[發(fā)明專利]半導(dǎo)體光電探測器芯片結(jié)構(gòu)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710031793.3
• 申請日: 2007-11-30
• 公開（公告）號: CN101183691A
• 公開（公告）日: 2008-05-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王鋼;陳詩育
• 申請（專利權(quán)）人: 中山大學(xué)
• 主分類號: H01L31/102
• 分類號: H01L31/102;H01L31/107;H01L31/105
• 代理公司: 廣州粵高專利代理有限公司
• 代理人: 禹小明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光電子器件領(lǐng)域，尤其涉及一種半導(dǎo)體光電探測器芯片結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

現(xiàn)今國內(nèi)外光纖通信正朝著高速率、網(wǎng)絡(luò)化和集成化的方向發(fā)展。針對將來的高度信息化社會的需求，繼傳輸容量為2.5Gb/s系統(tǒng)的實用后，10Gb/s系統(tǒng)也已經(jīng)投入商用。目前40Gb/s系統(tǒng)也開始提上議程。與此相應(yīng)，作為光通信系統(tǒng)所必要的超高速、高靈敏度的光光電探測器件也有了顯著的進展。

光纖通信中最常用的半導(dǎo)體光電探測器主要是光電二極管(PIN)和雪崩光電二極管(APD)，兩種結(jié)構(gòu)各有其自身的特點和優(yōu)勢。其中PIN結(jié)構(gòu)簡單，工藝實現(xiàn)上容易，而且穩(wěn)定性高，而APD結(jié)構(gòu)則由于其內(nèi)部會發(fā)生碰撞電離形成內(nèi)增益，它比傳統(tǒng)的光電二極管(PIN)的靈敏度要優(yōu)8-9dBm，因此APD也被廣泛的應(yīng)用在高速的光纖通信系統(tǒng)中。

從傳統(tǒng)光通信的2.5Gbit/s的傳輸速率，到目前40Gbit/s傳輸速率提上課題，高速光通信系統(tǒng)對光電探測器的要求越來越高。圍繞著對器件高帶寬、低噪聲等性能要求，研究人員從各方面對高性能光電探測器芯片的設(shè)計展開了廣泛的研究。與傳統(tǒng)的PN結(jié)光電二極管相比，PIN二極管引入了摻雜少的本征層作為耗盡層，其吸收光子的機會和電容的大小都可以通過本征層厚度的大小來控制，從而大大提高了器件設(shè)計的靈活性，而且在性能方面PIN二極管也優(yōu)于PN結(jié)光電二極管。

目前光通信波段常用的材料是以N型的InP為襯底，然后在襯底上依次生長一定厚度的InGaAs和P型的InP層，通過外加偏置電壓，讓高電場均勻的落在本征區(qū)域。當激光照射PIN二極管時，大部分光子在本征區(qū)域里面被強烈的吸收，并在偏置的電場下光生電子和空穴往兩個電極的方向擴展。該結(jié)構(gòu)的特點在于，它可以通過本征層厚度的大小來控制電容，頻率響應(yīng)，和響應(yīng)度。當本征層厚度縮小，其光生載流子在器件里面漂移的時間就會變小，從而可以提高器件的響應(yīng)速度，最終提高帶寬性能。但另一方面，縮小厚度就會使電容變大，響應(yīng)度變小，減低器件的性能。目前對于高速PIN二極管的研究集中在如何在保持器件厚度小的前提下，能夠綜合解決響應(yīng)度小，電容大的問題。富士通等公司的一些結(jié)構(gòu)正是基于這樣的思路，這些結(jié)構(gòu)中采用了平面的結(jié)構(gòu)，并且讓激光從側(cè)面入射到本征層中，這樣一方面在側(cè)向增加了對入射光的吸收，同時在垂直方向上又減少了載流子的渡越時間。這兩方面的結(jié)果增大了器件的響應(yīng)度又提高的帶寬的響應(yīng)。另外也可以通過減少結(jié)的接觸面積和外部電路的設(shè)計來減少電容。然而，這些在工藝實現(xiàn)上比較復(fù)雜，需要生長波導(dǎo)把激光引到吸收層和復(fù)雜的外部電路設(shè)計，大大增加了工藝的難度。因此如何設(shè)計一種結(jié)構(gòu)既能使器件有良好的帶寬特性，又能保證一定的響應(yīng)度，并且在工藝實現(xiàn)過程中相對簡單的PIN二極管芯片結(jié)構(gòu)是目前研究熱點。