[發明專利]一種多電極的高速光電探測器及其制備方法

有效

• 申請號: 202011397048.2
• 申請日: 2020-12-03
• 公開（公告）號: CN112490302B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 孫甲政;許博蕊;孫文惠;祝寧華;石迪飛
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01L31/0224
• 分類號: H01L31/0224;H01L31/105;H01L31/18
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 王文思

本公開提供了一種多電極的高速光電探測器，包括：襯底；N臺面，其位于襯底上，N臺面表面一側設置N電極；I臺面，其位于N臺面上，且I臺面的水平寬度小于N臺面的水平寬度，I臺面表面一側設置I電極；P臺面，其位于I臺面上，且P臺面的水平寬度小于I臺面的水平寬度，P臺面表面一側設置P電極。本公開還提供了一種多電極的高速光電探測器的制備方法。

技術領域

本公開涉及半導體光電子器件技術領域，具體涉及一種多電極的高速光電探測器及其制備方法。

背景技術

隨著信息時代的到來，近年來網絡通信量呈現出“爆炸式”的增長，人們對于海量數據的發送和接收需求日益凸顯，高速光纖通信技術作為解決這些問題的主要方法得到了極大的關注。作為光通信系統中的核心組件，光電探測器需要更好的線性度、更低的暗電流以及更大的帶寬才能滿足不斷提速的通信系統的需求。

目前廣泛應用于光通信系統中的光電探測器主要包括PIN光電探測器、雪崩光電探測器(APD)以及金屬-半導體-金屬光電探測器(MSM)等幾類。其中，APD由于雪崩建立時間較長、功耗大等問題，限制了其的大規模應用；MSM存在吸收層電場強度低、響應度低等問題。PIN光電探測器由于帶寬大、暗電流低、響應度適中在光通信系統中得到了廣泛的應用。

現有技術中的臺面型PIN探測器芯片吸收區吸收入射光產生的電子和空穴分別向兩個電極移動并進入外電路，在這個過程中空穴需要穿越吸收區上部的P摻雜InP區和P摻雜InGaAs區，而電場在這兩個區域中為零，載流子只能依靠擴散完成該過程，增加了載流子的渡越時間，限制了器件的高速性能。為了更好的使PIN光電探測器滿足不斷提速的高速光通信系統的需求，有必要提出一種高速、大帶寬的PIN光電探測器結構。

發明內容

為了解決現有技術中上述問題，本公開提供了一種多電極的高速光電探測器及其制備方法，該光電探測器通過優化PIN結構，使得吸收層中產生的光生載流子不必穿越電場強度為零的P臺面，通過減少載流子的輸運距離降低器件的渡越時間，進而提高了該光電探測器的帶寬。

本公開的一個方面提供了一種多電極的高速光電探測器，包括：襯底；N臺面，其位于襯底上，N臺面表面一側設置N電極；I臺面，其位于N臺面上，且I臺面的水平寬度小于N臺面的水平寬度，I臺面表面一側設置I電極；P臺面，其位于I臺面上，且P臺面的水平寬度小于I臺面的水平寬度，P臺面表面一側設置P電極。

進一步地，P電極和N電極間及I電極和N電極間采用獨立的電激勵，N電極作為共用電極其為地電極。

進一步地，P電極與N電極構成直流偏置電極，其間外接電感隔交實現無串擾的直流偏置。

進一步地，I電極與N電極構成信號輸出電極，其間外接電容隔直實現無串擾的交流信號輸出。

進一步地，I電極由Ti、Pt及Au金屬依次疊層生長構成的環形電極。

進一步地，I臺面由本征InGaAs吸收層和P型摻雜InGaAs吸收層構成，其中，本征InGaAs吸收層位于N臺面上，P型摻雜InGaAs吸收層位于本征InGaAs吸收層上。

進一步地，P臺面由P型摻雜InP層、P型摻雜InGaAsP層及P型重摻雜InGaAs歐姆接觸層構成，其中，P型摻雜InP層、P型摻雜InGaAsP層及P型重摻雜InGaAs歐姆接觸層依次位于P型摻雜InGaAs吸收層上。

進一步地，該光電探測器還包括一P電極焊盤、一I電極焊盤、第一N電極焊盤及第二N電極焊盤，其中，P電極焊盤、I電極焊盤、第一N電極焊盤及第二N電極焊盤位于襯底上，P電極焊盤與P電極通過引線連接，I電極焊盤與I電極通過引線連接，第一N電極焊盤及第二N電極焊盤分別與N電極通過引線連接。