[實用新型]一種倒裝型可見光增敏硅基雪崩光電二極管陣列

有效

• 申請號: 201822125977.2
• 申請日: 2018-12-18
• 公開（公告）號: CN209418523U
• 公開（公告）日: 2019-09-20
• 發明（設計）人: 高丹;張軍
• 申請（專利權）人: 暨南大學
• 主分類號: H01L31/107
• 分類號: H01L31/107;H01L31/0352;H01L31/0224;H01L31/0216;H01L31/18;H01L27/144
• 代理公司: 廣州潤禾知識產權代理事務所(普通合伙) 44446
• 代理人: 林偉斌;凌衍芬

本實用新型公開了一種倒裝型可見光增敏硅基雪崩光電二極管陣列，包括襯底以及設于襯底底部的陽極，所述襯底上表面設有凹槽，所述凹槽中自下而上依次包括：陰極、非耗盡層、倍增層和場控層，且陰極、非耗盡層、倍增層和場控層與所述襯底之間絕緣；所述場控層上覆有吸收層，且所述吸收層與所述襯底相接。同時還公開了由上述倒裝型可見光增敏硅基雪崩光電二極管陣列設置組成的高增益倒裝型可見光增敏硅基雪崩光電二極管陣列及其制備方法。本實用新型通過將吸收層設置在器件的表層，同時將器件的上陽極設置于器件的底部，大大提高了器件的量子效率以及對可見光的靈敏度；并且將器件進行陣列化分割，提高了器件的響應速度和增益。

技術領域

本實用新型涉及光電領域，尤其是涉及一種倒裝型可見光增敏硅基雪崩光電二極管陣列。

背景技術

可見光通信(VLC)技術綠色低碳、可實現近乎零耗能通信，還可有效避免無線電通信電磁信號泄露等弱點，快速構建抗干擾、抗截獲的安全信息空間。在現今大力倡導綠色低碳經濟的大背景下，VLC技術在國際上逐漸受到關注。VLC 作為解決最后一公里無線接入的一個重要手段，被認為是5G關鍵技術之一。

VLC系統主要由信號調制編碼、光源發射、傳輸和接收系統等部分組成，其中重要的接收環節，其性能在很大程度上決定了整個系統的優劣。VLC系統常用的可見光探測器主要有硅基PIN型光電二極管和雪崩光電二極(APD)，二者相比，APD的響應度可以提高幾十倍甚至數百倍；APD探測器的靈敏度也很高，可以使可見光通信距離更遠；而且APD探測器的體積小、易于集成，在恒溫保持和應用配電方面更為簡單；因此APD在弱光探測領域具有廣闊的應用前景。目前，使用較廣的可見光APD探測器主要是硅基APD探測器。硅基APD 探測器的靈敏度光譜范圍為380nm～1100nm，適用于可見光波段和近紅外波段，響應度高、倍增噪聲較低。

對于硅基APD，由于材料自身的特性，硅對可見光的吸收系數范圍為0.5×10³ cm^-1～10⁵cm^-1，所以可見光在APD中的入射深度僅為0.1μm～10μm左右，傳統的硅基APD對可見光全波段的量子效率不理想。為了提高探測器在短波方向的量子效率，通常將非耗盡區設計的很薄，同時減少長波方向上的光在耗盡層的吸收率。但在實際工藝中非耗盡層最低只能達到0.01μm，量子效率提升有限。另外，硅基APD的光敏面積對器件的截止頻率和靈敏度是一個矛盾的因素，增加光敏面積會提高器件的靈敏度，同時會減小會降低器件的截止頻率。

實用新型內容

針對硅基APD對可見光全波段量子效率低和截止頻率低的缺點，本實用新型提出一種倒裝結構的可見光增敏硅基雪崩光電二極管陣列。

為實現本實用新型的目的，采用以下技術方案予以實現：

一種倒裝型可見光增敏硅基雪崩光電二極管陣列，所述雪崩光電二極管陣列為SACM型APD，包括襯底以及設于襯底底部的陽極，所述襯底上表面設有凹槽，所述凹槽中自下而上依次包括：陰極、非耗盡層、倍增層和場控層，陰極、非耗盡層、倍增層和場控層側面與所述襯底之間絕緣；所述場控層上覆有吸收層，且所述吸收層與所述襯底相接；所述襯底為p⁺型硅片；所述非耗盡層為n⁺型的硅外延層；所述倍增層為π型的硅外延層；所述場控層為p型的硅外延層；所述吸收層為π型硅外延層。

傳統硅基APD的結構依次由n型非耗盡層，p型倍增層，p型場控層，p型吸收層和p型襯底層構成。然而在可見光波段，硅材料的吸收率高，可見光的光子在硅材料中的傳播距離短，光子入射到APD光敏面后，在耗盡層與倍增層基本被完全吸收，很難到達吸收層，所以傳統可見光APD的量子效率非常低。