锑化物超晶格雪崩光电二极管及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锑化物超晶格雪崩光电二极管及其制备方法。该光电二极管包括：P型衬底；P型InAs/GaSb超晶格吸收层，设置于所述P型衬底上；P型InAsP/InAsSb超晶格电荷层，设置于所述P型InAs/GaSb超晶格吸收层上；P型InAsP/InAsSb超晶格倍增层，设置于所述P型InAsP/InAsSb超晶格电荷层上；N型InAsP/InAsSb超晶格接触层，设置于所述P型InAsP/InAsSb超晶格倍增层上；第一电极，设置于所述P型衬底上；以及第二电极，设置于所述N型InAsP/InAsSb超晶格接触层上。本发明专利技术通过全新的P型InAsP/InAsSb超晶格作为电荷层和倍增层，在引入异质结构的同时不影响电子的输运，并且InAsP/InAsSb超晶格的空穴和电子离化率比比体材料AlGaAsSb差异更大，APD噪声更小，且倍增层为无Al、无Ga的材料，因此器件性能更加优异。

Antimony oxide superlattice avalanche photodiode and its preparation

The invention discloses an antimonide superlattice avalanche photodiode and a preparation method thereof. The photodiode includes: p-type substrate; p-type InAs / gas B superlattice absorption layer, which is arranged on the p-type substrate; p-type InAsP / inass B superlattice charge layer, which is arranged on the p-type InAs / gas B superlattice absorption layer; p-type InAsP / inass B superlattice multiplier layer, which is arranged on the p-type InAsP / inass B superlattice charge layer; n-type InAsP / inass B superlattice contact layer, which is arranged on the p-type InAsP / I The first electrode is arranged on the p-type substrate, and the second electrode is arranged on the n-type InAsP / inass B superlattice contact layer. In the invention, a new p-type InAsP / inass B superlattice is used as a charge layer and a multiplier layer, while introducing a heterostructure, the electron transport is not affected, and the hole and electron ionization rate of InAsP / inass B superlattice are more different than that of the bulk material AlGaAsSb, the APD noise is smaller, and the multiplier layer is a material without Al and GA, so the device performance is more excellent.

