[發明專利]無過量噪聲的光電二極管

在審

• 申請號: 202210139787.4
• 申請日: 2019-05-24
• 公開（公告）號: CN114497263A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: W·K·陳
• 申請（專利權）人: 斯坦福國際研究院
• 主分類號: H01L31/105
• 分類號: H01L31/105;H01L31/0304;H01L31/0352;H01L31/18
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 袁策

本發明涉及無過量噪聲的光電二極管，并提供了可以經由具有超晶格倍增區來使光電二極管(諸如線性模式雪崩光電二極管)不含過量噪聲，該超晶格倍增區僅允許一種電流載流子類型(諸如電子或空穴)在被偏置時(其中層被晶格匹配)積聚足夠的動能以進行碰撞電離。光電二極管可以通過以下來構造：i)超晶格倍增區中的第一半導體合金和第二半導體合金的晶格匹配對，ii)吸收體區，以及iii)半導體襯底。可以通過這些構造層制造具有多個光電二極管的檢測器，以具有在從1.7pm至4.9pm的任何地方變化的截止波長以及處于一定水平的由暗電流產生的噪聲，使得該光電二極管可以準確地感測具有期望最小波長截止的電磁輻射信號。

本申請是于2019年5月24日提交的名稱為“無過量噪聲的光電二極管”的中國專利申請201980043875.0的分案申請。

相關申請

本申請作為部分繼續申請要求提交于2018年7月11日提交的標題為LINEAR MODEAVALANCHE PHOTODIODES WITHOUT EXCESS NOISE的國際PCT專利申請號：PCT/US18/41574的優先權和權益，并且該專利申請全文以引用方式并入本文。

技術領域

本公開的實施例整體涉及光電二極管。

背景技術

光電檢測器的功能是感測入射光并輸出與入射光通量成比例的電流，即光電流。理想情況下，光電檢測器為每個入射光子產生一個輸出電子或空穴，并且每個輸出電子或空穴都是入射光子的結果。對于其中入射通量較低的許多應用，輸出電流需要放大，然后才能由后續電子器件使用。在先前的一些光電檢測器中，為了實現光子計數，需要將光電流倍增10⁴到10⁶的增益機制來檢測單個光子。除了增加電流的幅值外，放大器還具有向電流添加噪聲的缺點。

實際上，許多類型的光電檢測器在室溫下的來自電子放大器的噪聲電流遠高于檢測單光子流(光子計數)所需的電流。由于放大器噪聲是由溫度驅動的，因此對于這些類型的光電檢測器，將放大器冷卻至低溫會降低其噪聲，但這種方法僅在有限數量的應用中可接受。

一種當前的倍增機制是碰撞電離。基于這種機制的光電檢測器被稱為雪崩光電二極管(APD)。

發明內容

本文可以提供用于光電二極管的各種方法、裝置和系統。

在一個實施例中，可以經由具有超晶格倍增區來使光電二極管(諸如線性模式雪崩光電二極管)不含過量噪聲，該超晶格倍增區僅允許一種電流載流子類型(諸如電子或空穴)在被偏置時(其中層被晶格匹配)積聚足夠的動能以進行碰撞電離。光電二極管可以通過以下來構造：i)超晶格倍增區中的第一半導體合金和第二半導體合金的晶格匹配對，ii)吸收體區，以及iii)半導體襯底。可以通過這些構造層制造具有多個光電二極管的檢測器，以具有在從1.7μm至4.9μm的任何地方變化的截止波長以及處于一定水平的由暗電流產生的噪聲，使得該光電二極管可以準確地感測具有期望最小波長截止的電磁輻射信號。

光電二極管可以通過以下來構造：i)超晶格倍增區中的第一半導體合金和第二半導體合金的晶格匹配對，ii)吸收體區，以及iii)半導體襯底。吸收體區還可以具有多種半導體合金的超晶格構造。可以通過超晶格倍增區中的第一半導體合金和第二半導體合金的晶格匹配對來構造給定的光電二極管，當光電二極管被電偏置以傳導電流時，該超晶格倍增區僅允許選自i)電子或ii)空穴的一種電流載流子類型積聚足夠的動能以進行碰撞電離。光電二極管將具有形成吸收體區的第三半導體合金和半導體襯底。倍增區和吸收體區可以與半導體襯底晶格匹配。倍增區和吸收體區從半導體襯底開始彼此交替堆疊。

匹配倍增區、吸收體區和半導體襯底中的合金，以將光電二極管設置為具有介于1.0μm和4.9μm之間的最小波長截止以及處于一定水平的由暗電流產生的噪聲，使得光電二極管可以準確地感測具有期望最小波長截止的電磁輻射信號。

將討論該設計的許多變型。

附圖說明