[發明專利]一種寬光譜響應的InGaAs單光子雪崩光電二極管及其制造方法

有效

• 申請號: 201910280919.3
• 申請日: 2019-04-09
• 公開（公告）號: CN110071194B
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發明（設計）人: 王璽;黎淼;李傳波;陳偉;高新江;張承;黃超意;何豐;馬勇
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H01L31/107
• 分類號: H01L31/107;H01L31/0304;H01L31/02;H01L31/0216;H01L31/18
• 代理公司: 重慶市恒信知識產權代理有限公司 50102
• 代理人: 劉小紅;陳棟梁

1.一種寬光譜響應的InGaAs單光子雪崩光電二極管，其特征在于，包括：襯底(1)，在所述襯底(1)的中軸線上設有短波透光窗口(2)，短波透光窗口(2)用于增加在760nm-900nm波段光子的透射率，在所述襯底(1)的一側設有n電極(3)，n電極(3)用于與外部電源的一極相接觸，襯底(1)的另一側依次設有腐蝕截止層(4)、InGaAs標準波長吸收層(5)、長波吸收層(6)、漸變層(7)、電荷層(8)、倍增層(9)以及鈍化層(13)，腐蝕截止層(4)用于在腐蝕透光窗口時對InGaAs標準波長吸收層(5)進行保護，防止腐蝕劑對其產損傷，InGaAs標準波長吸收層(5)用于對900nm-1700nm波段光子的吸收，長波吸收層(6)用于對1700nm-1800nm波段光子的吸收，漸變層(7)用于減少長波吸收層(6)與電荷層(8)之間晶格的不連續，電荷層(8)用于調整倍增層(9)的電場強度，倍增層(9)用于載流子的雪崩碰撞離化，以及鈍化層(13)用于保護器件表面，在所述倍增層(9)內設有階梯型PN結(10),階梯型PN結(10)用于產生耗盡區，在所述倍增層(9)另一側設有p電極(12)和鈍化層(13)，p電極(12)用于與外部電源的另一極相接觸；

所述p電極(12)、階梯型PN結(10)以及透光窗口(2)三者處于同一中心軸線上，且徑向尺寸基本一致，直徑為10μm～100μm；

所述短波透射窗口(2)，直徑為10μm～100μm，用于避免襯底(1)對760nm-900nm波段光子的吸收，并使之在穿透腐蝕截止層(4)之后，直接入射到InGaAs標準波長吸收層(5)，從而產生光生載流子，然后在電場的作用下發生雪崩并被收集；

所述腐蝕截止層(4)的厚度為20nm～100nm，用于讓900nm-1700nm的光子直接穿過襯底(1)和腐蝕截止層(4)，作用于InGaAs標準波長吸收層(5)；

所述長波吸收層(6)具有多個高銦組分InGaAs子膜層；

所述長波吸收層(6)采用In_xGa_1-xAs/In_yGa_1-yAs多量子阱的應變補償結構，單個膜層厚度20nm-100nm，總厚度500nm-2000nm。

2.一種基于權利要求1所述單光子雪崩光電二極管的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、在襯底(1)上，通過有機金屬化學氣相沉積法和分子束外延法依次生長腐蝕截止層(4)、InGaAs標準波長吸收層(5)、長波吸收層(6)、漸變層(7)、電荷層(8)、倍增層(9)以及鈍化層(13)；

S2、通過光刻、腐蝕和擴散工藝在倍增層(9)中形成階梯型PN結(10)；

S3、通過濺射或蒸鍍工藝制備p電極(12)；

S4、通過光刻、腐蝕工藝在襯底(1)中形成短波透光窗口(2)；

S5、在短波窗口(2)底部的腐蝕截止層(4)上，通過有機金屬化學氣相沉積法制備保護層；

S6、通過濺射或蒸鍍工藝制備n電極(3)；

S7、通過濕法腐蝕剝離工藝，去除短波窗口(2)中的保護層材料和多余的電極材料。