【技术实现步骤摘要】
锑化物超晶格雪崩光电二极管及其制备方法
本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种锑化物超晶格雪崩光电二极管及其制备方法。
技术介绍
红外辐射探测是红外技术的重要组成部分，红外探测器在红外成像、医疗、军事等方面都发挥着重要的作用。随着探测器技术发展以及人们对探测器更高性能的追求，使得探测器技术向更高响应速度、更高分辨率、更低噪声和更高灵敏度的方向发展。而雪崩光电二极管(APD)因具备内部增益高、灵敏度高和响应速度快等独特优势成为红外探测器的重要发展方向。目前，工作在可见光和近红外波段的APD器件主要采用Si、Ge和InGaAs材料，由于具有较好的性能已经实现商业化应用，如在激光雷达、光纤通信等领域。而中红外波段APD器件的目前主要材料是碲镉汞(HgCdTe)，其制备的器件性能较为优异，是制造中红外APD的理想材料。但因为材料价格昂贵，主要限制于军事用途。锑化物超晶格材料是红外探测材料的另一选择，具有量子效率高、暗电流小、带隙可调和材料均匀性好等优点，理论性能比碲镉汞更加优异。因为锑化物超晶格具有替代碲镉汞材料的潜力，自1987年被报道以来，已成为红外探测器的新兴发展方向。随着材料生长和器件结构设计的进步，常规锑化物超晶格红外探测器已经接近碲镉汞探测器的性能，且国外已经实现了列装。尽管锑化物红外探测器已经取得了一定的进展，但锑化物超晶格雪崩光电二极管的研究和样品却十分匮乏。虽然已有极少锑化物超晶格APD的报道(BanerjeeK,GhoshS,MallickS,etal.AppliedPhysicsLetters,2009,94(20):651.GhoshS,MallickS,BanerjeeK,etal.JournalofElectronicMaterials,2008,37(12):1764-1769.)，但目前报道的器件基本上都是采用简单的PIN同质结构(反偏工作时的能带示意图参阅图1)，采用InAs/GaSb超晶格作为吸收区同时也将其作为雪崩倍增区，它的优点是光信号产生的电子和空穴能够顺利收集，没有势垒阻挡，但存在暗电流较大、噪声明显等问题。
技术实现思路
(一)本专利技术所要解决的技术问题本专利技术解决的问题是：如何分离吸收区和雪崩倍增区，在不影响少子输运的同时，抑制暗电流。(二)本专利技术所采用的技术方案为了解决上述的技术问题，本专利技术采用如下的技术方案：一种锑化物超晶格雪崩光电二极管，包括：P型衬底；P型InAs/GaSb超晶格吸收层，设置于所述P型衬底上；P型InAsP/InAsSb超晶格电荷层，设置于所述P型InAs/GaSb超晶格吸收层上；P型InAsP/InAsSb超晶格倍增层，设置于所述P型InAsP/InAsSb超晶格电荷层上；N型InAsP/InAsSb超晶格接触层，设置于所述P型InAsP/InAsSb超晶格倍增层上；第一电极，设置于所述P型衬底上；以及第二电极，设置于所述N型InAsP/InAsSb超晶格接触层上。优选地，所述P型InAs/GaSb超晶格吸收层的材料为掺Zn或Be的InAs/GaSb超晶格。优选地，所述P型InAsP/InAsSb超晶格电荷层和所述P型InAsP/InAsSb超晶格倍增层的材料为掺Zn或Be的InAsP/InAsSb超晶格。优选地，所述N型InAsP/InAsSb超晶格接触层的材料为掺Si的InAsP/InAsSb超晶格。优选地，所述P型InAsP/InAsSb超晶格电荷层和所述P型InAsP/InAsSb超晶格倍增层的有效带宽大于所述P型InAs/GaSb超晶格吸收层的有效带宽；所述P型InAsP/InAsSb超晶格电荷层、所述P型InAsP/InAsSb超晶格倍增层和所述P型InAs/GaSb超晶格吸收层的导带平齐。本专利技术还公开了一种锑化物超晶格雪崩光电二极管的制备方法，包括：提供P型衬底；在P型衬底上依序生长形成P型InAs/GaSb超晶格吸收层、P型InAsP/InAsSb超晶格电荷层、P型InAsP/InAsSb超晶格倍增层以及N型InAsP/InAsSb超晶格接触层；在所述P型衬底上制作第一电极；以及在所述N型InAsP/InAsSb超晶格接触层上制作第二电极。优选地，在所述P型衬底上制作第一电极的具体方法包括：对所述N型InAsP/InAsSb超晶格接触层、所述P型InAsP/InAsSb超晶格倍增层、所述P型InAsP/InAsSb超晶格电荷层和所述P型InAs/GaSb超晶格吸收层的局部材料进行刻蚀，暴露出P型衬底，形成探测器台面；在所述P型衬底的暴露区域制作形成第一电极。优选地，采用金属有机物化学气相沉积工艺依序在所述P型衬底上生长形成所述P型InAs/GaSb超晶格吸收层、所述P型InAsP/InAsSb超晶格电荷层、所述P型InAsP/InAsSb超晶格倍增层和所述N型InAsP/InAsSb超晶格接触层。优选地，采用分子束外延工艺依序在所述P型衬底上生长形成所述P型InAs/GaSb超晶格吸收层、所述P型InAsP/InAsSb超晶格电荷层、所述P型InAsP/InAsSb超晶格倍增层和所述N型InAsP/InAsSb超晶格接触层。优选地，所述P型InAsP/InAsSb超晶格电荷层和所述P型InAsP/InAsSb超晶格倍增层的有效带宽大于所述P型InAs/GaSb超晶格吸收层的有效带宽；所述P型InAsP/InAsSb超晶格电荷层、所述P型InAsP/InAsSb超晶格倍增层和所述P型InAs/GaSb超晶格吸收层的导带平齐。(三)有益效果(1)本专利技术提供一种锑化物超晶格雪崩光电二极管，区别于简单同质PIN结构的锑化物超晶格雪崩光电二极管，在InAs/GaSb超晶格吸收区和InAsP/InAsSb超晶格电荷层和倍增层间形成空穴型异质结，让APD器件的电压降在InAsP/InAsSb超晶格材料上，同时不阻挡光信号产生的电子顺利注入InAsP/InAsSb超晶格倍增区，这样有利于减小暗电流并保证光电流的顺利搜集。(2)本专利技术提供一种锑化物超晶格雪崩光电二极管，倍增层材料为InAsP/InAsSb超晶格，是一种全新的空穴势垒材料，其空穴和电子离化率比AlGaAsSb材料的差异更大，APD噪声因子更小，且和InAs/GaSb超晶格以及AlGaAsSb材料相比较而言不含Al和Ga，材料缺陷更少、不容易氧化，材料质量和器件性能更高。电荷层材料也是InAsP/InAsSb超晶格，用于控制APD中的电场分布。(3)本专利技术提供一种锑化物超晶格雪崩光电二极管，采用P型超晶格吸收层，是电子型APD，相对于N型超晶格吸收层的空穴型APD，少子寿命更长，噪声更低，探测灵敏度更高。附图说明图1为现有技术的雪崩光电二极管反偏工作时的能带示意图；图2为另一现有技术的雪崩光电二极管反偏工作时的能带示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锑化物超晶格雪崩光电二极管，其特征在于，包括：/nP型衬底(10)；/nP型InAs/GaSb超晶格吸收层(20)，设置于所述P型衬底(10)上；/nP型InAsP/InAsSb超晶格电荷层(30)，设置于所述P型InAs/GaSb超晶格吸收层(20)上；/nP型InAsP/InAsSb超晶格倍增层(40)，设置于所述P型InAsP/InAsSb超晶格电荷层(30)上；/nN型InAsP/InAsSb超晶格接触层(50)，设置于所述P型InAsP/InAsSb超晶格倍增层(40)上；/n第一电极(60)，设置于所述P型衬底(10)上；以及/n第二电极(70)，设置于所述N型InAsP/InAsSb超晶格接触层(50)上。/n

