高速平面雪崩光电二极管制造技术

本发明专利技术公开了一种高速平面雪崩光电二极管，涉及一种雪崩光电二极管（ＡＰＤ）。本发明专利技术的结构是：在ｎ－ＩｎＰ衬底（２）上依次生长ｎ－ＩｎＰ缓冲层（３）、ｎ型分布反馈反射层（４）、ｉ－ＩｎＧａＡｓ层（５）、ｎ－ＩｎＧａＡｓＰ渐变层（６）、ｎ－ＩｎＰ电场控制层（７）、ｉ－ＩｎＰ窗口层（８）、ｉ型ＩｎＧａＡｓ接触层（９）；ｉ－ＩｎＰ窗口层（８）中通过两次Ｚｎ扩散形成一个ｐ型中心区（１１）和ｐ型环行区（１２）；扩散后在窗口层（８）中形成雪崩倍增区（１４）；窗口层（８）上覆盖抗反射介质层（１０）；ｉ型ＩｎＧａＡｓ接触层（９）上为环型的ｐ金属层（１３），ＡＰＤ背面为ｎ金属层（１）。总之，本发明专利技术具有高响应、低暗电流、高带宽特点，适用于所有雪崩光电二极管。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种雪崩光电二极管(APD)，尤其涉及一种高速平面雪崩光电二 极管。
技术介绍
随着网络用户的持续增长和信息量的急剧增加，信息的长途传输需要不断提 高现有的光传输速率。目前，提高系统传输速率的方法一是增加一根光纤中的信 道数即密集波分复用技术；二是提高单个信道的数据传输速率，提高单信道的数 据传输速率需要高速的光发射和光接收器件。作为光接收器件，相对于p-i-n光 电二极管，雪崩光电二极管(APD)因具有较高的灵敏度(2.5Gb/s速率下，APD 灵敏度高出7dB左右；10Gb/s速率下，APD灵敏度高出5 6dB。)，可以大幅度 降低传输成本，因而10Gb/s APD在长途传输中(40 80km)获得了广泛的应用。专利文献l[美国专利第6515315 Bl号中图7。]公开了一种高速雪崩光电二 极管。该结构是在InP衬底上依次生长n—InP缓冲层、非掺杂的InGaAs吸收层、 非掺杂的InGaAsP渐变层、n-InP电场控制层、非掺杂的InP窗口层。该结构通 过两次Zn扩散和保护环来控制雪崩倍增区厚度，同时抑制边缘击穿。为了提高 APD的速率，该结构采取减小InGaAs吸收层厚度、提高n-InP电场控制层积分 电荷来提高APD的响应速率，同时采用背面进光方式来减小封装电容，但背面进 光制作工艺复杂。尽管该结构可以使APD在增益M=10的情况下，带宽提高到8GHz 以上，但过薄的InGaAs吸收区使得APD响应度过低(0. 7A/W， M=l),从而导致 APD的灵敏度只有-27dBm (10—1()误码率下)，根据ITU-T G. 691 L64. 2c中关于80km 10Gb/s传输的建议要求在10—12误码率下，接收器件的灵敏度不低于-26dBm。很 明显，专利文献1公开的APD无法满足要求。专利文献2[美国专利第5552629号中图4、图5、图6、图9和图10。]公开了一种AlInAs雪崩光电二极管。该APD结构上采用AlInAs/AlGalnAs超晶格 做倍增层，利用AlInAs材料更低的电子空穴离化系数比的特性来提高APD的带 宽等特性。但该APD制作工艺极其复杂，需要通过腐蚀、离子注入和退火工艺来 实现抑制边缘击穿，同时采用台面结构来限制载流子的侧向扩展，但APD暗电流 高达u A级，u A级的暗电流会严重影响APD的灵敏度，而且台面结构会带来APD 的可靠性问题。专利文献3[美国专利第2005-0224839 Al号中图1 (a)。]中公开的AlInAs 雪崩光电二极管尽管采用n-p-n结构降低APD的电容，但APD仍然具有yA级的 暗电流。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的上述缺点和不足，提供一种具有高 响应、低暗电流、高带宽特点的高速平面雪崩光电二极管。本专利技术的目的是这样实现的在传统的InGaAs APD结构中增加了一种高反射率的n型分布反馈反射层 (DBR)。具体地说，如图l，本专利技术的结构是在n-InP衬底(2)上依次生长n-InP 缓冲层(3)、 n型分布反馈反射层(4)、 i-InGaAs层(5)、 n-InGaAsP渐变层(6)、 n-InP电场控制层(7)、 i-InP窗口层(8)、 i型InGaAs接触层(9); i-InP窗 口层(8)中通过两次Zn扩散形成一个p型中心区(11)和p型环行区(12);扩 散后在窗口层(8)中形成雪崩倍增区(14);窗口层(8)上覆盖抗反射介质层(10); i型InGaAs接触层(9)上为环型的p金属层(13) ， APD背面为n金属层(1)。本专利技术的工作原理是分布反馈反射层使通过InGaAs吸收层后的光重新反射回InGaAs层吸收，因 此，使APD的响应度明显提高，从而使APD具有更高的带宽和灵敏度。 本专利技术具有下列优点和积极效果①传统的APD通过减小吸收区的厚度和雪崩倍增区的宽度来提高APD的高速 特性，但减小吸收区的厚度会降低APD的响应度，从而导致APD灵敏度降低。本 专利技术的结构因增加了具有高反射特性(反射率可以通过调整DBR的对数来控制)的分布反馈反射层，该DBR可以将APD的响应度提高到0. 