれも円形の感光領域を含み、前記感光領域は１００μｍ～３００μｍの範囲の直径を有し、
前記エピタキシャル機能層の前記ウェハから離反する一側にパターニングされた第１の電極層を形成することと、ここで、前記第１の電極層は、前記チップ基板に１対１で対応する第１の電極を含み、
前記ウェハの他側に第２の電極層を形成することと、
前記カットチャネルに基づいて前記ウェハを分割し、複数のシングルグレイン光電検出器を形成することとを含み、ここで、分割後、前記第２の電極層は、前記チップ基板に１対１で対応する複数の第２の電極を形成する。

【0020】

任意選択的に、上記製造方法において、上述した前記ウェハの一方の側面にエピタキシャル機能層を形成することは、
前記ウェハ上に、バッファ層、吸収層、遷移層、電界制御層、最上層および接触層を順次成長させることを含み、
ここで、前記吸収層はＩｎＧａＡｓ吸収層である。

【0021】

任意選択的に、上記製造方法において、前記エピタキシャル機能層はＺｎ拡散領域を有し、前記Ｚｎ拡散領域は、第１の拡散領域と、前記第１の拡散領域を取り囲む第２の拡散領域とを含み、前記Ｚｎ拡散領域の形成方法は、
前記接触層の表面にパッシベーション膜を形成することと、
前記パッシベーション膜をパターニングし、第１の拡散窓としての第１の環状領域を形成することと、ここで、各チップ基板に対応するパッシベーション膜のすべてに、前記第１の環状領域が設けられており、
前記第１の拡散窓に基づいて第１回のＺｎ拡散を行うことと、
前記第１の環状領域内の前記パッシベーション膜を除去し、第２の拡散窓を形成することと、
前記第１の拡散窓および前記第２の拡散窓に基づいて第２回のＺｎ拡散を行い、前記第１の拡散領域および前記第２の拡散領域を形成することと、を含む。

【0022】

任意選択的に、上記製造方法において、前記第１の拡散領域の拡散深さはＨ１であり、前記第２の拡散領域の拡散深さはＨ２であり、前記接触層の厚さはｈ１であり、前記最上層の厚さはｈ２であり、前記電界制御層の厚さはｈ３であり、
ここで、ｈ１＜Ｈ１＜ｈ１＋ｈ２、ｈ１＋ｈ２＜Ｈ２＜ｈ１＋ｈ２＋ｈ３。

【0023】

任意選択的に、上記製造方法において、上述した前記エピタキシャル機能層の前記ウェハから離反する一側にパターニングされた第１の電極層を形成することは、
前記第１の拡散窓および前記第２の拡散窓を覆う反射防止膜を形成することと、
前記反射防止膜に環状開口部を形成し、前記環状開口部に囲まれた領域を前記感光領域とし、前記環状開口部を第１の電極スルーホールとすることと、
前記反射防止膜および前記パッシベーション膜の表面に前記第１の電極層を形成し、前記第１の電極層をパターニングし、前記チップ基板に１対１で対応する複数の第１の電極を形成し、前記第１の電極は、対応する前記第１の電極スルーホールを介して前記拡散領域に電気的に接触することと、を含む。

【0024】

本発明の実施例はさらに、レーザーレーダーシステムを提供し、前記レーザーレーダーシステムは、上記のいずれか一項に記載の光電検出器を含む。

【0025】

以上の説明からわかるように、本発明の実施例の技術的解決手段によって提供される光電検出器、製造方法およびレーザーレーダーシステムでは、光電検出器の感光領域を、１００μｍ～３００μｍの範囲の直径を有する円形領域にし、感光領域が５０μｍの従来の光電検出器に対して、検出距離を２００ｍ以上に到達させ、応答性を２０Ａ／Ｗ以上にし、暗電流を１０ｎＡ未満にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

本発明の実施例または従来技術における技術的解決手段をより明確に説明するために、以下、実施例または従来技術の説明で使用される図面を簡単に紹介し、当然のことながら、以下の説明における図面は、本発明の実施例に過ぎず、当業者であれば、創造的労働を要することなく、これらの図面に基づくその他の図面を得ることができる。

