[發明專利]一種背照式級聯倍增雪崩光電二極管

有效

• 申請號: 201710805961.3
• 申請日: 2017-09-08
• 公開（公告）號: CN107403848B
• 公開（公告）日: 2023-06-20
• 發明（設計）人: 李倩;李沫;陳飛良;康健彬;王旺平;黃鋒;張暉;張健
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院電子工程研究所
• 主分類號: H01L31/0232
• 分類號: H01L31/0232;H01L31/0352;H01L31/107
• 代理公司: 成都天嘉專利事務所(普通合伙) 51211
• 代理人: 蔣斯琪

1.一種背照式級聯倍增雪崩光電二極管，其特征在于：在襯底上設置有緩沖層，緩沖層上設置有n型摻雜Al_xGa_1-xN層，n型摻雜Al_xGa_1-xN層上面設置有一突起臺面，所述突起臺面上自下而上依次設置有i型周期級聯倍增層、i型本征吸收層及p型電極層；所述突起臺面的周圍設置有光耦合匯聚結構；所述n型摻雜Al_xGa_1-xN層的下沉臺面上沉積有n型歐姆接觸層，p型電極層上沉積p型歐姆接觸層；通過調節n型摻雜Al_xGa_1-xN層中Al組分的x，使得n型摻雜Al_xGa_1-xN層對光電二極管中i型本征吸收層對應的探測波段吸收率小于20%；

所述光耦合匯聚結構，是通過在背射式堆棧型APD吸收區設計光耦合結構，將入射光的傳播方向從垂直傳播調控為橫向傳播，匯集到i型本征吸收層，使其繞過了對光有損耗的堆棧型倍增區，從而提升對光子的吸收利用能力，產生光生載流子，同時實現倍增和吸收。

2.根據權利要求1所述的背照式級聯倍增雪崩光電二極管，其特征在于：所述i型周期級聯倍增層為Ⅲ族氮化物的超晶格，材質為In_yGa_1-yN或Al_yGa_1-yN，其中0≤y≤1，i型周期級聯倍增層的厚度為0.001~1μm。

3.根據權利要求1所述的背照式級聯倍增雪崩光電二極管，其特征在于：所述i型本征吸收層的材質為In_zGa_1-zN或Al_zGa_1-zN，其中0≤z≤1，i型本征吸收層的厚度為0.001~1μm。

4.根據權利要求1所述的背照式級聯倍增雪崩光電二極管，其特征在于：所述光耦合匯聚結構是由光柵結構組成，包括沉積于n型摻雜Al_xGa_1-xN層的下沉臺面上的介質層和介質層上刻蝕形成的光柵；所述光耦合匯聚結構的垂直高度對應于i型周期級聯倍增層。

5.根據權利要求4所述的背照式級聯倍增雪崩光電二極管，其特征在于：所述介質層的材質為Au、Ag、SiN、或SiO₂。

6.根據權利要求1或4所述的背照式級聯倍增雪崩光電二極管，其特征在于：所述光耦合匯聚結構的線寬為s、周期為p、厚度為h1，周期p的數值為探測波長的十分之一到十分之十，線寬s的數值為探測波長的十分之一到十分之十，厚度h1大于或等于以微米為單位的探測波長的平方根的0.0096倍。