光电芯片和光电芯片的制备方法

技术领域

本发明涉及光电探测技术领域，尤其涉及一种光电芯片和光电芯片的制备方法。

背景技术

通常的光探测器光电芯片只有一个光探测区域。如图1所示，由于整个光探测区域的探测效率是一样的，所以只有一个光探测区域的结构仅能对接收激光的光斑功率进行探测，而不能对所探测激光的光斑位置进行判断，从而进行激光跟踪制导。

现有技术中公开了一种四象限的光电芯片。如图2所示，在四象限的光电芯片中，光电芯片的光探测区域分为了四个不同的探测区域，可以在一定程度上对入射光斑的位置进行判断。但是现有技术中的光电芯片依旧无法实现对更高激光位置的精度判断的需求，以及更高精度的激光光功率的判断需求。

例如，如图3所示，当入射光斑10处于光探测区域时，该四象限的光电芯片仅能判断入射光斑处于该象限中，而不能判断处于该象限中的具体位置，这对于激光跟踪制导仍然存在误判的可能。

发明内容

为了解决光电芯片能够准确地判断入射光斑的具体位置的技术问题，本发明提供了一种光电芯片、光电芯片的制备方法。

第一方面，本发明公开了一种光电芯片的制备方法，包括以下步骤：

在衬底上形成外延结构；

在所述外延结构上形成扩散阻挡介质膜；

通过光刻将所述扩散阻挡介质膜分隔为同心的内圆探测区域和外环探测区域，所述外环探测区域环绕所述内圆探测区域；并通过光刻将所述内圆探测区域分为多个内圆区域，将所述外环探测区域分为多个外环区域；

对所述内圆探测区域和所述外环探测区域进行扩散，形成PN结；

在所述扩散阻挡介质膜上形成增透膜。

可选地，所述在衬底上形成外延结构包括通过金属有机化合物化学气相沉淀法在所述衬底上形成外延结构；和/或，所述在所述扩散阻挡介质膜上形成增透膜包括通过等离子体增强化学的气相沉积法在所述扩散阻挡介质膜上形成增透膜。

可选地，所述外延结构依次包括顶层、吸收层、以及缓冲层；

所述在所述外延结构上形成扩散阻挡介质膜包括在所述顶层上形成所述扩散阻挡介质膜。

可选地，所述顶层为InP顶层，所述吸收层为InGaAs吸收层，所述缓冲层为InP缓冲层，所述衬底为InP衬底。

可选地，所述扩散阻挡介质膜为SiO

第二方面，本发明提供一种光电芯片，利用上述的光电芯片的制备方法制备形成；所述光电芯片包括圆形光敏面，所述圆形光敏面包括同心设置的内圆探测区域和外环探测区域，所述内圆探测区域分为多个独立的内圆区域，所述外环探测区域分为多个独立的外环区域；所述外环探测区域环绕所述内圆探测区域。

可选地，两个相邻的所述内圆区域的间隔与两个相邻的所述外环区域的间隔彼此错开。

可选地，所述内圆探测区域包括四个独立的内圆区域，所述外环探测区域包括四个独立的外环区域。

可选地，相邻两个所述内圆区域之间的间隔间距为h1，h1的取值范围为1um＜h1＜50um。

可选地，相邻两个所述外环区域之间的间隔间距为h2，h2的取值范围为1um＜h2＜50um。

本发明实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本发明实施例提供的光电芯片和光电芯片制备方法。光电芯片制备方法包括以下步骤：在衬底上形成外延结构；在外延结构上形成扩散阻挡介质膜；通过光刻将扩散阻挡介质膜分隔为同心的内圆探测区域和外环探测区域，外环探测区域环绕内圆探测区域；并通过光刻将内圆探测区域分为多个内圆区域，将外环探测区域分为多个外环区域；对内圆探测区域和外环探测区域进行扩散，形成PN结；在扩散阻挡介质膜上形成增透膜。这样，通过光刻扩散阻挡介质膜从而形成多个外环区域和多个内环区域，多个外环区域和多个内环区域分别进行独立的探测，从而有效地增加了对入射光斑位置的探测精度，进而有效地避免了对激光位置跟踪造成的误判。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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，对于本领域普通技术人员而言，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。

