[發(fā)明專利]基于InGaAs/InAlAs/InP雪崩光電探測器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法

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• 申請日: 2019-11-04
• 公開（公告）號: CN111276555A
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王航;譚明;吳淵淵;黃欣萍;陸書龍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所南昌研究院
• 主分類號: H01L31/0304
• 分類號: H01L31/0304;H01L31/107;G06F30/20
• 代理公司: 南京利豐知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王茹;王鋒

本發(fā)明公開了一種基于InGaAs/InAlAs/InP雪崩光電探測器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，所述結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法包括：根據(jù)雪崩探測器的實際結(jié)構(gòu)和類型建立起相應(yīng)仿真模型，并將所述雪崩探測器的實際性能與仿真模型的仿真實驗結(jié)果進行擬合，之后依據(jù)擬合結(jié)果優(yōu)化該雪崩探測器的倍增層摻雜濃度、電荷層摻雜濃度和電荷層厚度等，最終得到優(yōu)化后的器件結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提供的方法能夠通過模擬計算優(yōu)化器件的外延結(jié)構(gòu)，從而有效地控制雪崩光電二極管器件內(nèi)部電場分布情況，進而實現(xiàn)對器件貫穿電壓、擊穿電壓等特性的有效控制，從而提高器件性能并滿足實際需求，具有廣泛應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明特別涉及一種基于InGaAs/InAlAs/InP雪崩光電探測器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，屬于半導(dǎo)體紅外光電探測器領(lǐng)域技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著通信5G時代的到來，進一步地對光纖通訊相關(guān)行業(yè)設(shè)備、系統(tǒng)性能提出了更高要求。光纖通信技術(shù)是現(xiàn)代通信技術(shù)的基礎(chǔ)，在光纖系統(tǒng)中，光接收機和光發(fā)射器是光纖通信系統(tǒng)中最重要的組成部分，激光器和探測器分別作為光發(fā)射器和接收機最核心部分。其中光探測器是光接收機中至關(guān)重要的一個器件。探測器性能的強弱決定著光纖系統(tǒng)的傳輸能力大小。

與傳統(tǒng)的PIN結(jié)構(gòu)探測器相比較，雪崩光電二極管(APD)內(nèi)部載流子在高電場條件下產(chǎn)生雪崩效應(yīng)，且具有較高的內(nèi)部增益機制。探測器內(nèi)部的載流子在偏置電壓下產(chǎn)生的雪崩倍增效應(yīng)可以極大提高光電信號檢測的靈敏度，從而提高了器件的響應(yīng)以及信噪比等。所以在光纖通訊中，通常把APD探測器作為光纖組件系統(tǒng)中接收光發(fā)射機發(fā)射信號的接收器。

目前用于光纖通信波段(1330nm，1550nm)的光電子器件大部分是利用InP半導(dǎo)體材料制造的。InP作為一種帶隙較寬的半導(dǎo)體，由于它和帶隙較窄的半導(dǎo)體InGaAs晶格匹配，所以目前成熟的商用APD都采用InP/InGaAs異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。但是，因為InP和InGaAs的帶隙相差較大(約為0.4eV)，在反向偏置電壓下，吸收區(qū)產(chǎn)生的空穴漂移到InP/InGaAs異質(zhì)結(jié)邊緣時，由于禁帶帶階差的影響，載流子達到倍增區(qū)的速度減弱，部分空穴被陷阱捕獲，從而大大影響了APD器件的響應(yīng)時間、響應(yīng)帶寬，增大了器件暗電流。而InAlAs的禁帶寬度比InP更大，InAlAs/InGaAs APD有更好的增益-噪聲特性，因此InAlAs/InGaAs SACGM結(jié)構(gòu)的APD也成為當前研究的熱點。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于提供一種基于InGaAs/InAlAs/InP雪崩光電探測器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，在盡量節(jié)約生長材料與進行工藝時間的前提下，實現(xiàn)對器件的貫穿電壓和擊穿電壓的調(diào)控，進而克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足。

為實現(xiàn)前述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括：

本發(fā)明實施例提供了一種基于InGaAs/InAlAs/InP的雪崩光電探測器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，其包括：

提供雪崩光電探測器，并建立用于描述所述雪崩光電探測器的模擬模型；

將基于所述雪崩光電探測器的測試結(jié)果與基于所述模擬模型的計算結(jié)果進行擬合；

將所述測試結(jié)果和計算結(jié)果進行擬合，并根據(jù)擬合結(jié)果至少調(diào)節(jié)所述雪崩光電探測器外延結(jié)構(gòu)中的電荷層厚度及摻雜濃度、緩沖層厚度及摻雜濃度中的任意一種或多種，進而至少實現(xiàn)對所述雪崩光電探測器的貫穿電壓和擊穿電壓的調(diào)節(jié)，最終獲得優(yōu)化后的雪崩光電探測器。

進一步的，所述的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法具體包括：采用仿真軟件建立用于描述所述雪崩光電探測器的模擬模型，所述仿真軟件包括半導(dǎo)體TCAD仿真軟件。

進一步的，所述的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法具體包括：

先根據(jù)所述擬合結(jié)果調(diào)節(jié)所述雪崩光電探測器外延結(jié)構(gòu)中的倍增層厚度、電荷層厚度和/或摻雜濃度，獲得一次優(yōu)化后的雪崩光電探測器；