[實(shí)用新型]一種增強(qiáng)藍(lán)光型硅基雪崩光電二極管陣列

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201822131919.0
• 申請(qǐng)日: 2018-12-18
• 公開（公告）號(hào): CN209418524U
• 公開（公告）日: 2019-09-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高丹;張軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 暨南大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L31/107
• 分類號(hào): H01L31/107;H01L31/0352;H01L31/0224;H01L31/0216;H01L31/18;H01L27/144
• 代理公司: 廣州潤(rùn)禾知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44446
• 代理人: 林偉斌;凌衍芬

本實(shí)用新型公開了一種增強(qiáng)藍(lán)光型硅基雪崩光電二極管陣列，所述雪崩光電二極管為SACM型APD，包括襯底以及設(shè)于襯底底部的陽極，所述襯底上表面設(shè)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(chǎng)控層，且陰極、非耗盡層、倍增層以及場(chǎng)控層與所述襯底之間絕緣；所述場(chǎng)控層上覆有吸收層，且所述吸收層與所述襯底相接；所述吸收層表面覆有規(guī)則排列的亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)層；所述襯底為p⁺型硅片；所述非耗盡層為n⁺型高摻雜濃度和高缺陷的多晶硅；所述倍增層為π型的硅外延層；所述場(chǎng)控層為p型的硅外延層；所述吸收層為π型硅外延層。與現(xiàn)有技術(shù)比較，本實(shí)用新型提供了一種可以提高藍(lán)光量子效率和靈敏度，并具有高增益的硅基APD。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及本實(shí)用新型涉及光電領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于等離激元共振增強(qiáng)藍(lán)光的硅基雪崩光電二極管陣列。

背景技術(shù)

VLC技術(shù)在國(guó)際上受到越來越多的關(guān)注，歐、美、日等國(guó)的許多研究機(jī)構(gòu)已投入大量資金開展該領(lǐng)域的研究，其主要工作集中在理論研究方面。由于硅基雪崩光電二極管(APD)具有靈敏度高、體積小、調(diào)制性好、具有高增益和易于集成等特點(diǎn)，而且硅基APD的光譜響應(yīng)范圍寬(380～1100nm)，因此硅基APD是VLC系統(tǒng)常用探測(cè)器。

然而，硅材料對(duì)藍(lán)光的吸收系數(shù)約為10^-4cm^-1，而藍(lán)光在硅材料中傳播距離約為1μm，所以藍(lán)光在傳統(tǒng)的硅基APD中傳播不到吸收層就已經(jīng)被吸收，導(dǎo)致藍(lán)光的靈敏度低、量子效率低。也就是說，具有藍(lán)光高敏感度的APD探測(cè)器是可見光探測(cè)的瓶頸問題。

實(shí)用新型內(nèi)容

為克服現(xiàn)有的技術(shù)缺陷，本實(shí)用新型提供了一種可以提高藍(lán)光量子效率和靈敏度的硅基雪崩光電二極管陣列及其制備方法。

為實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的，采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種增強(qiáng)藍(lán)光型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(shè)于襯底底部的陽極，所述襯底上表面設(shè)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(chǎng)控層，且陰極、非耗盡層、倍增層和場(chǎng)控層側(cè)面與所述襯底之間絕緣；所述場(chǎng)控層上覆有吸收層，且所述吸收層與所述襯底相接；所述吸收層表面覆有規(guī)則排列的亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)層；所述襯底為p⁺型硅片；所述非耗盡層為n⁺型硅外延層；所述倍增層為π型的硅外延層；所述場(chǎng)控層為p型的硅外延層；所述吸收層為π型硅外延層。

由于硅材料的自身特性，硅對(duì)藍(lán)光的吸收率隨厚度增加，對(duì)于傳統(tǒng)的硅基APD來說，由于其吸收層位于器件底層，藍(lán)光很難到達(dá)吸收層就被吸收了，從而導(dǎo)致藍(lán)光的量子效率低。基于這些原因，本實(shí)用新型提供了一種采用倒裝結(jié)構(gòu)，將吸收層設(shè)置于器件的表層，從而使入射的藍(lán)光在表層被充分的吸收，大大提高了吸收層對(duì)藍(lán)光的吸收率；同時(shí)本實(shí)用新型還在吸收層的表層增加了一層亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)層，使得藍(lán)光入射光照射到器件光敏面時(shí)能產(chǎn)生等離激元共振的效應(yīng)，大大增強(qiáng)器件對(duì)藍(lán)光的靈敏度。

本實(shí)用新型的工作過程具體為：在反向偏壓的作用下，光照射在APD光敏面，入射光在具有亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)層的表面產(chǎn)生等離激元共振的現(xiàn)象，電子被束縛在等離激元結(jié)構(gòu)的周圍，滲入到吸收層里電子在內(nèi)建電場(chǎng)的作用下向n型漂移，在倍增層發(fā)生雪崩現(xiàn)象，形成大的反向電流；而在APD表面沒有發(fā)生等離激元共振現(xiàn)象的光子會(huì)入射到吸收層，當(dāng)入射光的光子能量大于硅的禁帶寬度時(shí)，在吸收層中入射的光子能量被吸收產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，電子沿著電場(chǎng)方向向n型擴(kuò)散，空穴向p型擴(kuò)散，當(dāng)反向偏壓足夠大時(shí)將引起載流子的雪崩倍增，形成大的反向電流；由等離激元共振效應(yīng)和吸收層光生載流子的效應(yīng)的共同作用，則能產(chǎn)生更大的反相電流，如此能放大光電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。