[發明專利]一種新型雪崩二極管光電探測器及其制備方法

有效

• 申請號: 201710971045.7
• 申請日: 2017-10-18
• 公開（公告）號: CN107644921B
• 公開（公告）日: 2023-08-29
• 發明（設計）人: 楊為家;劉均炎;劉銘全;劉俊杰;沈耿哲;何鑫;曾慶光
• 申請（專利權）人: 五邑大學
• 主分類號: H01L31/107
• 分類號: H01L31/107;H01L31/18
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 馮劍明

本發明提供了一種新型雪崩二極管光電探測器，包括由下往上依次層疊的N型電極、N型重摻雜層、單晶襯底、金屬多功能層、InGaAs吸收層、P型重摻雜InGaAs層和P型電極。本發明適用范圍廣，可以在多種襯底上實現新型雪崩二極管光電探測器(APD)的可控生長，襯底可以采用多種材料，通過更換不同的襯底可實現可見光APD和紅外APD，有利于降低生產成本；單晶襯底具有非常好的晶格完整性，更容易產生晶格碰撞，激發出更多的雪崩電子，提高APD的效率；新型APD的結構更加簡單，金屬多功能層可以同時起到外延緩沖層、電荷控制層、反射層和降低電子進入倍增層勢壘的作用，其中反射層可將吸收層沒有吸收完全的光再次反射到吸收層中，提高吸收效率。

技術領域

本發明涉及一種雪崩光電探測器，具體涉及一種具有新型結構的雪崩二極管光電探測器及其制備方法。

背景技術

隨著社會和科技的發展進步，人工智能和智能家居已經成為社會發展的主流趨勢，而這些技術的發展都離不開先進的各式各樣的傳感器。光電探測器，作為傳感器的一個至為關鍵的單元，受到了研究人員的廣泛關注。

雪崩二極管光電探測器(APD)具有高內部增益、高量子效率、高靈敏度等優點，是目前主流的光電探測器之一。然而，目前的APD中的倍增層大多是通過外延的方法獲得的，其晶體質量還需要進一步提高(通常X-ray?Rocking?Curve的半峰寬大于150arcsec，要遠遠大于提拉法制備的50arcsec)，才能達到較為理想的倍增效果。為了改善APD的器件性能，在吸收層InGaAs與InP之間往往需要插入InP電荷控制層和InGaAsP過渡層。此外，為了獲得較好質量的吸收層InGaAs，在InP襯底上還需要先生長一層較厚的InP緩沖層。

因此，為了獲得高質量APD，簡化APD的結構、提高吸收層InGaAs和倍增層的質量成為了研究人員努力方向。

發明內容

為了克服現有技術的上述缺點與不足，本發明提供了一種結構簡單、暗電流小的新型雪崩二極管光電探測器，其適用于傳感器、智能控制、智能家居產品等領域。

本發明的另一個目的是提供上述新型雪崩二極管光電探測器的制備方法。

為實現上述目的，本發明所采取的技術方案是：一種新型雪崩二極管光電探測器，包括由下往上依次層疊的N型電極、N型重摻雜層、單晶襯底、金屬多功能層、InGaAs吸收層、P型重摻雜InGaAs層和P型電極。

優選的，所述N型重摻雜層是通過對單晶襯底的背面進行離子注入摻雜實現的。

優選的，所述單晶襯底的材料是Si、InP或InAlAs。

優選的，所述金屬多功能層的材料是Al、Ag、Au或Ni。

優選的，所述N型電極、N型重摻雜層、單晶襯底、金屬多功能層、InGaAs吸收層、P型重摻雜InGaAs層的周向輪廓相等。

優選的，所述金屬多功能層的厚度是10-200nm，InGaAs吸收層的厚度是1500-3000nm，P型重摻雜InGaAs層的厚度是150-300nm。

本發明還提供了新型雪崩二極管光電探測器的制備方法，包括以下步驟：

1)采用標準清洗工藝清洗干凈單晶襯底，去除襯底表面粘污顆粒和表面有機物，并使用甩干機甩干；其中，單晶襯底可以為Si、InP、InAlAs等材料；

2)采用等離子體增強化學氣相沉積法(PECVD)、分子束外延法(MBE)或金屬有機化合物化學氣相沉淀法(MOCVD)在單晶襯底的正面外延生長一層10-200nm厚的金屬多功能層，其中外延生長溫度為750-1150℃，其中金屬多功能層的材料可為Al、Ag、Au、Ni等金屬；