[發明專利]高速半導體光電探測器

無效

• 申請號: 01117344.0
• 申請日: 2001-01-23
• 公開（公告）號: CN1327272A
• 公開（公告）日: 2001-12-19
• 發明（設計）人: 艾倫·優吉恩·邦德
• 申請（專利權）人: 朗迅科技公司
• 主分類號: H01L31/04
• 分類號: H01L31/04;H01L27/14
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 蔣世迅

本發明涉及半導體光電探測器，尤其涉及雪崩光電探測器。

光電子裝置由于其巨大的信息處理能力而主要用于通信網絡，正在受到極大的關注。構成網絡整體所必要的一部分就是半導體光電探測器，它可以將入射光轉換成電信號。一種標準型的光電探測器是PIN二極管，它包括一個本征半導體光吸收層，夾于N型與P型半導體層之間。這種裝置存在的一個問題在于，本征光吸收層相對來說較厚(通常為200～400nm)，這限制了由入射光產生的電子和空穴的傳輸時間，因而限制了裝置的速度。最近，有人提出減小該裝置的本征層厚度并將它夾于兩層波導層之間，以便增加吸收長度。這種裝置仍然會受到傳輸時間的限制，因為本征區定義為包括向該裝置施加偏壓產生的電場的區域，它包括波導層的厚度。還有人提出通過波導將光引入到標準PIN裝置的本征區。

另外一種光電探測器是波導雪崩光電探測器。作為本征層的一部分，這種裝置通常包括：不摻雜質的吸收和波導層、摻雜質的電荷層和不摻雜質的放大層。另外，這種裝置的本征層相當厚，通常大約為700nm到1000nm，這限制了傳輸時間。

因此，我們希望提供一種光電探測器，它傳輸很快，以便該裝置可以高速運行。

本發明一方面涉及一種半導體雪崩光電探測器，它包括一個基本不摻雜質的放大層，一個薄且基本上不摻雜質的光吸收層以及一個摻雜質的波導層，波導層與光吸收層相分離并且能夠將入射光引入到光吸收層。另一方面，本發明涉及一種制造雪崩光電探測器的方法以及一種包括雪崩光電探測器的網絡和接收機。

在下面的描述部分中將詳細描述本發明的上述和其它的特征。在附圖中：

圖1是根據本發明一個實施例的雪崩光電探測器的橫截面圖；

圖2是圖1所示裝置的俯視圖；以及

圖3是包含圖1和圖2所示裝置的網絡一部分的原理圖。

應該可以理解的是，由于僅僅是為了解釋說明，這些附圖沒有必要按照比例繪制。

圖1和圖2中示出了按照本發明制造的一種典型的裝置。在圖1所示的橫截面圖中，從觀看者朝向圖面的方向，光(由圖2中的箭頭表示)入射到裝置的一側。根據本實施例的本發明是一個半導體雪崩光電探測器10，它包括基本上不摻雜質的放大層14，薄的、基本上不摻雜質的光吸收層16，以及摻雜質的波導層17，波導層17與光吸收層16分離并且能夠將入射光引入到光吸收層。

詳細地說，裝置10通常是在一個半導體基底11之上形成的，在這種情況下，半導體基底11最好是半絕緣的InP。通過標準技術，如金屬有機化學蒸汽沉淀(MOCVD)，或者其它眾所周知的技術，在基底之上，連續形成外延半導體層12-18。第一層是覆層12，它最好是N型InP材料，其厚度典型地為400～1000nm，并且在本例中摻雜密度大約為2×10¹⁸cm^-3。在覆層12之上形成一層N型摻雜的電荷層13，本例中采用的是InAlAs。這層的典型厚度是200nm，并且在本例中摻雜密度大約為2×10¹⁸cm^-3，以便能基本上防止電荷載體進入覆層和基底。還可以這樣理解，雖然在本實施例中最好采用電荷層13和覆層12，但是它們對于本發明并不是必需的。

在電荷層13之上形成放大層14，它基本是不摻雜質的(本征的)。應這樣理解，在上下文中“不摻雜質”指的是不是有意摻雜質，而且這一層可包括一些少量N型或者P型摻雜物(小于1×10¹⁷cm^-3)的本底摻雜。在這個實施例中，層14由InAlAs組成。但也可以是其它任何半導體材料，例如InP，它可提供該裝置產生的自由載體的倍增以響應入射光。層14的典型厚度在200至1000nm范圍內。第二電荷層15最好在放大層14之上形成。這層最好摻雜P-導電型雜質，其密度在7×10¹⁷cm^-3至2×10¹⁸cm^-3范圍內。在這個實施例中，層15由InAlAs組成，其厚度最好在50～100nm的范圍內，并且用于保護吸收層免受在裝置工作期間放大層產生的強電場的影響。其它合適的材料還包括InP。

在電荷層15之上形成的是一層薄且基本上不摻雜質的吸收層16。在本實施例中，層16由InGaAs組成，但也可以采用其它任何半導體材料，它可以吸收入射光，并且可以在隨后的響應中產生自由載體。這層的厚度預期在50～100nm的范圍內。