反向导电纳米阵列及其制造方法技术

反向导电纳米阵列，可以包括：光电二极管结构，所述光电二极管结构具有基板、光吸收层和倍增层；以及光引导层，所述光引导层被沉积在所述光电二极管结构的顶表面上，并且经图案化以形成纹理化表面，所述纹理化表面用于在入射光进入所述光电二极管结构时改变所述入射光的角度以增加所述入射光的光路。在一个实施例中，所述光引导层可以包括多个三角形突起，以在入射光进入所述光电二极管结构时折射所述入射光以增加其光路。在另一个实施例中，可以在每一个三角形突起的两侧上图案化出多个纳米级次三角形突起，以更加有效地增加光路。在另外一个实施例中，可以使用多孔材料来形成所述光引导层。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光电子器件，且更具体地说，涉及一种无需增大光电二极管的大小，也 能具有高的吸收效率和倍增效率的高速光电二极管。
技术介绍
近年来，光电二极管已经应用于军事、通信、信息技术和能源等领域。光电二极管 通过吸收光子和排出粒子来运作，在外部电路中产生与入射能量成比例的电流。也就是说， 光电二极管主要具有两种功能，吸收光并将光转换成电信号，以及通过倍增来放大电信号。 在光纤通信中光电二极管的应用可见于图1中，在图1中，在发射端，电信号被转 换成光信号，然后通过光学传输线（例如光纤）来传输。在接收端，使用光接收元件（诸如 光电二极管或光检测器）将转换来的光信号转换回为电信号。 硅光电二极管是对高能粒子和光子做出响应的半导体器件。一种标准类型是PIN 二极管，PIN二极管基本上包括夹插在η型半导体层与p型半导体层之间的本征半导体光吸 收层。如图2所示，PIN二极管200可以包括阴极210、η型区220、本征光吸收倍增层230、 P型掺杂区240和阳极250。当入射光270进入时，大多数光子被吸收在本征层230中，而 其中产生的载流子能够有效地增进光电流。最常见的PIN二极管是硅PIN二极管，而它们 在整个可见光谱区以及最远达波长1 μ m的近红外区上都很敏感。对于最远达1. 7 μ m的较 长波长，可使用InGaAs PIN二极管。此外，PIN二极管可以在p型掺杂区240的顶部上具 有抗反射涂层260。 光电二极管的性能在于所能达成的信号处理速度以及噪声，而这两者取决于吸收 效率和倍增效率。图3所示为厚度为d的简化光电二极管结构310,并且简化结构310可 以包括图2中所示的PIN二极管200中的所有层。当入射光通过二极管结构310时，光路 长度仅仅等于结构d的厚度。这里光路指的是一个未被吸收的光子在离开器件之前在器件 内可能移动的距离。如果不增大在二极管结构310内的光路，吸收效率和倍增效率会较低。 为了增强吸收效率，一些人士建议增大光吸收层的厚度，但是，这样做会限制由入射光所产 生的电子和空穴的渡越时间，进而降低了光电二极管的速度。因此，仍需要对光电二极管 进行新型的改进，使其具有高吸收效率、高倍增效率和高速度，以克服上述缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种通过增加入射光的光路而具有高吸收效率和高倍增 效率的高速光电二极管器件。 本专利技术的另一个目的在于提供一种具有光引导层的高速光电二极管器件，该光引 导层具有微米/纳米纹理化表面以改变入射光的角度，并进而增加其光路。 本专利技术的另一个目的在于提供一种具有光引导层的高速光电二极管器件，该光引 导层具有微米/纳米纹理化表面，该微米/纳米纹理化表面包括多个三角形、在三角形上的 次三角形、钻石形突起、锥形突起或上述形状的任何组合。 在一个方面中，反向导电纳米阵列包括：光电二极管结构，该光电二极管结构包括 基板、光吸收层和倍增层；以及光引导层，该光引导层沉积在该光电二极管结构的顶表面 上，并且经图案化以形成纹理化表面，该纹理化表面用于在入射光进入光电二极管结构时 改变入射光的角度以增加入射光的光路。 在一个实施例中，该光引导层可以包括多个三角形突起，该多个三角形突起用于 在入射光进入光电二极管结构时使入射光折射以增加其光路，三角形突起的材料包括InP、 6&八8、51、66、1116&六8和1116&六8?。另外，增加的光路可以表达为(1(86(3(0-0 2)-1)，其中(1 是该光电二极管结构的厚度，Θ是入射光的入射角，θ2是被折射的光的折射角。 在另一个实施例中，可以使用包括扫描探针显微镜（SPM)和原子力显微镜（ATM) 的纳米光刻仪器来在每一个三角形突起的两侧上图案化出多个次三角形突起。进而，当次 三角形突起的折射率高于对应的三角形突起的折射率时，入射光可以被布置成在三角形突 起中被全部反射以显著增加光路。 在另外一个实施例中，该光引导层由多孔材料制成，并且，入射光在进入该光电二 极管结构时在该多孔材料内发生偏斜，以增加光路。应注意到，入射光可以在该多孔材料中 偏斜一次以上。 在另一个方面中，一种光学通信系统可以包括发射器、光学地连接到该发射器的 光纤，以及光学地耦接到该光纤的光学接收器。该光学接收器可以包括高速光电二极管， 该高速光电二极管包括：光电二极管结构，该光电二极管结构包括基板、光吸收层和倍增 层；以及光引导层，该光引导层被沉积在该光电二极管结构的顶表面上，并且经图案化以形 成纹理化表面，该纹理化表面用于在入射光进入光电二极管结构时改变入射光的角度以增 加入射光的光路。 【附图说明】 图1所示为光学通信中光电二极管的应用。 图2所示为常规PIN二极管结构。 图3所示为简化光电二极管结构，其中入射光通过该光电二极管结构，且光路等 于光电二极管的厚度。 图4所示为本专利技术中的在二极管结构上具有光引导层的一个实施例。 图4a和图4b所示为本专利技术中的通过光引导层的入射光的示意图。 图5所示为本专利技术中的在二极管结构上的光引导层上具有多个次三角形突起的 另一个实施例。 图5a和图5b所不为图5中的通过光引导层的入射光的不意图。 图6所示为本专利技术中在二极管结构上使用多孔结构来作为光引导层的另外一个 实施例。 图6a所示为图6中的通过多孔光引导层的入射光的示意图。 图6b所示为图6中的入射光在进入二极管结构中时会发生偏斜从而改变角度并进一 步增加光路的不意图。 【具体实施方式】 下文给出的具体描述可以看作是根据本专利技术各方面的示例性器件的描述，但并不 意味着本专利技术仅限于所描述的这些形式。应理解，相同和等效的功能与组成部分也可以通 过在本专利技术精神和范围内的其他不同实施例来完成。 除非另有限定，本文中所用的所有科技术语应被理解为本专利技术所属领域的一般技 术人员通常意义上所理解的相同含义。在本专利技术的实践和测试中可以使用与所描述的方 法、器件和材料相似或等效的任何方法、器件和材料，但是在这里所描述的方法、器件和材 料仅仅是示例性的。 出于充分描述公开的目的，这里所提及的所有公开案通过引用的方式被并入本 文中，例如在这些公开案中所能描述的可能与本专利技术结合使用的设计和方法。上文、下文和 全文中所列出和论述的公开案被提供仅仅是因为它们在本申请的申请日之前被公开，而不 应当以任何意义理解成专利技术人无权由于本专利技术而先于这些公开案。 如上所述，速度是决定光电二极管性能中的关键因素之一，尤其是当光电二极管 用于高速光学通信系统中时。光电二极管的速度主要取决于吸收效率和倍增效率，这两 者可以通过改变入射光的入射角使光在光电二极管内移动较长距离来增强，或者使用一些 保光（light trapping)特征来使光线在光电二极管内往返许多次。 在本专利技术的一个方面中，高速光电二极管400可以包括二极管结构410以及在二 极管结构410的顶部上设置的光引导层420,如图4所示。在一个实施例中，高速光电二极 管400可以是诸如PIN二极管200的PIN二极管。根据入射光的波长，高速光电二极管的 基板可以是硅或InGaA本文档来自技高网...

