光探测器外延片及其制备方法和应用技术

本申请公开了一种光探测器外延片及其制备方法和应用，涉及半导体光电子器件技术领域

【技术实现步骤摘要】
光探测器外延片及其制备方法和应用


[0001]本申请属于半导体光电子器件
，具体涉及一种光探测器外延片及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]磷化铟（
InP
）基单载流子高速探测器（
UTC
‑
PD
）是一种新型高速探测器，在大容量光纤通信系统和超高速测试系统中，
UTC
‑
PD
由于能够同时满足高响应速度和高饱和吸收功率，受到了越来越广泛的研究和应用
。
[0003]常通过
p
型中性铟镓砷（
InGaAs
）吸收层和
n
型宽带隙
InP
集结层构成传统的
UTC
‑
PD
，吸收层与集结层在空间上完全分离
。
吸收层中产生的光生电子
‑
空穴对同时向吸收层两端扩散，当吸收层中的扩散电子注入集结层后，电子在异质界面导带势垒建立的内电场作用下，因过冲效应高速掠过该层，而吸收层中的光生空穴作为多数载流子，其介电弛豫时间非常短，对
UTC
‑
PD
的工作速度的影响可以忽略不计
。
[0004]UTC
‑
PD
的带宽可以取决于电子在吸收层的扩散时间
、
在集结层的漂移时间等，当集结层足够薄时，电子在集结层的延迟时间约为
0.2
‑
0.4ps
，该值与吸收层的响应时间相比可以忽略不计，由此，
UTC
‑
PD
的带宽主要由电子在吸收层的扩散时间决定
。
由于电子的扩散时间比电子的漂移时间长，所以
UTC
‑
PD
的速度性能可以利用具有内建场的吸收层加以改善
。
[0005]因此，如何充分利用吸收层中的内建场等，以有效提升
UTC
‑
PD
的速度性能，是至关重要的
。

