一种单行载流子光电二极管制造技术

本发明专利技术实施例提供一种单行载流子光电二极管，该单行载流子光电二极管通过将传统的收集区中的部分结构进行湿氮氧化工艺，获得部分氧化型收集区。由于经氧化工艺的部分结构形成的氧化物绝缘层的折射率较低，因此降低了单行载流子光电二极管的寄生结电容，减小了RC时间常数，由此提高了单行载流子光电二极管的响应速度。

A single carrier photodiode

The embodiment of the invention provides a single carrier photodiode, which obtains a partial oxidation type collection area by wet nitrogen oxidation of part of the structure in the traditional collection area. Due to the low refractive index of the oxide insulating layer formed by the partial structure of the oxidation process, the parasitic junction capacitance of the single carrier photodiode is reduced, the RC time constant is reduced, and the response speed of the single carrier photodiode is improved.

【技术实现步骤摘要】
一种单行载流子光电二极管
本专利技术涉及半导体光电器件
，尤其涉及一种单行载流子光电二极管。
技术介绍
光电二极管(Photodiode,PD)是一种重要的光电转换器件，在经济及军事应用领域有着广泛的应用，是光纤通信、超宽带无线通信、导弹制导、红外成像及遥感等应用系统的核心器件。响应速率是PD的重要指标之一，反应了器件的高频响应能力。1997年，由日本研究者专利技术的单行载流子光电二极管(Uni-travelingcarrierphotodiode,UTC-PD)极大地提升了光电二极管的响应速率。UTC-PD是在传统的PIN-PD(positive-intrinsic-negative，P型半导体-杂质-N型半导体)的结构上改进的，其i型吸收区变为p型吸收区和宽带隙的载流子收集区。UTC-PD以光生电子作为主要输运载流子，改变了传统PIN-PD中光生空穴和光生电子共同作为输运载流子的工作模式，大大降低了空间电荷效应，大幅度地提升了响应速率。为了进一步提高UTC-PD的高频特性，本专利技术提出了一种新型的氧化型收集区的UTC-PD。
技术实现思路
为了进一步提高UTC-PD的响应速率，提升UTC-PD的高频性能，本专利技术实施例提供一种单行载流子光电二极管，该单行载流子光电二极管的收集区为部分氧化型收集区，该收集区的氧化部分由含Al组分材料经湿氮氧化工艺制备而成。优选地，该单行载流子光电二极管还包括覆盖于部分氧化型收集区上面的p型吸收区，p型吸收区由GaAs材料和AlGaAs材料共同组成。优选地，氧化部分位于部分氧化型收集区的边缘区域。优选地，部分氧化型收集区为插入氧化层型收集区或Al组分渐变型收集区；其中，插入氧化层型收集区包括由下至上依次交替覆盖的若干层第一氧化层和若干层第一非氧化层；第一氧化层包括经氧化工艺氧化的第一氧化区和未经氧化工艺氧化的第一非氧化区，第一氧化区位于第一氧化层的边缘区域，第一非氧化区位于第一氧化层的边缘以内区域；Al组分渐变型收集区包括经氧化工艺氧化的第二氧化区和未经氧化工艺氧化的第二非氧化区；第二氧化区位于Al组分渐变型收集区的边缘区域，第二非氧化区位于Al组分渐变型收集区的边缘以内区域；第二氧化区和第二非氧化区的Al组分由上至下为渐变组分，且第二氧化区的形状为梯形；相应地，氧化部分为第一氧化区或第二氧化区。优选地，第一氧化层、第二氧化区和第二非氧化区的材料均为含Al组分的材料，Al组分小于45％；若第一非氧化层的材料为InP，则第一氧化层的材料为InAlAs、InAlSb、AlGaSb、AlGaAsSb、AlGaInAs和AlInAsSb中的一种或多种；若第一非氧化层的材料为AlGaAs，则第一氧化层的材料也为AlGaAs，且第一氧化层的Al组分高于第一非氧化层中的Al组分；第二氧化区和第二非氧化区的材料可为AlGaAs、InAlAs、InAlSb、AlGaSb、AlGaAsSb、AlGaInAs和AlInAsSb中的一种或多种。优选地，该单行载流子光电二极管还可包括覆盖于部分氧化型收集区上面的p型吸收区，p型吸收区由GaAs材料和AlGaAs材料共同组成。优选地，p型吸收区为p型渐变型吸收区或阶跃式梯度分布型吸收区；其中，p型渐变型吸收区由p型渐变掺杂的GaAs材料，与渐变组分、或p型渐变掺杂、或渐变组分和p型渐变掺杂共有的AlGaAs材料构成；阶跃分布型吸收区由p型阶跃式梯度分布型掺杂的GaAs材料，阶跃式梯度分布组分、p型阶跃式梯度分布掺杂、或阶跃式梯度分布组分和p型阶跃式梯度分布掺杂共有的AlGaAs材料构成。优选地，p型吸收区中的AlGaAs材料的掺杂浓度大于5×1017，p型吸收区的吸收波长范围覆盖至850nm甚至更长。优选地，该单行载流子光电二极管还包括扩散阻挡层、p型接触层和n型接触层，其中，扩散阻挡层和p型接触层由下至上依次设于p型吸收区的上方，n型接触层设于部分氧化型收集区的下方。优选地，该单行载流子光电二极管还包括崖层、间隔层和亚收集层，其中，崖层和间隔层由下至上依次设于部分氧化型收集区和p型吸收区之间，亚收集层设于部分氧化型收集区和n型接触层之间。优选地，氧化部分的折射率小于2.5，氧化工艺为湿氮氧化法。本专利技术实施例提供一种单行载流子光电二极管，该单行载流子光电二极管通过将传统的收集区中的部分结构进行湿氮氧化工艺，获得部分氧化型收集区。由于收集区部分结构被氧化形成的氧化物绝缘层的折射率较低，因此降低了单行载流子光电二极管的寄生结电容，减小了RC时间常数，由此提高了单行载流子光电二极管的响应速率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为现有技术中的单行载流子光电二极管的结构示意图；图2为本专利技术实施例的插入型氧化层收集区单行载流子光电二极管的结构示意图；图3为本专利技术实施例的插入氧化层型收集区的详细结构示意图；图4为本专利技术实施例的Al组分渐变型收集区单行载流子光电二极管的结构示意图；图5为本专利技术实施例的单层插入氧化层型收集区的结构示意图；图6为现有技术中单行载流子光电二极管的能带结构图；图7为本专利技术实施例单行载流子光电二极管的吸收区能带渐变型示意图；图8为本专利技术实施例单行载流子光电二极管的吸收区能带阶跃式梯度分布型示意图；其中：1、p电极2、p型接触层3、扩散阻挡层4、p型吸收区5、部分氧化型收集区51、第一氧化层52、第一非氧化层511、第一氧化区512、第一非氧化区53、第二氧化区54、第二非氧化区6、n电极7、n型接触层。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1为现有技术中的单行载流子光电二极管的结构示意图，如图1所示为现有的单行载流子光电二极管的结构。图2为本专利技术实施例的插入型氧化层收集区单行载流子光电二极管的结构示意图，图3为本专利技术实施例的插入氧化层型收集区的详细结构示意图，图4为本专利技术实施例的Al组分渐变型收集区单行载流子光电二极管的结构示意图，如图2、图3和图4所示，部分氧化型收集区5为插入氧化层型收集区或Al组分渐变型收集区；其中，插入氧化层型收集区包括由下至上依次交替覆盖的若干层第一氧化层51和若干层第一非氧化层52；第一氧化层51包括经氧化工艺氧化的第一氧化区511和未经氧化工艺氧化的第一非氧化区51本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单行载流子光电二极管，其特征在于，收集区为部分氧化型收集区，所述部分氧化型收集区中的氧化部分由含Al组分的材料经氧化工艺制备而成。/n

