平面型雪崩光电二极管制造技术

一种平面型雪崩光电二极管，包括装置上部的小的局部接触层、和定义下部接触区的半导体层，该局部接触层或者由扩散工艺或者由蚀刻工艺制造。半导体倍增层位于该两接触区之间，而半导体吸收层位于倍增层和上部接触层之间。该光电二极管在半导体倍增层和吸收层边缘附近，有低的电容和低的场。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及光电二极管。更具体地说，本专利技术涉及雪崩光电二极管。
技术介绍
由于已知的光子与电子间的相互作用，近年来，在光电二极管领域中已经取得进展，特别是那些利用半导体材料的光电二极管。一类基于半导体的光电二极管，亦称雪崩光电二极管，包括许多用于不同目的的诸如吸收和倍增(multiplication)的半导体材料。雪崩光电二极管结构，通过被激发的电荷载流子的作用，在倍增层中产生大量电子空穴对，给出大的增益。为了防止吸收层中的隧道效应，调整雪崩光电二极管自身内的电场，使倍增层中的电场，显著高于吸收层中的电场。一种被称为台面雪崩光电二极管的特殊类型雪崩光电二极管，呈现高场的p-n结和大量暴露的表面及界面状态，这些暴露的表面及界面状态，使该类型的雪崩光电二极管难以用绝缘材料层钝化。因此，常规的InP/InGaAs雪崩光电二极管，使用掩盖p-n结的扩散结构。但是，这些InP雪崩光电二极管，对p型半导体区的深度和掺杂密度两者，要求极其精确的扩散控制，以及精确控制这种扩散要进入的n掺杂区。这种决定性的掺杂控制是必需的，因为扩散可以控制p-n结的位置、倍增区中电场的幅值、雪崩区的长度、和电荷控制层中总的电荷，该总电荷确定高场InP雪崩区及低场InGaAs吸收区两区中的电场值，高场InP雪崩区中的电场值必须足够大，以产生倍增，低场InGaAs吸收区中的电场值必须足够小，以避免隧道效应。此外，在这种配置中，使用精确地放置的扩散或注入保护环，以避免在扩散的p-n结边缘上出现雪崩击穿。保护环与决定性地控制的扩散的组合，使电容增加、使带宽降低、和使生产率下降，从而增加这些APD的成本。对超高速性能的检测器，可以用InAlAs而不用InP作雪崩层，因为更高的能带隙降低隧道效应，从而可使用更薄的雪崩区，得到更高的速度和更高性能的接收器。但是，在InAlAs中要获得扩散结构则更为困难，因为更大的电子雪崩系数(相对于空穴)，最好是使它的电子倍增，而不是如在标准InP基APD中那样使空穴倍增。再有，简单地把标准的p掺杂扩散结构颠倒是不够的，因为n掺杂物扩散得不够快。
技术实现思路
本专利技术给出一种平面型雪崩光电二极管，它包括第一和第二接触层、有扩散区的半导体层、半导体倍增层、和半导体吸收层。扩散区的面积比半导体层小，且其位置邻近第一接触层，而半导体倍增层位于第一和第二接触层之间。按照本专利技术的另一方面，是一种平面型雪崩光电二极管，它包括第一和第二接触层、半导体吸收层、和半导体倍增层。第一接触层的面积比半导体吸收层的面积小。半导体吸收层位于第一接触层和半导体倍增层之间，而半导体吸收层和半导体倍增层都位于第一和第二接触层之间。本专利技术各个实施例给出的光电二极管，有低的电容，并在吸收层和倍增层边缘附近有低的场。其他的特性和优点，从下面的说明及权利要求书可清楚看到。附图说明 图1是按照本专利技术的平面型雪崩光电二极管的断面视图。图2是按照本专利技术另一种平面型雪崩光电二极管的断面视图。图3是该平面型雪崩光电二极管的电容的实验曲线。图4是该平面型雪崩光电二极管在穿通以上的电容的实验曲线，该曲线作为p接触尺寸和绝缘台面尺寸的函数画出。图5示意画出通过倍增层的电场分布曲线的计算结果，该分布曲线表明，场在中心是极大。图6是光电流增益的实验曲线，该曲线作为跨越装置距离的函数画出。