附图中：

图1是常规光电芯片的结构示意图；

图2是四象限光电芯片的结构示意图；

图3是四象限光电芯片的光斑入射位置示意图；

图4至图12是本发明实施例提供的光电芯片制备方法的操作示意图；

图13和图14是本发明实施例提供的光电芯片的结构示意图。

附图说明：

100、光电芯片；110、内圆探测区域；120、外环探测区域；130、信号引出线；

111、内圆区域；121、外环区域；101、增透膜；102、扩散阻挡介质膜；103、顶层；104、吸收层；105、缓冲层；106、衬底；112、内圆区域的间隔；122、外环区域的间隔；

10、入射光斑。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。以下描述中，需要理解的是，“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”、“纵”、“横”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“头”、“尾”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系、以特定的方位构造和操作，仅是为了便于描述本技术方案，而不是指示所指的装置或元件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本发明的限制。

还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“设置”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。当一个元件被称为在另一元件“上”或“下”时，该元件能够“直接地”或“间接地”位于另一元件之上，或者也可能存在一个或更多个居间元件。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅是为了便于描述本技术方案，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

参考图4至图12，依据本发明实施例提供的一种光电芯片100的制备方法包括以下步骤：

在衬底106上形成外延结构；

在外延结构上形成扩散阻挡介质膜102；

通过光刻将扩散阻挡介质膜102分隔为同心的内圆探测区域110和外环探测区域120，外环探测区域120环绕内圆探测区域110；并通过光刻将内圆探测区域110分为多个内圆区域111，将外环探测区域120分为多个外环区域121；

对内圆探测区域110和外环探测区域120进行扩散，形成PN结；

在扩散阻挡介质膜102上形成增透膜101。

这样，利用本发明实施例提供的光电芯片100的制备方法，通过光刻扩散阻挡介质膜102形成多个外环区域121和多个内环区域111，从而形成多个独立的探测区域，进而有效地增加了对入射光斑位置的探测精度，避免了对激光位置跟踪造成的误判。

具体地，在衬底106上形成外延结构包括通过金属有机化合物化学气相沉淀法在衬底106上形成外延结构。金属有机化合物化学气相沉淀法的优点是制备过程易于控制。

具体地，光电芯片100的外延结构依次包括顶层103、吸收层104、以及缓冲层105。顶层103为InP顶层，吸收层104为InGaAs吸收层，缓冲层105为InP缓冲层。在顶层103上形成扩散阻挡介质膜102。衬底106为InP衬底。在外延结构上形成扩散阻挡介质膜102包括在顶层103上形成扩散阻挡介质膜102。

在扩散阻挡介质膜102上形成增透膜101包括通过等离子体增强化学气相沉积法在扩散阻挡介质膜102上形成增透膜102。等离子体增强化学气相沉积法的优点是成膜质量好。

扩散阻挡介质膜102为SiO

对内圆探测区域110和外环探测区域120进行锌扩散，形成PN结。对内圆探测区域110和外环探测区域120同时进行锌扩散。通过锌扩散工艺形成PN结，形成的PN结为内圆探测区域110和外环探测区域120，即是锌扩散区域。再采用等离子体增强化学气相沉积法在扩散阻挡介质膜102上形成增透膜101。通过光刻在内圆区域111设置信号引线孔。然后制备光电芯片100的正电极和负电极。

参考图4至图12，以下具体说明本发明实施例提供的光电芯片100的制备方法的操作过程：

第一步，参考图4，选取外延结构，在衬底106上形成外延结构。外延结构包括依次排布的顶层103、吸收层104、缓冲层105。在衬底106上形成缓冲层105。

第二步，参考图5，采用等离子体增强化学的气相沉积法法在顶层103上形成扩散阻挡介质膜102，扩散阻挡介质膜102包括SiO

第三步，参考图6，光刻扩散阻挡介质膜102，扩散阻挡介质膜102被光刻分为同心的外环探测区域120和内圆探测区域110；外环探测区域120环绕内圆探测区域110；并通过光刻将内圆探测区域110分为多个内圆区域111，将外环探测区域120分为多个外环区域121；