【0027】

【図1】本発明の実施例によって提供される光電検出器の正面上面図である。

【図2】図１に示す光電検出器のＰ－Ｐ’方向に沿った断面図である。

【図3】本発明の実施例によって提供される光電検出器の製造方法のフローチャートである。

【図4】本発明の実施例によって提供される光電検出器の製造方法のフローチャートである。

【図5】本発明の実施例によって提供される光電検出器の製造方法のフローチャートである。

【図6】本発明の実施例によって提供される光電検出器の製造方法のフローチャートである。

【図7】本発明の実施例によって提供される光電検出器の製造方法のフローチャートである。

【図8】本発明の実施例によって提供される光電検出器の製造方法のフローチャートである。

【図9】本発明の実施例によって提供される光電検出器の製造方法のフローチャートである。

【図10】本発明の実施例によって提供される光電検出器の製造方法のフローチャートである。

【図11】本発明の実施例によって提供される光電検出器の製造方法のフローチャートである。

【図12】本発明の実施例によって提供される光電検出器の製造方法のフローチャートである。

【図13】本発明の実施例によって提供される光電検出器の製造方法のフローチャートである。

【図14】本発明の実施例によって提供される光電検出器の製造方法のフローチャートである。

【図15】本発明の実施例によって提供される光電検出器の製造方法のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0028】

本出願の実施例の目的、技術的解決手段および利点をより明確にするために、本出願の実施例における図面と併せて、本出願の実施例における技術的解決手段を以下に明確かつ完全に説明し、もちろん、説明された実施例は本出願の実施例の一部であり、そのすべてではない。当業者は、本出願の実施例に基づいて、創造的労働を要することなく得られたその他のすべての実施例は、本出願の保護の範囲内にある。

【0029】

赤外線単光子の検出では、従来のインジウムガリウム砒素アバランシェ光電検出器は、シリコンアバランシェ光電検出器に比べて検出効率が悪く、バックグラウンドノイズが大きく、検出距離が短いという問題がある。本発明の実施例によって提供される光電検出器は、インジウムガリウム砒素アバランシェ光電検出器であり、１５５０ｎｍの波長の信号に応答することができ、検出効率が高く、バックグラウンドノイズが低く、検出距離が大きく、応答性が高いという利点を有する。

【0030】

本発明の上記目的、特徴および利点をより容易に理解するために、以下は図面および特定の実施形態と併せて、本発明をさらに詳細に説明する。

【0031】

図１および図２を参照し、図１は本発明の実施例によって提供される光電検出器の正面上面図であり、図２は図１に示す光電検出器のＰ－Ｐ’方向に沿った断面図であり、本発明の実施例に記載の光電検出器は、チップ基板２、およびエピタキシャル機能層１００を含み、前記エピタキシャル機能層１００は、前記チップ基板２の一方の側面に設けられる。前記エピタキシャル機能層１００は、円形の感光領域２００を含み、前記感光領域２００は、１００μｍ～３００μｍの範囲の直径を有する。

【0032】

前記光電検出器はさらに、第１の電極１２および第２の電極１を含む。前記第１の電極１２は、前記エピタキシャル機能層１００の前記チップ基板２から離反する一方の側面に設けられ、前記第１の電極１２は環状であり、前記感光領域２００を取り囲んでいる。前記第１の電極１２は、前記エピタキシャル機能層１００に電気的に接触する。前記第２の電極１は、前記チップ基板２の他方の側面に設けられる。前記第２の電極１は、前記チップ基板２の他方の側面を完全に覆う。

【0033】

本発明の実施例に記載の光電検出器は、インジウムガリウム砒素アバランシェ光電検出器であり、前記感光領域２００の直径の範囲を１００μｍ～３００μｍに設定する。一方、従来のインジウムガリウム砒素アバランシェ光電検出器では、その感光領域の直径はわずか５０μｍであり、短距離の光ファイバ通信に使用されている。本発明の実施例に記載の光電検出器は、既存の構造に比べて、感光領域の範囲が大きくなり、検出効率、検出距離および応答性が向上し、バックグラウンドノイズが低減される。

【0034】

図２に示すように、前記エピタキシャル機能層１００は、前記チップ基板上に順次設けられたバッファ層３、吸収層４、遷移層５、電界制御層６、最上層７および接触層８を含み、ここで、前記吸収層４はＩｎＧａＡｓ吸収層である。この構造のエピタキシャル機能層１００を上記範囲の感光領域２００と合わせることで、光電検出器の検出距離を大幅に長くし、応答性を大幅に改善することができる。