图7示意画出通过吸收层的电场分布曲线的计算结果，该分布曲线表明，场在中心是极大，而在台面边缘降到可忽略的值。图8示意画出通过装置中心的电场分布曲线的计算结果，分布该曲线表明，场在倍增层中是高的，而在吸收层中是低的。图9按照本专利技术，画出有附加场控制结构的图1平面型雪崩光电二极管的断面视图。图10按照本专利技术，画出有附加场控制结构的图2平面型雪崩光电二极管的断面视图。图11按照本专利技术另一个实施例，画出平面型雪崩光电二极管的断面视图，它有伸延进吸收区的扩散区。图12按照本专利技术再一个实施例，画出平面型雪崩光电二极管的断面视图，它有附加的氧化的场控制结构。具体实施例方式现在参考图1，图上画出一种光电检测器结构，具体说，是一种体现本专利技术原理的平面型雪崩光电二极管(“APD”)，并记以10。作为它的主要组成部分，APD 10包括p型接触层12和定义第二n型接触层的第一n型半导体层28。该雪崩光电二极管10通过扩散p型掺杂，建立p-n结和p接触，对增加的性能优化。具体说，p型接触层12位于第二n型半导体层16之上，该第二n型半导体层16包括p型扩散区14，用于形成p-n结和建立与第二n型半导体层16的p接触。或者，半导体层16可以是p型，以便通过扩散形成p-p+结。半导体层16可以是无掺杂的或低掺杂的，以利于在偏置电压下形成耗尽区。平面型雪崩光电二极管10还包括无掺杂的或n或p型半导体吸收层20。该吸收层可以与半导体层16被第一分段层18a分隔，以增加光电二极管的速度。吸收层20位于半导体层16和半导体倍增层24之间。在一些实施例中，半导体吸收层20与倍增层24被p型半导体电荷控制层22及第二分段层18b分隔。n型接触层26收集电子并在图上示于第一n型半导体层28之上。第一n型半导体层28选自包括三成分半导体的一组，或III-V族半导体。因此，第一n型半导体层28，要么是III族的两个元素与V族的一个元素组合，要么是反过来，V族的两个元素与III族的一个元素组合。下面给出周期表中代表性的族的表。 在一些实施例中，第一n型半导体层28是InAlAs。但是，应当指出，第一n型半导体层28可以是任何二成分或三成分半导体，只要为平面型雪崩光电二极管10提供优化运行的能带隙。半导体倍增层24也选自包括三成分半导体的一组，或III-V族半导体。在优选实施例中，该半导体倍增层24是InAlAs。最好是，半导体吸收层20也选自包括三成分半导体的一组，或III-V族半导体。在优选实施例中，该半导体吸收层20是是InGaAs。但是，应当指出，半导体吸收层20和半导体倍增层24两者，都可以是任何二成分或三成分半导体，只要为平面型雪崩光电二极管10提供优化运行的能带隙。第二半导体层16也选自包括三成分半导体的一组，或III-V族半导体。同前，第二半导体层16，要么是III族的两个元素与V族的一个元素组合，要么是反过来，V族的两个元素与III族的一个元素组合。在优选的实施例中，该第二半导体层16是InAlAs。但是，应当指出，第二半导体层16可以是任何二成分或三成分半导体，只要为平面型雪崩光电二极管10提供优化运行的能带隙。如前面所指出，半导体层16在自身和p型接触面积12之间的结附近，部分地定义p型扩散区14。是局部p型扩散区14的小面积，而不是较大面积的外部台面，确定平面型雪崩光电二极管10在前述扩散结的电容，由此增加结构的整个速度。平面型雪崩光电二极管10的一个特性，是所有决定性层的厚度和掺杂浓度，都在初始晶体生长中调整，从而是受控制的，使它们能被重复地生长并在整个晶片上是均匀的。因此，与制造时过程控制关联的困难，特别是涉及扩散步骤的那些困难，不再成为问题。图2所示是另一种平面型雪崩光电二极管110的实施例，它包括微台面结构32。