[發明專利]一種藍綠光增強型的硅基雪崩光電二極管

在審

• 申請號: 202110277300.4
• 申請日: 2021-03-15
• 公開（公告）號: CN113054048A
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 韓筱君;湯佳麗;程朝南;劉宴京;何曉穎
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: H01L31/107
• 分類號: H01L31/107;H01L31/0216;H01L31/0336;H01L31/0352
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本發明公開了一種藍綠光增強型的硅基雪崩光電二極管，該雪崩光電二極管包括硅吸收層，所述硅吸收層兩側為P+高摻雜層，硅吸收層下面依次為場控層、倍增層非耗盡層，硅吸收層上面為二維類材料，二維類材料與硅吸收層組成的異質結共同成為雪崩光電二極管的吸收層。二維材料具有超大的比表面積，良好的面內熱電導率，超高的載流子遷移率，以及相對較小的楊氏模量，提高了高頻光電探測器的響應度；吸收層位于器件的表層，形成倒裝結構，避免了離子注入產生的缺陷吸收，從而使入射的藍綠光波段能夠被充分有效的吸收；產生的電場為垂直電場，提高器件的量子效率，減小了漏電流。

技術領域

本發明涉及一種藍綠光增強型的硅基雪崩光電二極管，尤其是能增強對藍綠光波段的吸收、響應度和量子效率，可應用于水下通信與探測，其屬于硅基雪崩光電探測器技術領域。

背景技術

水下光信號的傳輸距離主要由光探測器的靈敏度決定，基于雪崩倍增效應的雪崩光電探測器(APD)，是光電探測器靈敏度的極限。藍綠光波段(400nm-550nm)是水中的吸收衰減系數最小，穿透能力最強的光窗口，弱通信信號的接收辨別取決于對藍綠光探測能力。對于硅材料，藍綠光波段的吸收系數約為10^-4cm^-1，那么藍綠光波段的光在硅中的穿透深度僅約為1μm。藍綠光在傳統的硅基APD表面層就被吸收，還沒有到達吸收層，導致藍光的靈敏度低、量子效率低，故將需將吸收層放置在器件表面。

二維材料具有超大的比表面積，良好的面內熱電導率，超高的載流子遷移率，以及相對較小的楊氏模量，促使了它們在超快響應的高頻光電探測器中的應用。此處以二硫化鉬具體描述，二硫化鉬的帶隙和它的層數有很大的關聯性，具體的關系為，隨著二硫化鉬層數的減少，它的帶隙會越來越大，當二硫化鉬最終減薄到單層時，它的能帶間隙達到最大值，約為1.85eV，同時其能帶結構變為直接帶隙半導體結構，對應的激光響應截止波長在670nm左右，適用于對藍綠光的吸收，將單層二硫化鉬引入吸收層，以提高對藍綠光的吸收，并且建立器件內部垂直電場。

發明內容

為克服現有硅雪崩探測器中吸收層過深的技術問題，本發明提供了一種可以提高藍綠光響應度、量子效率和靈敏度的硅基雪崩光電二極管及其制備方法。

為實現本發明的目的，采用以下技術方案予以實現：

一種藍綠光增強型的硅基雪崩光電二極管，所述雪崩光電二極管陣列為SACM型APD，包括硅表面吸收層，所述硅表面吸收層兩側為歐姆接觸層，所述硅表面吸收層下面依次為：場控層、倍增層、非耗盡層；且所述場控層、倍增層和非耗盡層依次連接，所述硅表面吸收層之上覆蓋有二維類材料，所述二維類材料遠離場控層，與所述硅表面吸收層組成的異質結共同成為硅雪崩光電二極管的吸收層；且所述硅表面吸收層之上的二維類材料兩側連接有第一電極，所述非耗盡層連接有第二電極，所述二維類材料與第一電極上面鋪有藍綠光波段的增透膜，所述APD結構兩側覆有二氧化硅絕緣層，以減少漏電流。

其中，所述硅表面吸收層為π型硅，摻雜濃度為10¹²—10¹⁵cm^-3；所述場控層為P型硼(B)離子摻雜硅，摻雜濃度為10¹⁶—10¹⁸cm^-3；所述倍增層為π型B離子摻雜硅，摻雜濃度為10¹²—10¹⁵cm^-3；所述非耗盡層為N+型磷(P)離子摻雜硅，摻雜濃度為10¹⁵—10²⁰cm^-3；所述歐姆接觸層為P+型B離子摻雜硅，摻雜濃度為10¹⁵—10²⁰cm^-3；所述二維類材料依照所需選擇摻雜類型和摻雜濃度。