【0035】

前記エピタキシャル機能層１００は、Ｚｎ拡散領域１０を有し、これにより、エピタキシャル機能層１００にＰＮ接合を形成して光信号を電気信号に変換する。前記Ｚｎ拡散領域１０は、第１の拡散領域１０１と、前記第１の拡散領域１０１を取り囲む第２の拡散領域１０２とを含み、前記第１の拡散領域１０１の拡散深さはＨ１であり、前記第２の拡散領域の拡散深さはＨ２であり、前記接触層の厚さはｈ１であり、前記最上層の厚さはｈ２であり、前記電界制御層の厚さはｈ３である。

【0036】

ここで、ｈ１＜Ｈ１＜ｈ１＋ｈ２、ｈ１＋ｈ２＜Ｈ２＜ｈ１＋ｈ２＋ｈ３である。このようにして、光電検出器の検出距離を長くし応答性を向上させるとともに、拡散領域１０のエッジブレークダウン効果を抑制し、ゼロボルトバイアスで光電流を発生させることができる。

【0037】

図２に示すように、Ｚｎ拡散領域１０の外径を、感光領域２００の外径よりも大きくすることで、感光領域２００を介して検出器に導かれた光信号がすべてＺｎ拡散領域内に入り、電気信号に変換され得る。

【0038】

本発明の実施例に記載の光電検出器では、前記吸収層４の厚さは３．５μｍ未満である。既存の構造に比べて、感光領域２００の範囲が大きくなり、厚さを減らすことができる。

【0039】

前記チップ基板２はＮ型半絶縁性ＩｎＰ基板であり、前記バッファ層３はＩｎＰバッファ層であり、遷移層５はＩｎＧａＡｓＰ遷移層であり、前記電界制御層６はＩｎＰ電界制御層であり、前記最上層７はＩｎＰ最上層であり、前記接触層８はＩｎＧａＡｓＰ接触層である。上記実施形態のチップ基板２およびエピタキシャル機能層１００を用いて、上記サイズの感光領域２００と合わせることで、光電検出器の検出距離を大幅に長くし応答性を大幅に改善することができる。

【0040】

本発明の実施例では、前記エピタキシャル機能層１００の前記チップ基板２から離反する一方の側面にはパッシベーション膜９が設けられ、前記パッシベーション膜９は前記感光領域２００を取り囲んでおり、前記パッシベーション膜９と前記感光領域２００との間に第１の電極スルーホール１３を有し、前記第１の電極１２は、前記第１の電極スルーホール１３を介して前記エピタキシャル機能層１００に電気的に接触する。任意選択的に、前記パッシベーション膜９は、積層された窒化シリコン層とシリコン酸化層を含み、ここで、窒化シリコン層とシリコン酸化層の形成順序は、本出願において限定されることなく、需要に応じて調整することができる。

【0041】

感光領域２００の透過率を高め、検出感度を向上させるために、前記感光領域２００の表面には反射防止膜１１が覆われている。

【0042】

本発明の実施例において、前記感光領域２００の直径は２００μｍである。前記感光領域２００の直径が２００μｍである場合、検出距離および応答性を最大化し、暗電流およびバックグラウンドノイズを大きく低減することができる。

【0043】

以上の説明からわかるように、本発明の実施例に記載の光電検出器は、検出効率が高く、バックグラウンドノイズが低く、検出距離が大きく、応答性が高いなどの多くの利点を有し、車載レーザーレーダーシステムに使用され、１５５０ｎｍの光波信号をより良く検出することができる。

【0044】

上記実施例に基づいて、本発明の別の実施例はさらに、上記実施例に記載の光電検出器を製造するための製造方法を提供し、前記製造方法は図３－図１５に示す通りで、図３－図１５は、本発明の実施例によって提供される光電検出器の製造方法のフローチャートであり、当該製造方法は以下のステップを含む。

【0045】

ステップＳ１１：図３および図４に示すように、ウェハ４００を提供する。

【0046】

図３はウェハ４００の上面図であり、図４は、図３に示すウェハ４００のＱ－Ｑ’方向に沿った断面図である。前記ウェハ４００は、複数のチップ基板２を含み、隣接する前記チップ基板２の間にカットチャネル３００を有する。