【技术特征摘要】
1.一种单行载流子光电二极管，其特征在于，收集区为部分氧化型收集区，所述部分氧化型收集区中的氧化部分由含Al组分的材料经氧化工艺制备而成。


2.根据权利要求1所述的单行载流子光电二极管，其特征在于，还包括覆盖于所述部分氧化型收集区上面的p型吸收区，所述p型吸收区由GaAs材料和AlGaAs材料共同组成。


3.根据权利要求1所述的单行载流子光电二极管，其特征在于，所述氧化部分位于所述部分氧化型收集区的边缘区域。


4.根据权利要求1所述的单行载流子光电二极管，其特征在于，所述部分氧化型收集区为插入氧化层型收集区或Al组分渐变型收集区；
其中，所述插入氧化层型收集区包括由下至上依次交替覆盖的若干层第一氧化层和若干层第一非氧化层；所述第一氧化层包括经所述氧化工艺被氧化的第一氧化区和未被氧化的第一非氧化区，所述第一氧化区位于所述第一氧化层的边缘区域，所述第一非氧化区位于所述第一氧化层的边缘以内区域；
所述Al组分渐变型收集区包括经所述氧化工艺被氧化的第二氧化区和未被氧化的第二非氧化区；所述第二氧化区位于所述Al组分渐变型收集区的边缘区域，所述第二非氧化区位于所述Al组分渐变型收集区的边缘以内区域；所述第二氧化区和所述第二非氧化区的Al组分由上至下为渐变组分，且所述第二氧化区和所述第二非氧化区的形状为梯形；
相应地，所述氧化部分为所述第一氧化区或所述第二氧化区。


5.根据权利要求4所述的单行载流子光电二极管，其特征在于，所述第一氧化层、所述第二氧化区和所述第二非氧化区的材料均为含所述Al组分的材料，所述Al组分小于45％；
相应地，若所述第一非氧化层的材料为InP，则所述第一氧化层在所述氧化工艺之前的材料为InAlAs、InAlSb、AlGaSb、AlGaAsSb、AlGaInAs和AlInAsSb中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘凯，位祺，李献杰，黄永清，段晓峰，罗俊伟，王琦，任晓敏，蔡世伟，
申请(专利权)人：北京邮电大学，河北光森电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11