[發明專利]銻化物超晶格雪崩光電二極管及其制備方法

有效

• 申請號: 201910367634.3
• 申請日: 2019-05-05
• 公開（公告）號: CN110518085B
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 劉家豐;趙宇;吳啟花;黃勇
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: H01L31/107
• 分類號: H01L31/107;H01L31/0304;H01L31/0352;H01L31/18
• 代理公司: 深圳市銘粵知識產權代理有限公司 44304
• 代理人: 孫偉峰

本發明公開了一種銻化物超晶格雪崩光電二極管及其制備方法。該光電二極管包括：P型襯底；P型InAs/GaSb超晶格吸收層，設置于所述P型襯底上；P型InAsP/InAsSb超晶格電荷層，設置于所述P型InAs/GaSb超晶格吸收層上；P型InAsP/InAsSb超晶格倍增層，設置于所述P型InAsP/InAsSb超晶格電荷層上；N型InAsP/InAsSb超晶格接觸層，設置于所述P型InAsP/InAsSb超晶格倍增層上；第一電極，設置于所述P型襯底上；以及第二電極，設置于所述N型InAsP/InAsSb超晶格接觸層上。本發明通過全新的P型InAsP/InAsSb超晶格作為電荷層和倍增層，在引入異質結構的同時不影響電子的輸運，并且InAsP/InAsSb超晶格的空穴和電子離化率比比體材料AlGaAsSb差異更大，APD噪聲更小，且倍增層為無Al、無Ga的材料，因此器件性能更加優異。

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，尤其涉及一種銻化物超晶格雪崩光電二極管及其制備方法。

背景技術

紅外輻射探測是紅外技術的重要組成部分，紅外探測器在紅外成像、醫療、軍事等方面都發揮著重要的作用。隨著探測器技術發展以及人們對探測器更高性能的追求，使得探測器技術向更高響應速度、更高分辨率、更低噪聲和更高靈敏度的方向發展。而雪崩光電二極管(APD)因具備內部增益高、靈敏度高和響應速度快等獨特優勢成為紅外探測器的重要發展方向。

目前，工作在可見光和近紅外波段的APD器件主要采用Si、Ge和InGaAs材料，由于具有較好的性能已經實現商業化應用，如在激光雷達、光纖通信等領域。而中紅外波段APD器件的目前主要材料是碲鎘汞(HgCdTe)，其制備的器件性能較為優異，是制造中紅外APD的理想材料。但因為材料價格昂貴，主要限制于軍事用途。

銻化物超晶格材料是紅外探測材料的另一選擇，具有量子效率高、暗電流小、帶隙可調和材料均勻性好等優點，理論性能比碲鎘汞更加優異。因為銻化物超晶格具有替代碲鎘汞材料的潛力，自1987年被報道以來，已成為紅外探測器的新興發展方向。隨著材料生長和器件結構設計的進步，常規銻化物超晶格紅外探測器已經接近碲鎘汞探測器的性能，且國外已經實現了列裝。

盡管銻化物紅外探測器已經取得了一定的進展，但銻化物超晶格雪崩光電二極管的研究和樣品卻十分匱乏。雖然已有極少銻化物超晶格APD的報道(BanerjeeK,GhoshS,MallickS,etal.AppliedPhysicsLetters,2009,94(20):651.GhoshS,MallickS,BanerjeeK,etal.JournalofElectronicMaterials,2008,37(12):1764-1769.)，但目前報道的器件基本上都是采用簡單的PIN同質結構(反偏工作時的能帶示意圖參閱圖1)，采用InAs/GaSb超晶格作為吸收區同時也將其作為雪崩倍增區，它的優點是光信號產生的電子和空穴能夠順利收集，沒有勢壘阻擋，但存在暗電流較大、噪聲明顯等問題。

發明內容

(一)本發明所要解決的技術問題

本發明解決的問題是：如何分離吸收區和雪崩倍增區，在不影響少子輸運的同時，抑制暗電流。