【0047】

ステップＳ１２：図５－図１０に示すように、前記ウェハの一方の側面にエピタキシャル機能層１００を形成する。

【0048】

各前記チップ基板２に対応する前記エピタキシャル機能層１００はすべて、円形の感光領域２００を含み、前記感光領域２００は、１００μｍ～３００μｍの範囲の直径を有する。

【0049】

このステップでは、上述した前記ウェハの一方の側面にエピタキシャル機能層１００を形成することは、図５に示すように、前記ウェハ上に、バッファ層３、吸収層４、遷移層５、電界制御層６、最上層７および接触層８を順次成長させることを含み、ここで、前記吸収層４はＩｎＧａＡｓ吸収層である。

【0050】

Ｍ０ＣＶＤエピタキシャル成長装置を用いて、前記エピタキシャル機能層１００の各層の構造を順次形成することができる。ウェハはＮ型半絶縁性ＩｎＰウェハであるため、チップ基板２はすべてＮ型半絶縁性ＩｎＰ基板である。ウェハ上に、厚さが１ｕｍを超え、ドーピング濃度が１Ｘ１０^１７ｃｍ^－３を超えるＩｎＰバッファ層３と、厚さが３．５ｕｍ未満、ドーピング濃度が５Ｘ１０^１４ｃｍ^－３未満のＩｎＧａＡｓ吸収層４と、カットオフ波長がそれぞれ１．４５ｕｍ、１．２５ｕｍ、１．０５ｕｍで、厚さが０．１ｕｍ未満のＩｎＧａＡｓＰ遷移層５と、厚さが０．２５ｕｍ未満、ドーピング濃度が１Ｘ１０^１７ｃｍ^－３を超えるＩｎＰ電界制御層６と、厚さが３．５ｕｍを超え、ドーピング濃度が１Ｘ１０^１５ｃｍ^－３未満のＩｎＰ最上層７と、厚さが０．２ｕｍ未満、カットオフ波長が１．０５ｕｍのＩｎＧａＡｓＰ接触層８と、を順次成長させる。

【0051】

前記エピタキシャル機能層は、Ｚｎ拡散領域１０を有し、前記Ｚｎ拡散領域１０は、第１の拡散領域１０１と、前記第１の拡散領域１０１を取り囲む第２の拡散領域１０２とを含み、前記Ｚｎ拡散領域１０の形成方法は以下を含む。

【0052】

まず、図６に示すように、前記接触層８の表面にパッシベーション膜９を形成する。ＰＥＣＶＤ装置を用いて前記パッシベーション膜９を形成することができる。

【0053】

次に、図７に示すように、前記パッシベーション膜９をパターニングし、第１の拡散窓９１としての第１の環状領域を形成する。各チップ基板２に対応するパッシベーション膜のすべてに、前記第１の環状領域が設けられている。同じ前記チップ基板２については、前記エピタキシャル機能層１００上の前記第１の環状領域の垂直投影は、前記感光領域２００をカバーする。第１の環状領域の外径は、前記感光領域２００を取り囲む。このステップでは、フォトリソグラフィまたは反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）またはウェットエッチングプロセスによって、前記パッシベーション膜９をパターニングすることができる。前記パッシベーション膜９は、積層された窒化シリコン層とシリコン酸化層を含み、ここで、窒化シリコン層とシリコン酸化層の形成順序は、本出願において限定されることなく、需要に応じて調整することができる。

【0054】

前記第１の環状領域を形成する時、後続の切断処理を容易にするために、カットチャネル３００の位置にあるパッシベーション膜９をそれと同時に除去することができる。また、カットチャネル３００の位置にあるパッシベーション膜９を保持し、後続の切断処理によってカットチャネル３００の位置にあるパッシベーション膜９を直接分割して除去してもよい。

【0055】

さらに図８に示すように、前記第１の拡散窓に基づいて第１回のＺｎ拡散を行う。第１回のＺｎ拡散によって形成された拡散領域は環状であり、横方向の拡散が存在するため、この環状の幅は、第１の拡散窓９１に対応する環状の幅よりも大きい。

