单片集成平顶微透镜的背照高功率光电探测器芯片及其制作方法与流程

本发明属于半导体光电探测器领域，涉及一种单片集成平顶微透镜的背照高功率光电探测器芯片及其制作方法。

背景技术：

1、光电探测器是光通讯系统、光测量系统中必不可少的器件之一。光通信系统经过几十年的发展，以其相对于电缆系统优异的性能已经成功占领了骨干网和接入网的绝大部分。目前,光通信正继续向着高速、大容量、宽带、长距离、低成本方向迅速迈进。

2、光载无线通信(radio-over-fiber,rof)是微波光电子学中最具有使用价值和广阔应用市场的技术。它的应用范围囊括了从远距离天线雷达信号的回程传输到数字无线网络系统中的射频信号传输。rof在性能需求和设计上都已经不同于普通的光通讯网络。对于探测器而言，探测器芯片饱和光功率直接决定了rof系统的噪声系数和增益，目前商用的微波光子链路要求饱和光功率达到13dbm以上，未来数年内要求饱和光功率达到23dbm以上，随着微波光子链路的发展，rof系统对探测器芯片饱和光功率提出了越来越高的要求。

3、光电探测器芯片饱和光功率除了芯片本身特性影响外，主要受到光纤激光光强不均匀因素限制。微波光子链路中传播的激光为高斯光束，80％能量集中在中间一小部分区域，照射在探测器光敏面上时，容易形成局部饱和，从而降低芯片饱和光功率。另外，能量的过于集中将造成热量的大量集中，使芯片局部累积大量热量。热效应同样会降低芯片饱和光功率，甚至造成芯片失效。

4、目前，匀化高斯光束的主要方法有二元衍射微透镜、随机阵列微透镜等，工艺比较复杂，难以控制，光差损较大，很难在芯片单片集成并实现应用。因此，迫切需求发明一种简单可靠的高斯光束匀化方法，促进高饱和光电探测器芯片和rof系统链路发展。

技术实现思路

1、针对现有高功率光电探测器饱和性能受到高斯光束能量分布不均匀制约的问题，提出了一种单片集成平顶微透镜的背照高功率光电探测器芯片的制作方法，通过在背面集成平顶微透镜提高光响应面积，从而可将光纤拉远，弱化高斯光束中间区域光束强度，并且增强边缘区域光束强度，从而实现了光束匀化，增强了芯片的饱和光功率，该方法可广泛应用于背照式正-本征-负(positive-intrinsic-negative，pin)、雪崩光电二极管(avalanche photo diode，apd)结构设计中。

2、本发明提出一种单片集成平顶微透镜的背照高功率光电探测器芯片及其制作方法，所述结构包括单片集成在衬底上的平顶型微透镜和光电探测器芯片。本发明可采用简单的设计和工艺匀化高斯光束，并且没有光损耗，对高功率光电探测器的设计和制作有积极意义。

3、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

4、单片集成平顶微透镜的背照高功率光电探测器芯片，包括平顶微透镜、衬底和光电二极管芯片；

5、所述光电二极管芯片设置在衬底正面；

6、所述光电二极管芯片设置有芯片有源区；

7、所述衬底的背面设置有平顶微透镜；所述平顶微透镜与芯片有源区位置对准；

8、所述平顶微透镜的表面沉积有增透膜。

9、单片集成平顶微透镜的背照高功率光电探测器芯片的制作方法，该方法包括以下步骤：

10、s1：采用传统芯片制造工艺在衬底正面制作出光电二极管芯片；

11、s2：采用双面光刻的方式在光电二极管芯片背面定义出微透镜位置，微透镜位置与光电二极管芯片中的芯片有源区位置对准；

12、s3：用光刻工艺定义出微透镜结构，设计好刻蚀终止位，将微透镜结构的一部分转移到衬底背面，形成“平顶型”微透镜。

13、s4：在微透镜表面沉积增透膜，然后通过划道线进行划片。

14、进一步，所述衬底的厚度为100～1000μm。

15、进一步，所述增透膜的厚度

16、本发明的有益效果在于：

17、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

技术特征：

1.单片集成平顶微透镜的背照高功率光电探测器芯片，其特征在于：包括平顶微透镜、衬底和光电二极管芯片；

2.单片集成平顶微透镜的背照高功率光电探测器芯片的制作方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的单片集成平顶微透镜的背照高功率光电探测器芯片的制作方法，其特征在于：所述衬底的厚度为100～1000μm。

4.根据权利要求2所述的单片集成平顶微透镜的背照高功率光电探测器芯片的制作方法，其特征在于：所述增透膜的厚度

技术总结本发明涉及一种单片集成平顶微透镜的背照高功率光电探测器芯片及其制作方法，属于半导体光电探测器领域。单片集成平顶微透镜的背照高功率光电探测器芯片，包括平顶微透镜、衬底和光电二极管芯片；所述光电二极管芯片设置在衬底正面；所述光电二极管芯片设置有芯片有源区；所述衬底的背面设置有平顶微透镜；所述平顶微透镜与芯片有源区位置对准；所述平顶微透镜的表面沉积有增透膜。本发明使用平顶微透镜将高斯光束匀化，从而提高芯片的饱和光功率，对高功率光电探测器的设计和制作有积极意义。技术研发人员：王立,熊煜,陈益民,贺勇,高猛,曹一,吴俊,姚彬彬受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第四十四研究所技术研发日：技术公布日：2024/9/29