9 1. 0A/W，因而可以 提高APD的灵敏度；② 为了减小高速APD的电容，传统高速APD均采用背面进光，其制作工艺复 杂，封装时需要昂贵的倒装焊设备。本专利技术的结构中因DBR层位于n-InP衬底一 面，APD采用正面进光，制作工艺简单，对封装设备要求低；③ 本专利技术为平面结构，APD具有低暗电流、高可靠性的特性。总之，本专利技术具有高响应、低暗电流、高带宽特点，适用于所有雪崩光电二 极管(APD)。附图说明图l是本专利技术的结构示意图； 图2是n型分布反馈反射层(4)的反射谱图； 图3是典型光电流/暗电流-反向电压曲线图；图4是光斑为3 in的光纤扫描APD的光敏面区域的电流-位置曲线图; 图5是本专利技术在M-10下典型的频响曲线图。 其中l一n金属层；2— n-InP衬底；3— n-InP缓冲层； 4一n型分布反馈反射层；5— i-InGaAs层；6— n-InGaAsP渐变层；7— n-InP电场控制层；8— i-InP窗口层； 9一i型InGaAs接触层； IO—抗反射介质层； U—p型中心区；12— p型环行区；13— p金属层；14一雪崩倍增区(14)。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术详细说明 一、本专利技术的各层材料1、 n-InP缓冲层(3)载流子浓度为1 2el8cm—3，厚度为0. 5 1. 0 y m。2、 n型分布反馈反射层(4)载流子浓度为1 5el8cm—3; n型分布反馈反射层(4)不限于AlGalnAs/InP DBR，还可以是InGaAsP/InPDBR、 AlGalnAs/AlInAs DBR、 InGaAsP/AlInAs DBR, 该DBR的对数为5 40对，其反射谱的中心波长可以是(1310土10)ran或 (1550土10)nm。 如果接收波长为1550nm，则要求DBR中AlGalnAs或InGaAsP 层的带隙&对应波长入a=1.24/E》小于1550nm。如果接收波长为1310nm，则 要求DBR中AlGalnAs或InGaAsP层的带隙^对应波长X小于1310nm。n型分布反馈反射层(4)的典型的反射谱如图2， DBR的中心反射波长为 1556ran，反射谱的截止宽度为129nm，理论上，该DBR在1550nm波长处的反射 率为99. 9%;3、 HnGaAs层(5)可以是非掺杂的本怔InP，也可以是载流子浓度低于5el5cm—3的n-InGaAs; 厚度为0. 8 um 1. 3 um，4、 n-InGaAsP渐变层(6)带隙由0. 8eV逐渐增大到0. 9eV，载流子浓度低于5el5cm—3，厚度为0. 1 y m 左右。5、 n-InP电场控制层(7)载流子浓度为2el7 cm—3 6el7cm—3，厚度为0. 05 u m 0. 2 um,积分电荷为 3. 2el2cnf2 3. 5el2cm—2。6、 i-InP窗口层(8)载流子浓度低于5el5cnf3，厚度为3 3. 5 u m。7、 i型InGaAs接触层(9)载流子浓度低于5el本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高速平面雪崩光电二极管，其特征在于：在ｎ－ＩｎＰ衬底（２）上依次生长ｎ－ＩｎＰ缓冲层（３）、ｎ型分布反馈反射层（４）、ｉ－ＩｎＧａＡｓ层（５）、ｎ－ＩｎＧａＡｓＰ渐变层（６）、ｎ－ＩｎＰ电场控制层（７）、ｉ－ＩｎＰ窗口层（８）、ｉ型ＩｎＧａＡｓ接触层（９）；ｉ－ＩｎＰ窗口层（８）中通过两次Ｚｎ扩散形成一个ｐ型中心区（１１）和ｐ型环行区（１２）；扩散后在窗口层（８）中形成雪崩倍增区（１４）；窗口层（８）上覆盖抗反射介质层（１０）；ｉ型ＩｎＧａＡｓ接触层（９）上为环型的ｐ金属层（１３），ＡＰＤ背面为ｎ金属层（１）。

【技术特征摘要】
1、一种高速平面雪崩光电二极管，其特征在于在n-InP衬底(2)上依次生长n-InP缓冲层(3)、n型分布反馈反射层(4)、i-InGaAs层(5)、n-InGaAsP渐变层(6)、n-InP电场控制层(7)、i-InP窗口层(8)、i型InGaAs接触层(9)；i-InP窗口层(8)中通过两次Zn扩散形成一个p型中心区(11)和p型环行区(12)；扩散后在窗口层(8)中形成雪崩倍增区(14)；窗口层(8)上覆盖抗反射介质层(10)；i型InGaAs接触层(9)上为环型的p金属层(13)，APD背面为n金属层(1)。2 、根据权利要求1所述的一种高速平面雪崩光电二极管，其特征在于n型 分布反馈反射层(4):可以是AlGalnAs/InP DBR，还可以是InGaAsP/InP DBR、AlGalnAs/...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳爱文，
申请(专利权)人：武汉电信器件有限公司，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]