【0056】

さらに図９に示すように、前記第１の環状領域内の前記パッシベーション膜９を除去して、第２の拡散窓９２を形成する。このステップでは、フォトリソグラフィまたは反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）またはウェットエッチングプロセスによって、前記パッシベーション膜９をパターニングすることができる。

【0057】

最後に、図１０に示すように、前記第１の拡散窓９１および前記第２の拡散窓９２に基づいて第２回のＺｎ拡散を行い、前記第１の拡散領域１０１および前記第２の拡散領域１０２を形成する。

【0058】

最上層７はＮ型であり、Ｚｎ拡散領域１０はＰ型であり、Ｚｎ拡散領域１０の第１の拡散領域１０１は、下方の最上層７とＰ－Ｎ接合を形成してもよい。Ｚｎ拡散領域１０の第２の拡散領域１０２は、第１の拡散領域１０１に比べて拡散深さが大きく、第２の拡散領域１０２の底部が電界制御層６内に位置することで、Ｚｎ拡散領域１０全体を囲む環状の保護構造を形成し、エッジブレークダウン効果を抑制し、ゼロボルトバイアスで光電流を発生させることができる。

【0059】

上記のように、前記第１の拡散領域１０１の拡散深さはＨ１であり、前記第２の拡散領域１０２の拡散深さはＨ２であり、前記接触層の厚さはｈ１であり、前記最上層の厚さはｈ２であり、前記電界制御層の厚さはｈ３であり、ここで、ｈ１＜Ｈ１＜ｈ１＋ｈ２、ｈ１＋ｈ２＜Ｈ２＜ｈ１＋ｈ２＋ｈ３である。

【0060】

ステップＳ１２：図１１－図１３に示すように、前記エピタキシャル機能層１００の前記ウェハから離反する一側にパターニングされた第１の電極層を形成し、前記第１の電極層は、前記チップ基板２に対応する第１の電極１２を含む。第１の電極１２はＰ電極である。

【0061】

熱蒸着プロセスまたは電子ビーム蒸着プロセスのいずれかを用いて前記第１の電極層を形成することができる。第１の電極層は、順次形成されたＴｉ／Ｐｔ／Ａｕであってもよく、この三層構造では、Ｔｉが最初に形成される。他の形態では、第１の電極層は、順次形成されたＣｒ／Ａｕであってもよく、この２層構造ではＣｒが最初に形成される。フォトリソグラフィまたはウェットエッチングのいずれかを用いて、前記第１の電極層をパターニングすることができる。

【0062】

このステップでは、上述した前記エピタキシャル機能層１００の前記ウェハから離反する一側にパターニングされた第１の電極層を形成することは以下を含む。

【0063】

まず、図１１に示すように、前記第１の拡散窓および前記第２の拡散窓を覆う反射防止膜１１を形成する。

【0064】

次に、図１２に示すように、前記反射防止膜に環状開口部を形成し、前記環状開口部に囲まれた領域を前記感光領域２００とし、当該環状開口部を第１の電極スルーホール１３とする。

【0065】

最後に、図１３に示すように、前記反射防止膜１１および前記パッシベーション膜９の表面に前記第１の電極層を形成し、且つ前記第１の電極層をパターニングして前記チップ基板２に１対１で対応する複数の第１の電極１２を形成し、前記第１の電極１２は、対応する前記第１の電極スルーホール１３を介して前記拡散領域１０に電気的に接触する。

【0066】

ステップＳ１３：図１４に示すように、前記ウェハの他側に第２の電極層を形成する。

【0067】

前記第２の電極層を形成する前に、前記ウェハの他側を薄くして、ウェハの厚さを１５０μｍ±５μｍにしてもよい。熱蒸着プロセスまたは電子ビーム蒸着プロセスによって前記第２の電極層を形成することができる。第２の電極層はＡｕ層であってもよく、厚さが０．５μｍを超える。

【0068】

ステップＳ１４：図１５に示すように、前記カットチャネル３００に基づいて前記ウェハを分割し、複数のシングルグレイン光電検出器を形成する。ここで、分割後、前記第２の電極層は、前記チップ基板２に対応する複数の第２の電極１を形成する。第２の電極１はＮ電極である。

【0069】

本発明の実施例に記載の製造方法によれば、上記実施例に記載の光電検出器を、簡単な製造方法と低い製造コストで製造することができる。実験データによると、この光電検出器は、検出距離が２００ｍ以上に達し、応答性が２０Ａ／Ｗ以上に達し、暗電流を１０ｎＡ未満にすることができる。