【技术特征摘要】
1.一种锑化物超晶格雪崩光电二极管，其特征在于，包括：
P型衬底(10)；
P型InAs/GaSb超晶格吸收层(20)，设置于所述P型衬底(10)上；
P型InAsP/InAsSb超晶格电荷层(30)，设置于所述P型InAs/GaSb超晶格吸收层(20)上；
P型InAsP/InAsSb超晶格倍增层(40)，设置于所述P型InAsP/InAsSb超晶格电荷层(30)上；
N型InAsP/InAsSb超晶格接触层(50)，设置于所述P型InAsP/InAsSb超晶格倍增层(40)上；
第一电极(60)，设置于所述P型衬底(10)上；以及
第二电极(70)，设置于所述N型InAsP/InAsSb超晶格接触层(50)上。


2.根据权利要求1所述的锑化物超晶格雪崩光电二极管，其特征在于，所述P型InAs/GaSb超晶格吸收层(20)的材料为掺Zn或Be的InAs/GaSb超晶格。


3.根据权利要求1所述的锑化物超晶格雪崩光电二极管，其特征在于，所述P型InAsP/InAsSb超晶格电荷层(30)和所述P型InAsP/InAsSb超晶格倍增层(40)的材料为掺Zn或Be的InAsP/InAsSb超晶格。


4.根据权利要求1所述的锑化物超晶格雪崩光电二极管，其特征在于，所述N型InAsP/InAsSb超晶格接触层(50)的材料为掺Si的InAsP/InAsSb超晶格。


5.根据权利要求1至4任一项所述的锑化物超晶格雪崩光电二极管，其特征在于，所述P型InAsP/InAsSb超晶格电荷层(30)和所述P型InAsP/InAsSb超晶格倍增层(40)的有效带宽大于所述P型InAs/GaSb超晶格吸收层(20)的有效带宽；所述P型InAsP/InAsSb超晶格电荷层(30)、所述P型InAsP/InAsSb超晶格倍增层(40)和所述P型InAs/GaSb超晶格吸收层(20)的导带平齐。


6.一种锑化物超晶格雪崩光电二极管的制备方法，其特征在于，包括：
提供P型衬底(10)；
在P型衬底(10)上依序生长形成P型InAs/GaSb超晶格吸收层(20)、P型InAsP/InAsSb超...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘家丰，赵宇，吴启花，黄勇，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32