对光电二极管110，上述扩散的半导体区14，被p型半导体层代替，该p型半导本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种平面型雪崩光电二极管，包括：第一接触层；有扩散区的第一半导体层，该扩散区有比第一半导体层更小的面积，并且其位置邻近第一接触层；定义第二接触层的第二半导体层；位于第一和第二接触层之间的半导体倍增层；和　 　位于半导体倍增层和第一半导体层之间的半导体吸收层，该光电二极管在吸收层和倍增层边缘附近，有低的电容和低的场。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种平面型雪崩光电二极管，包括第一接触层；有扩散区的第一半导体层，该扩散区有比第一半导体层更小的面积，并且其位置邻近第一接触层；定义第二接触层的第二半导体层；位于第一和第二接触层之间的半导体倍增层；和位于半导体倍增层和第一半导体层之间的半导体吸收层，该光电二极管在吸收层和倍增层边缘附近，有低的电容和低的场。2.按照权利要求1的光电二极管，其中的第一半导体层是n型而扩散区是p型。3.按照权利要求2的光电二极管，其中的第一接触层是p型而第二接触层是n型。4.按照权利要求1的光电二极管，其中的第一半导体层是p型而扩散区是n型。5.按照权利要求4的光电二极管，其中的第一接触层是n型而第二接触层是p型。6.按照权利要求1的光电二极管，其中的第一半导体层和扩散区两者都是p型的，形成p-p+结。7.按照权利要求1的光电二极管，还包括其位置邻近半导体吸收层的至少一个分段层。8.按照权利要求1的光电二极管，还包括其位置邻近半导体倍增层的p型半导体电荷控制层。9.按照权利要求1的光电二极管，其中的第一半导体层是InAlAs。10.按照权利要求1的光电二极管，其中的第二半导体层是InAlAs。11.按照权利要求1的光电二极管，其中的半导体倍增层是InAlAs。12.按照权利要求1的光电二极管，其中的半导体吸收层是InGaAs。13.按照权利要求1的光电二极管，其中该光电二极管的扩散分布，是以p掺杂空穴浓度按下降方式伸延进半导体吸收层，以此建立膺场、增强电子迁移、和降低空穴收集时间。14.按照权利要求1的光电二极管，其中该光电二极管排列在光电二极管阵列中。15.按照权利要求1的光电二极管，其中该光电二极管是波导型光电二极管。16.按照权利要求1的光电二极管，其中该光电二极管是单光子检测器。17.按照权利要求1的光电二极管，还包括改进光收集的集成透镜。18.按照权利要求1的光电二极管，其中的第一接触层或第二接触层是n型InP。19.按照权利要求1的光电二极管，其中该光电二极管具有暗电流，在超过2000小时的时间段上，相对于初始值基本上是恒定的。20.按照权利要求1的光电二极管，其中该光电二极管具有的寿命超过二十年。21.一种制造光电二极管的方法，包括提供定义第一接触区的第一半导体层；淀积半导体倍增层；淀积半导体吸收层；淀积第二半导体层；淀积第二接触层；和扩散有比第二半导体层的面积更小的面积的扩散区，该扩散区的位置邻近第二接触层。22.按照权利要求21的方法，还包括邻近半导体吸收层淀积至少一个分段层。23.按照权利要求21的方法，还包括邻近半导体倍增层淀积半导体电荷控制层。24.按照权利要求21的方法，还包括至少淀积一层n型接触层的步骤。25.按照权利要求21的方法，其中的第一半导体层是InAlAs。26.按照权利要求21的方法，其中的第二半导体层是InAlAs。27.按照权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：柯呈佶，巴里莱维尼，
申请(专利权)人：派克米瑞斯有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]