【0070】

上記実施例に基づいて、本発明の別の実施例はさらに、レーザーレーダーシステムを提供し、前記レーザーレーダーシステムは上記実施例に記載の光電検出器を含む。

【0071】

なお、本明細書の各実施例は、他の実施例との相違点に着目して漸進式で説明されており、各実施例間の同様または類似部分については相互に参照すれば十分である。

【0072】

なお、本書では、「第１」や「第２」などの関係用語は、ある実体や操作を別の実体や操作から区別するためにのみ使用されており、それらの実体や操作の間にこのような関係や順序が実在することを必ずしも必要としたり、示唆したりするものではない。さらに、「含む」、「包含」またはその任意の変体は、一連の要素からなるプロセス、方法、物品、または装置が、それらの要素だけでなく、明示的に記載されていない他の要素、またはそのようなプロセス、方法、物品、または装置に固有の要素も含むような、非排他的な包含を対象とすることを意図している。さらに限定されることなく、「・・・・・・を含む」という記述によって定義される要素は、当該要素を含むプロセス、方法、物品または装置における追加の同一の要素の存在を排除するものではない。

【0073】

本明細書、添付図面、および特許請求の範囲で言及されている上記特徴は、本発明の範囲内で意味があれば任意で互いに組み合わせることができる。

【0074】

前述の内容は、当業者が本発明を理解または実施できるようにするための、本発明の具体的な実施形態に過ぎない。これらの実施例に対する様々な変更が当業者にとって明らかであり、ここで定義された一般原則は、本発明の精神または範囲から逸脱することなく他の実施例で実施することができる。したがって、本発明は、本明細書に示されたこれらの実施例に限定されるものではなく、本明細書に適用された原理および新規の特徴に合致する最も広い範囲に適用されるものである。

【0075】

（付記１）
レーザーレーダーシステム用のアバランシェ光電検出器であって、前記光電検出器は、
チップ基板と、
１００μｍ～３００μｍの範囲の直径を有する円形の感光領域を含む、前記チップ基板の一方の側面に設けられたエピタキシャル機能層と、
前記エピタキシャル機能層の前記チップ基板から離反する一方の側面に設けられた第１の電極と、
前記チップ基板の他方の側面に設けられた第２の電極と、を含むことを特徴とする、光電検出器。

【0076】

（付記２）
前記エピタキシャル機能層は、前記チップ基板上に順次設けられたバッファ層、吸収層、遷移層、電界制御層、最上層および接触層を含み、
ここで、前記吸収層はＩｎＧａＡｓ吸収層であることを特徴とする、付記１に記載の光電検出器。

【0077】

（付記３）
前記エピタキシャル機能層はＺｎ拡散領域を有し、前記Ｚｎ拡散領域は、第１の拡散領域と、前記第１の拡散領域を取り囲む第２の拡散領域とを含み、
前記第１の拡散領域の拡散深さはＨ１であり、前記第２の拡散領域の拡散深さはＨ２であり、前記接触層の厚さはｈ１であり、前記最上層の厚さはｈ２であり、前記電界制御層の厚さはｈ３であり、
ここで、ｈ１＜Ｈ１＜ｈ１＋ｈ２、ｈ１＋ｈ２＜Ｈ２＜ｈ１＋ｈ２＋ｈ３であり、
および／または、
前記吸収層の厚さは３．５μｍ未満であり、
および／または、
前記チップ基板はＮ型半絶縁性ＩｎＰ基板であり、前記バッファ層はＩｎＰバッファ層であり、遷移層はＩｎＧａＡｓＰ遷移層であり、前記電界制御層はＩｎＰ電界制御層であり、前記最上層はＩｎＰ最上層であり、前記接触層はＩｎＧａＡｓＰ接触層であることを特徴とする、付記２に記載の光電検出器。

【0078】

（付記４）
前記エピタキシャル機能層は、前記チップ基板から離反する一方の側面にパッシベーション膜が設けられ、前記パッシベーション膜は前記感光領域を取り囲み、前記パッシベーション膜と前記感光領域との間に第１の電極スルーホールを有し、前記第１の電極は、前記第１の電極スルーホールを介して前記エピタキシャル機能層と電気的に接触することを特徴とする、付記１に記載の光電検出器。

