[發明專利]一種雪崩光電探測器及其制備方法

有效

• 申請號: 202110019792.7
• 申請日: 2021-01-07
• 公開（公告）號: CN112382689B
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 徐之韜;王權兵;王丹;余沛;王任凡
• 申請（專利權）人: 武漢敏芯半導體股份有限公司
• 主分類號: H01L31/107
• 分類號: H01L31/107;H01L31/0216;H01L31/0304;H01L31/18
• 代理公司: 北京中強智尚知識產權代理有限公司 11448
• 代理人: 郭曉迪

本發明公開了一種雪崩光電探測器及其制備方法，其中，所述光電探測器外延結構從下至上依次包括：Si?InP(Fe)襯底、N?InP緩沖層、N?接觸層、N?導電層、雪崩倍增層、電場控制層、AlGaInAs帶隙過渡層、光吸收層、InGaAsP帶隙過渡層、光窗層和P?接觸層；光電探測器還包括形成于P?接觸層、光窗層、InGaAsP帶隙過渡層和光吸收層中的Zn擴散區、在N?接觸層上設置的N型電極、以及在Zn擴散區上設置的P型電極；其中，N?接觸層、P?接觸層和光窗層均采用InGaAsP材料制備而成。本發明通過將N?接觸層、P?接觸層和光窗層均采用InGaAsP材料制備而成，可有效提升光吸收效率，改善器件串聯電阻，改善器件帶寬，并使器件制作工藝流程更簡單；使本發明提供的光探測器的產品可靠性提高。

技術領域

本發明屬于光電探測器技術領域，具體涉及一種雪崩光電探測器及其制備方法。

背景技術

雪崩光電探測器，又稱APD探測器，是工作在反向偏壓下，通過光電轉化將光信號變成電信號，通過碰撞電離將光電流倍增放大的一種光電探測器。與PIN探測器相比，由于APD探測器具有內部增益，所以有更高的靈敏度，1.31μm和1.55μm的近紅外光因其在光纖中低損耗和低色散而適合于光纖傳輸系統。1.55μm的波長還可以用于量子密鑰分配三維成像、激光雷達、大氣監測和對人腦的安全監測等。因此，研究和制作高響應、高速、高穩定的InGaAs/AlInAs-APD探測器具有重要的意義與應用價值。

1.31μm和1.55μm波長的近紅外APD探測器主要有兩種：InGaAs/InP APD探測器，InGaAs/AlInAs-APD探測器。二者都以InGaAs為光吸收層，前者以InP材料為雪崩倍增層，后者以AlInAs材料為雪崩倍增層，AlInAs-APD探測器和InP-APD探測器相比，有如下優點：

（1）AlInAs材料的帶隙較InP材料大，因此AlInAs-APD探測器要比InP-APD探測器更穩定可靠；

（2）AlInAs材料比InP材料具有更低的電離率比值（即K值），因而AlInAs-APD探測器較InP-APD探測器具有更低的噪聲；

（3）AlInAs材料較InP材料具有更小的電壓溫度系數，因此，AlInAs-APD的Vbr隨溫度變化更小，工作更穩定；

（4）AlInAs-APD探測器較InP-APD探測器具有更高的增益帶寬乘積，因此AlInAs-APD探測器具有更好的頻率特性，更高的傳輸頻率。

然而，現有技術中的InGaAs/AlInAs-APD探測器還存在著量子效率低和帶寬較窄等問題。

發明內容

針對上述現有技術存在的不足之處，本發明提供了一種雪崩光電探測器及其制備方法。

本發明一方面提供的一種雪崩光電探測器，所述光電探測器外延結構從下至上依次包括：Si-InP(Fe)襯底、N-InP緩沖層、N-接觸層、N-導電層、雪崩倍增層、電場控制層、AlGaInAs帶隙過渡層、光吸收層、InGaAsP帶隙過渡層、光窗層和P-接觸層；所述光電探測器還包括形成于所述P-接觸層、光窗層、InGaAsP帶隙過渡層和光吸收層中的Zn擴散區、在所述N-接觸層上設置的N型電極、以及在所述Zn擴散區上設置的P型電極；其中，所述N-接觸層、P-接觸層和光窗層均采用InGaAsP材料制備而成。

進一步的，所述InGaAsP帶隙過渡層為帶隙寬度漸變的InGaAsP層，所述InGaAsP帶隙過渡層的響應波長為1.1~1.5μm。

進一步的，所述AlGaInAs帶隙過渡層為帶隙寬度漸變的AlGaInAs層，所述AlGaInAs帶隙過渡層的響應波長為1.1~1.5μm。