[發(fā)明專利]850nm波段吸收區(qū)部分耗盡光電探測器及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011291398.0
• 申請日: 2020-11-18
• 公開（公告）號: CN112420859B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發(fā)明（設計）人: 陳佰樂;謝治陽
• 申請（專利權(quán)）人: 上海科技大學
• 主分類號: H01L31/0304
• 分類號: H01L31/0304;H01L31/105;H01L31/18
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 徐俊

本發(fā)明公開了一種850nm波段吸收區(qū)部分耗盡光電探測器及其制備方法。所述光電探測器包括半導體主體、陰極、陽極、鈍化薄膜、且該兩個金屬電極的表面與共面波導電極連接；半導體主體的結(jié)構(gòu)包括依次復合的半絕緣GaAs襯底、緩沖層、陰極接觸層、過渡層、耗盡GaAs吸收層、非耗盡GaAs吸收層、覆蓋層、陽極接觸層。制備方法為：在半絕緣GaAs襯底上依次生長出陰極接觸層緩沖層、陰極接觸層、過渡層等制得半導體主體；制備環(huán)形陽極、第一層臺階、陰極、第二臺階、鈍化薄膜、共面波導電極。本發(fā)明可以工作于850nm波段，具有低暗電流、高響應度、高響應帶寬的特點，能夠滿足850nm波段短距離光互聯(lián)系統(tǒng)的需求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種半導體光電探測器，具體涉及一種工作于850nm波段的基于GaAs/AlGaAs的吸收區(qū)部分耗盡光電探測器，屬于光電探測器技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在一些例如藥物研發(fā)、環(huán)境氣候變化模擬等領(lǐng)域的高性能計算系統(tǒng)中，對系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速度具有很高的帶寬需求。在這種短距離數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，相較于傳統(tǒng)的電互聯(lián)，使用光互連的方式在能耗比、成本以及可靠性中更能體現(xiàn)出優(yōu)勢。現(xiàn)今的短距離光互聯(lián)系統(tǒng)主要由工作在850nm波段的垂直腔面發(fā)射激光器(Vertical Cavity Surface EmittingLaser，VCSEL)，多模光纖(Multi-Mode Fiber，MMF)和光電探測器構(gòu)成，對光電探測器的性能要求主要包括高響應度，低噪聲，以及高頻率響應帶寬等。目前的850nm PIN探測器通常需要高響應度和高帶寬之間做取舍，無法兩者兼顧。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：現(xiàn)有光電探測器無法同時滿足短距離光互聯(lián)系統(tǒng)對光電探測器的性能主要要求，主要包括高響應度，低噪聲，以及高頻率響應帶寬。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種850nm波段吸收區(qū)部分耗盡光電探測器，其特征在于，包括半導體主體，半導體主體包括半絕緣GaAs襯底，半絕緣GaAs襯底上依次設有緩沖層、陰極接觸層、過渡層、耗盡GaAs吸收層、非耗盡GaAs吸收層、覆蓋層、陽極接觸層，陰極接觸層和過渡層構(gòu)成第二臺階，過渡層、耗盡GaAs吸收層、非耗盡GaAs吸收層、覆蓋層和陽極接觸層構(gòu)成第一臺階，第一臺階上設有陽極，第二臺階上設有陰極，陽極、陰極向同一側(cè)的半絕緣GaAs襯底延伸，陽極的延伸部分及其兩側(cè)的陰極的延伸部分與半絕緣GaAs襯底上的鍍金層構(gòu)成共面波導電極；第一臺階、第二臺階、半絕緣GaAs襯底的表面設有兩層鈍化薄膜。

優(yōu)選地，所述的耗盡GaAs吸收層、非耗盡GaAs吸收層用于吸收波長在850nm波段的光子；所述的陰極接觸層、過渡層和覆蓋層對波長在850nm波段的光子透明，陰極接觸層用于使半導體主體與陰極之間形成歐姆接觸，陽極接觸層用于使半導體主體與陽極之間形成歐姆接觸，鈍化薄膜用于減少表面漏電流，并增加光電探測器對波長在850nm波段的光子的透射率。

優(yōu)選地，所述陰極接觸層采用n型重摻雜的AlGaAs材料；陽極接觸層采用p型重摻雜的GaAs材料。

優(yōu)選地，所述陰極過渡層、覆蓋層分別采用本征和p型重摻雜的AlGaAs材料。

優(yōu)選地，所述非耗盡GaAs吸收層由多個成階梯狀摻雜濃度的p型摻雜的GaAs層構(gòu)成；所述耗盡GaAs吸收層采用的本征的GaAs材料。

優(yōu)選地，所述緩沖層采用本征的GaAs材料。

本發(fā)明還提供了上述850nm波段吸收區(qū)部分耗盡光電探測器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1)：利用金屬有機化學氣相沉積方法在半絕緣GaAs襯底上依次生長出緩沖層、陰極接觸層、過渡層、耗盡GaAs吸收層、非耗盡GaAs吸收層、覆蓋層、陽極接觸層；

步驟2)：利用電子束蒸發(fā)技術(shù)在陽極接觸層表面依次蒸鍍鈦、鉑、金，構(gòu)成環(huán)形陽極，并用快速退火爐進行退火；