[發明專利]單行載流子光電探測器及其制備方法

在審

• 申請號: 201611033323.6
• 申請日: 2016-11-22
• 公開（公告）號: CN108091720A
• 公開（公告）日: 2018-05-29
• 發明（設計）人: 王夢雪;楊文獻;代盼;譚明;吳淵淵;陸書龍
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: H01L31/101
• 分類號: H01L31/101;H01L31/0304;H01L31/18
• 代理公司: 深圳市銘粵知識產權代理有限公司 44304
• 代理人: 孫偉峰

本發明公開了一種單行載流子光電探測器及其制備方法。單行載流子光電探測器包括相對且平行設置的襯底和接觸層、形成在所述襯底和所述接觸層之間的至少兩個單行載流子光電二極管以及形成在每兩個單行載流子光電二極管之間的蝕刻阻擋層；其中，每個單行載流子光電二極管包括疊層設置的阻擋層、吸收層、隔離層、集結層、次集結層。本發明的單行載流子光電探測器包括至少兩個單行載流子光電二極管，其吸收層采用漸變摻雜，有效地增加了光通道吸收區域的厚度，提高了單行載流子光電探測器的響應度和量子效率。因此，本發明能實現在不改變帶寬和飽和電流情況下，大大地提高單行載流子光電探測器的響應度和量子效率。

技術領域

本發明屬于半導體技術領域，具體地講，涉及一種單行載流子光電探測器及其制備方法。

背景技術

單行載流子光電探測器是光纖通信系統中不可缺少的組成部分，也是決定整個系統性能優劣的關鍵元件之一。在大容量的超高速光通信系統中，人們在選取單行載流子光電探測器時通?？紤]三個重要的參量，即：寬帶寬、高效率和高飽和輸出功率。對于傳統的PIN光探測器，由于受到空間電荷效應的限制，很難在高電流密度條件下保持高速響應。為了克服這一困難，1997年NTT光子實驗室T.Ishibashi等人成功研制了一種新的光探測器——單行載流子光探測器(UTC-PD)，只讓遷移率大的電子作為有緣載流子流過結區，大大提高了探測器的響應速度。

單行載流子光電二極管(UTC-PD)是一種高速、高飽和輸出的新型單行載流子光電探測器，其結構特點是由P型中性光吸收層和N型寬帶隙集結層構成，并且只用電子作為有源載流子。由于電子漂移速度遠高于空穴，因此需要更強的入射激光激發產生更大量的電子才能引起電子的囤積，所以與PIN-PD相比，UTC-PD有效地抑制了空間電荷效應。但是，如果提高單行載流子光電探測器的量子效率和響應度，就必然降低器件的響應帶寬。因此，現有技術的光電探測器還不能同時滿足高量子效率和響應度和高響應帶寬的要求。

發明內容

為了解決上述現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種能實現不改變帶寬和飽和電流，又能提高響應度和量子效率的單行載流子光電探測器及其制備方法。

本發明提供了一種單行載流子光電探測器，包括相對且平行設置的襯底和接觸層、形成在所述襯底和所述接觸層之間的至少兩個單行載流子光電二極管以及形成在每兩個單行載流子光電二極管之間的蝕刻阻擋層；其中，每個單行載流子光電二極管包括疊層設置的阻擋層、吸收層、隔離層、集結層、次集結層。

進一步地，所述襯底和鄰近的單行載流子光電二極管之間形成有緩沖層，所述緩沖層為摻雜濃度大于或等于1.5×1018cm-3的P型InP緩沖層，所述緩沖層的厚度為300nm～500nm。

進一步地，所述阻擋層為摻雜濃度大于或等于5×1018cm-3且厚度處于10nm～30nm的P型InGaAsP阻擋層；或所述阻擋層為摻雜濃度大于或等于5×1018cm-3且厚度處于100nm～500nm之間的P型InP阻擋層。

進一步地，所述吸收層為摻雜濃度處于2×1017cm-3～5×1018cm-3之間的P型InGaAs漸變摻雜吸收層，所述吸收層的厚度為200nm～1000nm。

進一步地，所述隔離層包括未摻雜的第一InGaAsP子隔離層和第二InGaAsP子隔離層，所述第一InGaAsP子隔離層的厚度為10nm～20nm，所述第二InGaAsP子隔離層的厚度為10nm～20nm。