[發(fā)明專利]一種用于可見(jiàn)光通信的InGaN量子點(diǎn)光電探測(cè)器及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710002990.6
• 申請(qǐng)日: 2017-01-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106653896B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉曉燕;陳志濤;劉寧煬;任遠(yuǎn);劉久澄;何晨光;張康;趙維
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東省半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): H01L31/0352
• 分類號(hào): H01L31/0352;H01L31/105
• 代理公司: 廣東世紀(jì)專利事務(wù)所 44216
• 代理人: 劉卉

一種用于可見(jiàn)光通信的InGaN量子點(diǎn)光電探測(cè)器及其制備方法，包括由下往上依次設(shè)置的襯底、n型GaN層、InGaN/GaN量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)層和p型GaN層，在p型GaN層的表面上設(shè)置有p型GaN歐姆接觸結(jié)構(gòu)，在n型GaN層露出的表面上設(shè)置有n型GaN歐姆接觸結(jié)構(gòu)，所述InGaN/GaN量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)層為(InGaN)n/(GaN)(n+1)的周期性結(jié)構(gòu)，周期數(shù)n為1?20，每層InGaN量子點(diǎn)的厚度為1?5nm。本發(fā)明通過(guò)較薄的InGaN量子點(diǎn)即可以實(shí)現(xiàn)較高吸收系數(shù)，從而提高器件的量子效率和響應(yīng)度，避免了傳統(tǒng)InGaN基光電探測(cè)器中因?yàn)槲障禂?shù)低，需要外延厚膜InGaN層的工藝缺點(diǎn)，從而解決了InGaN材料生長(zhǎng)中的一系列難題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光電子器件技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種用于可見(jiàn)光通信的InGaN量子點(diǎn)光電探測(cè)器及其制備方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)，隨著白光發(fā)光二極管被應(yīng)用于通信系統(tǒng)的信號(hào)發(fā)射端，可見(jiàn)光通信技術(shù)（Visible-Light Communication，VLC）成為半導(dǎo)體照明向超越照明發(fā)展的重要趨勢(shì)之一，同時(shí)VLC作為物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的一種新技術(shù)、作為短距離通信方式的一種補(bǔ)充，引起了越來(lái)越多的關(guān)注。VLC技術(shù)是以可見(jiàn)光波（波長(zhǎng)為380~780nm）作為傳輸媒介的一種短距離光無(wú)線通信方式，與通常采用的WiFi、ZigBee、RFID 等無(wú)線電波通信方式相比，具有對(duì)傳輸速率快、保密性好、無(wú)電磁污染、頻譜無(wú)需授權(quán)等諸多優(yōu)點(diǎn)。

然而，現(xiàn)行的VLC技術(shù)中，仍存在一些突出的問(wèn)題，需要進(jìn)一步的研究。目前可見(jiàn)光通信常用的光電探測(cè)器主要有三種：普通光電二極管（PD）（常用材料為Si和GaP）、雪崩光電二極管（APD）、圖像傳感器（陣列集成式PD），這些光電探測(cè)器雖然具有材料體系成熟、工藝技術(shù)穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)、能夠滿足現(xiàn)有調(diào)制帶寬與傳輸速率要求。但是這些探測(cè)器也存在光電轉(zhuǎn)換效率不高、容易受到環(huán)境光背景干擾、靈敏度低、體積大、不利于集成等不足，嚴(yán)重限制了可見(jiàn)光通信技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

相對(duì)于傳統(tǒng)的Si、GaP材料，InGaN半導(dǎo)體因其較高的飽和電子遷移速率、波長(zhǎng)可調(diào)范圍廣等的優(yōu)點(diǎn)成為新型光電探測(cè)器的理想材料。同時(shí)，目前在VLC系統(tǒng)中用作發(fā)射端光源的白光LED主要有兩種形式：1）InGaN/GaN多重量子阱藍(lán)光LED激發(fā)黃光熒光粉發(fā)出白光；2）InGaN藍(lán)光LED與紅、綠LED組合發(fā)出白光，因此以InGaN為感光材料能夠使探測(cè)器的吸收光譜與光源的發(fā)射光譜保持一致，由此可見(jiàn)，InGaN基可見(jiàn)光探測(cè)器在高速高效可見(jiàn)光通信中具有極大潛力。

InGaN基光電探測(cè)器主要有肖特基型、MSM型、p-i-n多量子阱型等結(jié)構(gòu)類型，為保證量子效率和響應(yīng)度，均需要生長(zhǎng)比較厚的InGaN材料以增加對(duì)光子的吸收率。然而，由于InGaN的面內(nèi)晶格常數(shù)比GaN大，在GaN上生長(zhǎng)InGaN時(shí)，存在著因晶格失配引起的壓應(yīng)力，且隨著InGaN厚度的增加，壓應(yīng)力會(huì)逐漸增大，形成三維島狀結(jié)構(gòu)或者生成大量位錯(cuò)，使得晶體質(zhì)量嚴(yán)重惡化。因此，生長(zhǎng)高質(zhì)量的厚膜InGaN材料仍面臨著技術(shù)挑戰(zhàn)，限制了InGaN基光電探測(cè)器在VLC系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述存在問(wèn)題和不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、制造容易、吸收率高、材料厚度小的用于可見(jiàn)光通信的InGaN量子點(diǎn)光電探測(cè)器及其制備方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：