【0079】

（付記５）
前記パッシベーション膜は、積層された窒化シリコン層およびシリコン酸化層を含み、
および／または、
前記感光領域の表面には、反射防止膜が覆われており、
および／または、
前記感光領域の直径は２００μｍであることを特徴とする、付記４に記載の光電検出器。

【0080】

（付記６）
製造方法は、
複数のチップ基板を備え、且つ隣接するチップ基板の間にカットチャネルを有するウェハを提供することと、
前記ウェハの一方の側面にエピタキシャル機能層を形成することと、ここで、各前記チップ基板に対応する前記エピタキシャル機能層は、いずれも円形の感光領域を含み、前記感光領域は１００μｍ～３００μｍの範囲の直径を有し、
前記エピタキシャル機能層の前記ウェハから離反する一側にパターニングされた第１の電極層を形成することと、ここで、前記第１の電極層は、前記チップ基板に１対１で対応する第１の電極を含み、
前記ウェハの他側に第２の電極層を形成することと、
前記カットチャネルに基づいて前記ウェハを分割し、複数のシングルグレイン光電検出器を形成することとを含み、ここで、分割後、前記第２の電極層は、前記チップ基板に１対１で対応する複数の第２の電極を形成することを特徴とする、光電検出器の製造方法。

【0081】

（付記７）
上述した前記ウェハの一方の側面にエピタキシャル機能層を形成することは、
前記ウェハ上に、バッファ層、吸収層、遷移層、電界制御層、最上層および接触層を順次成長させることを含み、
ここで、前記吸収層はＩｎＧａＡｓ吸収層であることを特徴とする、付記６に記載の製造方法。

【0082】

（付記８）
前記エピタキシャル機能層はＺｎ拡散領域を有し、前記Ｚｎ拡散領域は、第１の拡散領域と、前記第１の拡散領域を取り囲む第２の拡散領域とを含み、前記Ｚｎ拡散領域の形成方法は、
前記接触層の表面にパッシベーション膜を形成することと、
前記パッシベーション膜をパターニングし、第１の拡散窓としての第１の環状領域を形成することと、ここで、各チップ基板に対応するパッシベーション膜のすべてに、前記第１の環状領域が設けられており、
前記第１の拡散窓に基づいて第１回のＺｎ拡散を行うことと、
前記第１の環状領域内の前記パッシベーション膜を除去し、第２の拡散窓を形成することと、
前記第１の拡散窓および前記第２の拡散窓に基づいて第２回のＺｎ拡散を行い、前記第１の拡散領域および前記第２の拡散領域を形成することと、を含むことを特徴とする、付記７に記載の製造方法。

【0083】

（付記９）
前記第１の拡散領域の拡散深さはＨ１であり、前記第２の拡散領域の拡散深さはＨ２であり、前記接触層の厚さはｈ１であり、前記最上層の厚さはｈ２であり、前記電界制御層の厚さはｈ３であり、
ここで、ｈ１＜Ｈ１＜ｈ１＋ｈ２、ｈ１＋ｈ２＜Ｈ２＜ｈ１＋ｈ２＋ｈ３であることを特徴とする、付記８に記載の製造方法。

【0084】

（付記１０）
上述した前記エピタキシャル機能層の前記ウェハから離反する一側にパターニングされた第１の電極層を形成することは、
前記第１の拡散窓および前記第２の拡散窓を覆う反射防止膜を形成することと、
前記反射防止膜に環状開口部を形成し、前記環状開口部に囲まれた領域を前記感光領域とし、前記環状開口部を第１の電極スルーホールとすることと、
前記反射防止膜および前記パッシベーション膜の表面に前記第１の電極層を形成し、前記第１の電極層をパターニングし、前記チップ基板に１対１で対応する複数の第１の電極を形成し、前記第１の電極は、対応する前記第１の電極スルーホールを介して前記拡散領域に電気的に接触することと、を含むことを特徴とする、付記９に記載の製造方法。

【0085】

（付記１１）
レーザーレーダーシステムは、付記１－５のいずれか一つに記載の光電検出器を含むことを特徴とする、レーザーレーダーシステム。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【国際調査報告】