【技术保护点】
反向导电纳米阵列，包括：光电二极管结构，包括基板、光吸收层和倍增层；以及光引导层，所述光引导层被沉积在所述光电二极管结构的顶表面上，并且经图案化以形成纹理化表面，其特征在于：所述纹理化表面用于在入射光进入所述光电二极管结构时改变所述入射光的角度并增加所述入射光的光路。

【技术特征摘要】
1. 反向导电纳米阵列，包括：光电二极管结构，包括基板、光吸收层和倍增层；以及光 引导层，所述光引导层被沉积在所述光电二极管结构的顶表面上，并且经图案化以形成纹 理化表面，其特征在于：所述纹理化表面用于在入射光进入所述光电二极管结构时改变所 述入射光的角度并增加所述入射光的光路。2. 根据权利要求1所述的反向导电纳米阵列，其特征在于：所述光引导层包括多个三 角形突起，以在入射光进入所述光电二极管结构时折射所述入射光来增加所述光路。3. 根据权利要求2所述的反向导电纳米阵列，其特征在于：所述三角形突起的材料包 括 InP、GaAs、Si、Ge、InGaAs 和 InGaAsP。4. 根据权利要求2所述的反向导电纳米阵列，其特征在于：所述三角形突起的大小处 于几微米到几百纳米的范围内。5. 根据权利要求2所述的反向导电纳米阵列，其特征在于：在半导体制造工艺中通...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶瑾琳，
申请(专利权)人：叶瑾琳，
类型：发明
国别省市：江苏;32