第四步，参考图7，对内圆探测区域和外环探测区域进行锌扩散，形成PN结。

第五步，参考图8和图9，采用等离子体增强化学气相沉积法在扩散阻挡介质膜102上形成增透膜101。

第六步，参考图10，然后光刻信号引线孔。

第七步，参考图11，采用电子束或者溅射工艺在增透膜101的表面沉积金属电极层，并通过光刻制作光电芯片100的正电极。

第八步，采用研磨工艺对光电芯片100的背面进行减薄，将整个光电芯片100的厚度减薄到100μm至300μm。

第九步，参考图12，在光电芯片100的背面采用热蒸发、电子束或者溅射工艺沉积负电极的接触金属材料。

第十步，采用高温合金工艺，形成金属半导体欧姆接触，完成光电芯片100的制备。

参考图13和图14，本发明实施例还提供一种光电芯片100，包括圆形光敏面。圆形光敏面包括同心设置的内圆探测区域110和外环探测区域120，内圆探测区域110分为多个内圆区域111，外环探测区域120分为多个外环区域121；外环探测区域120环绕内圆探测区域110。本发明实施例提供的光电芯片100，通过设置多个外环区域121和多个内环区域111，将圆形光敏面划分为多个探测区域，多个探测区域分别进行独立的探测，从而有效地增加了对入射光斑位置的探测精度，进而有效地避免了对激光位置跟踪造成地误判。

两个相邻的内圆区域111的间隔112与两个相邻的外环区域121的间隔122彼此错开。设置间隔112和间隔122相互错开的目的主要是为了将内圆探测区域的电极焊盘引出，且与外环探测区域的电极焊盘相互错开，从而形成等间距，方便焊接打线。

内圆探测区域110包括四个独立的内圆区域111，外环探测区域120包括四个独立的外环区域121。四个独立的内圆区域111形状大小相同，四个独立的外环区域121形状大小相同。

具体地，将圆形光敏面划分为内圆探测区域110和外环探测区域120，其中以外环探测区域120的圆心为原点建立二维坐标系，X轴和Y轴分别将外环探测区域120等分为四个外环区域121。且内圆探测区域110等分为四个内圆区域111，使二维坐标系中每个象限有且仅有两个内圆区域111。对圆形光敏面进行等分，原则上可以沿径向或周向进行等分，沿周向等分为内圆探测区域110和外环探测区域120，可以辨别光斑距离圆心的距离，但对于光斑处于具体象限的位置无法判断。沿径向等分分为多个内圆区域111和多个外环区域121，可以判断光斑处于具体象限的位置内，但无法判断光斑距离圆心的距离。所以为了更为准确的判断光斑的具体位置，需要沿周向将圆形光敏面划分为外环探测区120和内圆探测区110，又沿径向将外环探测区120和内圆探测区110分别划分为外环区域121和内圆区域111。

内圆区域111的中心线位于两个相邻外环区域121的间隔122。内圆区域111的外部轮廓为扇形。沿二维坐标系中的Y轴方向，Y轴位于两个相邻外环区域121的间隔122。内圆区域111的中心线为内圆区域111的顶点到内圆区域111的圆弧中点的连线。内圆区域111的中心线与二维坐标系的Y轴重合。这样，沿Y轴方向的两个内圆区域111被Y轴等分为对称的两个部分。应当理解的是，沿二维坐标系中的X轴方向，X轴位于两个相邻外环区域121的间隔122。内圆区域111的中心线与二维坐标系的X轴重合。这样，沿X轴方向的两个内圆区域111分别被X轴等分为对称的两个部分。

四个内圆区域111呈两两对称分布。相邻两个内圆区域111的间隔112位于与X轴或Y轴呈45°的方向。

光电芯片100还包括信号引出线130，四个内圆区域111和四个外环区域121独立设置且均通过信号引出线130引出至圆形光敏面外。四个内圆区域111和四个外环区域121分别通过独立的信号引出线130引出至光电芯片100外。

内圆区域111的信号引出线130穿设于包围内圆区域111的两个相邻外环区域121的间隔122。

在一具体实施方式中，可以设置内圆探测区域110的直径范围为6mm至12mm。外环探测区域120的直径范围为20mm至40mm。光电芯片100的圆形光敏面被分割成八个相对独立的光敏探测区域。内圆探测区域110为圆形结构，按照90°等分为四个形状相同的直角扇形，内圆区域111的直径为3mm至6mm。外环探测区域120为圆环结构，按照90°等分为四个形状相同的扇形，外环区域121的直径为10mm至20mm。

在一具体实施方式中，相邻两个内圆区域111之间的间隔间距为h1，h1的取值范围为1um＜h1＜50um。相邻两个外环区域121之间的间隔间距为h2，h2的取值范围为1um＜h2＜50um。相邻两个内圆区域111之间的间距等于相邻两个外环区域121之间的间距。

可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。