[發(fā)明專利]一種850nm波段單載流子高速探測器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011264776.6
• 申請日: 2020-11-12
• 公開（公告）號: CN112259626A
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐鵬飛;王巖;羅帥;季海銘
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇華興激光科技有限公司
• 主分類號: H01L31/0352
• 分類號: H01L31/0352;H01L31/0304;H01L31/115
• 代理公司: 武漢江楚智匯知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 42228
• 代理人: 鄧寅杰

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光電子器件技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種850nm波段單載流子高速探測器，其不同之處在于：其包括入射端，所述入射端上由下至上依次包括襯底、第一收集層、第二收集層、過渡層、p型多量子阱吸收層、p型阻擋層和p型接觸層，還包括正電極層和負(fù)電極層，所述正電極層位于所述p型接觸層上，所述負(fù)電極層位于所述第一收集層上且位于所述第二收集層的一側(cè)。本發(fā)明適于850nm波段工作，有利于提高探測器響應(yīng)速率，增大探測帶寬。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光電子器件技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種850nm波段單載流子高速探測器。

背景技術(shù)

光探測器是一種用來探測光或其他電磁輻射能量的裝置，它把輻射能量轉(zhuǎn)換成電流或電壓，并從外部電路測量這些電流、電壓值。大多數(shù)光電類型使用pn結(jié)，而基于Si或Ge的結(jié)稱為Si電池或Ge電池。由于具有從可見光到近紅外的良好特性，因此具有廣泛的應(yīng)用范圍。當(dāng)以施加反向偏置電壓并取出電流的方式使用光伏器件時(shí)，其具有極佳的測量特性。通常稱為光電二極管，它越來越多地代替光電倍增管。光電晶體管使用與光電二極管相同的檢測方法，但結(jié)合了用于放大輸出的機(jī)制。CCD也是光電探測器。

半導(dǎo)體光電探測器由于體積小、靈敏度商、響應(yīng)速度快、易于集成，是最理想的光電探測器，典型的包括PIN光電二極管、雪崩二極管以及硅光電倍增管。在光纖通信，傳感系統(tǒng)、高能物理、核醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

單載流子高速探測器是一種新型的高速探測器，在大容量光纖通信系統(tǒng)和超高速測試系統(tǒng)的發(fā)展中，能夠同時(shí)滿足高響應(yīng)速度和高飽和輸出功率要求的光電二極管正成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。因?yàn)檫@樣的光電二極管和光放大器組成的光接收機(jī)，其性能優(yōu)于普通光電二極管(pin-PD)和后置電放大器組成的光接收機(jī)，從而可以省去電放大器，擴(kuò)展了帶寬的同時(shí)還簡化了接收機(jī)的結(jié)構(gòu)。

作為一種新型光電探測器，其獨(dú)特的工作方式和高速、高飽和輸出等特性，越來越受到專業(yè)技術(shù)研究領(lǐng)域和工業(yè)、產(chǎn)業(yè)界人士的極大關(guān)注，擁有非常廣闊的市場前景。目前，在國外以日本NTT光子實(shí)驗(yàn)室為代表的一些研究機(jī)構(gòu)對高飽和輸出、高速InGaAs PD的研發(fā)應(yīng)用，已取得了相當(dāng)大的進(jìn)展。

對普通的pin-PD而言，高電流密度工作時(shí)要保持高速響應(yīng)是困難的，這些困難主要是由光生載流子產(chǎn)生的電場屏蔽即空間電荷效應(yīng)引起的，所以要想得到高速、高飽和輸出的光電二極管，基于InGaAs/InP pin PD結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行光電二極管結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，人們?yōu)榇瞬捎枚喾N方法來減少或消除引起空間電荷效應(yīng)的因素。如采用分布或邊耦合結(jié)構(gòu)通過減少光生載流子的漂移空間距離來降低光電二極管空間電荷效應(yīng)，提高了輸出功率；采用優(yōu)化參數(shù)的InGaAs、InP雙耗盡區(qū)結(jié)構(gòu)，通過減少光生載流子的漂移空間距離和InGaAs層的熱阻影響來降低空間電荷效應(yīng)，改善線性響應(yīng)特性。

另一種方法是提高載流子漂移速度來降低器件的空間電荷密度，基于這一概念，1997年由日本NTT光子實(shí)驗(yàn)室T.Ishibashi等人成功研制出由p型中性光吸收層和n型寬帶隙集結(jié)層構(gòu)成，只用電子作為有源載流子的光電二極管，即單行載流子光電二極管(TC-PD)，實(shí)現(xiàn)了高達(dá)400kA/cm2及80GHz的3dB帶寬，并利用該器件直接驅(qū)動(dòng)40Gb/s光信號邏輯集成電路。

迄今為止，NTT光子實(shí)驗(yàn)已成功開發(fā)出不同規(guī)格的UTC-D，例如26mA的峰值電流和152GHz的3dB帶寬，100mA的峰值電流和80GHz的3dB帶寬，其中性能最好的是1.55m光照下，半峰寬(FWHM)為0.97ps及310GHz的3dB帶寬以及約0.5V偏壓下具有超高速特性的UTC-pd，由此可以看出UTC結(jié)構(gòu)的光電二極管中能同時(shí)實(shí)現(xiàn)寬3dB帶寬和高飽和輸出的性能特性。