技术实现思路

[0006]本申请的目的在于提供一种光探测器外延片及其制备方法和应用，以使得光探测器外延片为单行载流子光探测器外延片，并具有高速
、
高饱和吸收功率
。
[0007]为了实现上述申请目的，本申请的第一方面，提供了一种光探测器外延片，包括：磷化铟衬底层；磷化铟缓冲层，设置在所述磷化铟衬底层上；收集层，设置在所述磷化铟缓冲层远离所述磷化铟衬底层的一侧；悬崖层，设置在所述收集层远离所述磷化铟缓冲层的一侧；过渡层，设置在所述悬崖层远离所述收集层的一侧；正型多量子阱吸收层，设置在所述过渡层远离所述悬崖层的一侧；正型阻挡层，设置在所述正型多量子阱吸收层远离所述过渡层的一侧；正型盖层，设置在所述正型阻挡层远离所述正型多量子阱吸收层的一侧；欧姆接触层，设置在所述正型盖层远离所述正型阻挡层的一侧；第一稀释波导层和
/
或第二稀释波导层，所述第一稀释波导层设置在所述收集层远离所述磷化铟缓冲层的一侧，所述第二稀释波导层设置在所述正型多量子阱吸收层远离
所述过渡层的一侧
。
[0008]进一步地，所述第一稀释波导层为负型第一稀释波导层，所述负型第一稀释波导层包括多个负型子层，沿垂直且靠近所述磷化铟衬底层的方向，所述多个负型子层中的每个负型子层的折射率依次递增；和
/
或，所述第二稀释波导层为正型第二稀释波导层，所述正型第二稀释波导层包括多个正型子层，沿垂直且远离所述磷化铟衬底层的方向，所述多个正型子层中的每个正型子层的折射率依次递增
。
[0009]进一步地，在所述第一稀释波导层为负型第一稀释波导层的情况下，所述负型第一稀释波导层的掺杂浓度范围为3×
10
16
‑5×
10
16
cm
‑3；所述第一稀释波导层包括第一负型子层和第二负型子层，所述第一负型子层设置在所述收集层与所述第二负型子层之间；所述第一负型子层为负型铟镓砷磷子层
、
且具有第一折射率，所述第二负型子层为负型磷化铟子层
、
且具有第二折射率，所述第一折射率与所述第二折射率的差值大于或等于
0.2。
[0010]进一步地，所述负型铟镓砷磷子层的掺杂浓度范围为
3.5
×
10
16
‑
4.5
×
10
16
cm
‑3，所述第一折射率的取值范围为
3.37
‑
3.45
，所述负型铟镓砷磷子层沿垂直于所述磷化铟衬底层方向的厚度范围为
100
‑
200nm
；和
/
或，所述负型磷化铟子层的掺杂浓度范围为3×
10
16
‑5×
10
16
cm
‑3，所述第二折射率的取值范围为
3.17
‑
3.25
，所述负型磷化铟子层沿垂直于所述磷化铟衬底层方向的厚度范围为
400
‑
800nm。
[0011]进一步地，在所述第二稀释波导层为正型第二稀释波导层的情况下，所述正型第二稀释波导层的掺杂浓度范围为2×
10
16
‑6×
10
16
cm
‑3；所述第二稀释波导层包括第一正型子层和第二正型子层，所述第一正型子层设置在所述正型多量子阱吸收层与所述第二正型子层之间；所述第一正型子层为正型磷化铟子层
、
且具有第三折射率，所述第二正型子层为正型铟镓砷磷子层
、
且具有第四折射率，所述第四折射率与所述第三折射率的差值大于或等于
0.2。
[0012]进一步地，所述正型磷化铟子层的掺杂浓度范围为2×
10
16
‑6×
10
16
cm
‑3，所述第三折射率的取值范围为
3.17
‑
3.25
，所述正型磷化铟子层沿垂直于所述磷化铟衬底层方向的厚度范围为
400
‑
800nm
；和
/
或，所述正型铟镓砷磷子层的掺杂浓度范围为3×
10
16
‑5×
10
16
cm
‑3，所述第四折射率的取值范围为
3.37
‑
3.45
，所述正型铟镓砷磷子层沿垂直于所述磷化铟衬底层方向的厚度范围为
100
‑
200nm。
[0013]进一步地，所述悬崖层为负型磷化铟悬崖层，所述负型磷化铟悬崖层的掺杂浓度范围为
0.5
×
10
18
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种光探测器外延片，其特征在于，包括：磷化铟衬底层；磷化铟缓冲层，设置在所述磷化铟衬底层上；收集层，设置在所述磷化铟缓冲层远离所述磷化铟衬底层的一侧；悬崖层，设置在所述收集层远离所述磷化铟缓冲层的一侧；过渡层，设置在所述悬崖层远离所述收集层的一侧；正型多量子阱吸收层，设置在所述过渡层远离所述悬崖层的一侧；正型阻挡层，设置在所述正型多量子阱吸收层远离所述过渡层的一侧；正型盖层，设置在所述正型阻挡层远离所述正型多量子阱吸收层的一侧；欧姆接触层，设置在所述正型盖层远离所述正型阻挡层的一侧；第一稀释波导层和
/
或第二稀释波导层，所述第一稀释波导层设置在所述收集层远离所述磷化铟缓冲层的一侧，所述第二稀释波导层设置在所述正型多量子阱吸收层远离所述过渡层的一侧
。2.
根据权利要求1所述的光探测器外延片，其特征在于，所述第一稀释波导层为负型第一稀释波导层，所述负型第一稀释波导层包括多个负型子层，沿垂直且靠近所述磷化铟衬底层的方向，所述多个负型子层中的每个负型子层的折射率依次递增；和
/
或，所述第二稀释波导层为正型第二稀释波导层，所述正型第二稀释波导层包括多个正型子层，沿垂直且远离所述磷化铟衬底层的方向，所述多个正型子层中的每个正型子层的折射率依次递增
。3.
根据权利要求2所述的光探测器外延片，其特征在于，在所述第一稀释波导层为负型第一稀释波导层的情况下，所述负型第一稀释波导层的掺杂浓度范围为3×
10
16
‑5×
10
16
cm
‑3；所述第一稀释波导层包括第一负型子层和第二负型子层，所述第一负型子层设置在所述收集层与所述第二负型子层之间；所述第一负型子层为负型铟镓砷磷子层
、
且具有第一折射率，所述第二负型子层为负型磷化铟子层
、
且具有第二折射率，所述第一折射率与所述第二折射率的差值大于或等于
0.2。4.
根据权利要求3所述的光探测器外延片，其特征在于，所述负型铟镓砷磷子层的掺杂浓度范围为
3.5
×
10
16
‑
4.5
×
10
16
cm
‑3，所述第一折射率的取值范围为
3.37
‑
3.45
，所述负型铟镓砷磷子层沿垂直于所述磷化铟衬底层方向的厚度范围为
100
‑
200nm
；和
/
或，所述负型磷化铟子层的掺杂浓度范围为3×
10
16
‑5×
10
16
cm
‑3，所述第二折射率的取值范围为
3.17
‑
3.25
，所述负型磷化铟子层沿垂直于所述磷化铟衬底层方向的厚度范围为
400
‑
800nm。5.
根据权利要求2所述的光探测器外延片，其特征在于，在所述第二稀释波导层为正型第二稀释波导层的情况下，所述正型第二稀释波导层的掺杂浓度范围为2×
10
16
‑6×
10
16
cm
‑3；所述第二稀释波导层包括第...

【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，请求不公布姓名，
申请(专利权)人：芯辰半导体苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：