【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体器件，具体涉及一种雪崩光电器件及其应用。
技术介绍
1、雪崩光电探测器(apd)已经广泛的应用于商业、军事和科学研究中，如量子信息、生物分子探测、激光雷达成像、天文探测等。近些年，apd研究的动力主要来源于光通信。apd由于其内在增益，apd可以比传统的pin型探测器的灵敏度高5-10分贝，其具有更高的灵敏度、响应度及频率特性，因而在过去的十几年中，由于材料和器件结构的进步，apd的性能明显提高，被广泛使用并应用于多个领域，但由于电子通讯技术的发展，对数据传输量及速率的要求激增，特别是在光通信领域，因此对apd的响应度，频率特性也有了更高的要求，特别是对数据传输速率起着决定性作用的通信带宽有着更高的要求。
2、目前主流apd主要是以空穴倍增的inp材料和以电子倍增的inalas材料为核心制作单载流子倍增apd。如图1和图7所示，以inp单独倍增结构，只有单一空穴发生倍增为例；一种以空穴倍增的apd，包括从下至上依次层叠的inp衬底11、n-inp缓冲层12、本征ingaas吸收层13、本征ingaasp过渡层14、n-inp电荷调节层15、本征inp倍增层16、p-inp层17和p-ingaas接触层18。
3、或者，又如图2和图8所示，以inalas单独倍增结构，只有单一电子发生倍增为例；一种以电子倍增的apd，包括从下至上依次层叠的inp衬底21、n-inp缓冲层22、n-inalas层24、本征inalas倍增层25、p-inalas电荷调节层26、inalgaas过渡层27、本
4、但是，无论是以空穴倍增的apd还是以电子倍增的apd，器件的高速特性就会受到另一种流子的限制，同时载流子的渡越时间也会影响到器件的宽带特性，存在着速率低，增益带宽积低的难点。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种雪崩光电器件，可以双载流子同时倍增，在特定的条件下，达到有效倍增，提高器件的性能。
2、为解决上述技术问题，本专利技术的技术解决方案是：
3、一种雪崩光电器件，包括从下至上依次层叠的p-inalas电荷调节层、本征ingaas吸收层和n-inp电荷调节层，其中，n-inp电荷调节层的掺杂浓度范围是2e17～5e17，厚度范围是150～300nm，体掺杂密度的范围为300～1250e17·nm；p-inalas电荷调节层的掺杂浓度范围是6e17～1e18，厚度范围是100～200nm，体掺杂密度的范围为600～2000e17·nm；n-inp电荷调节层与p-inalas电荷调节层的体掺杂密度比例范围为0.01～3。
4、进一步，n-inp电荷调节层与p-inalas电荷调节层的体掺杂密度比例为0.6。
5、进一步，本征ingaas吸收层的厚度范围是1μm～2μm。
6、进一步，还包括本征inalgaas过渡层和本征ingaasp过渡层，本征inalgaas过渡层位于p-inalas电荷调节层和本征ingaas吸收层之间，本征ingaasp过渡层位于本征ingaas吸收层和n-inp电荷调节层之间。
7、进一步，本征ingaasp过渡层的厚度范围为100nm～150nm，本征inalgaas过渡层的厚度范围为100nm～150nm。
8、进一步，还包括本征inp倍增层，本征inp倍增层层叠于n-inp电荷调节层之上。
9、进一步，本征inp倍增层的厚度范围为0.3μm～0.5μm。
10、进一步，还包括本征inalas倍增层，p-inalas电荷调节层层叠于本征inalas倍增层之上。
11、进一步，本征inalas倍增层的厚度范围为0.15μm～0.25μm。
12、进一步，还包括inp衬底、n-inp缓冲层、n-inalas层、p-inp层和p-ingaas接触层，inp衬底、n-inp缓冲层、n-inalas层从下至上依次层叠，本征inalas倍增层层叠于n-inalas层之上，p-inp层层叠于本征inp倍增层之上，p-ingaas接触层层叠于p-inp层之上。
13、进一步，还包括n-inalgaas过渡层，n-inalgaas过渡层位于n-inp缓冲层和n-inalas层之间。
14、进一步，n-inalgaas过渡层的厚度为100nm，n-inalas层的厚度为100nm，掺杂浓度为5e17，本征inalas倍增层的厚度为200nm，p-inalas电荷调节层的厚度为100nm，掺杂浓度为1e18，本征inalgaas过渡层的厚度为100nm，本征ingaas吸收层的厚度为1.3μm，本征ingaasp过渡层的厚度为100nm，n-inp电荷调节层的厚度为200nm，掺杂浓度为2e17，本征inp倍增层的厚度为0.4μm，p-inp层的厚度为3μm，掺杂浓度为1e18。
15、进一步，p-inp层的厚度范围为1.5μm～3μm，掺杂浓度范围为1e18～2e19。
16、进一步，n-inalas层的厚度范围为80nm～150nm，掺杂浓度范围为5e17～8e17。
17、进一步，雪崩光电器件可应用于光调制解调器上或者在数据中心和数据中心之间远距离传输上。
18、本专利技术在一个外延结构上集成两种增益结构的apd，通过调节电荷控制层的掺杂浓度及i层厚度，设置特殊的电荷控制层体掺杂密度，可以有效调节单个pin结构中的电场，使得电子和空穴两种载流子都可以得到倍增，提升载流子的渡越时间，同时增加有效倍增增益，这样可以提升器件的整体速率，提升带宽，与单倍增的apd相比在同增益的条件下，获得较高的增益带宽积，达到1+1＞2效果，同时对比单一倍增结构来说，可以在很宽的工作电压范围内进行工作电压的选择，提升器件的适配性或者根据系统的工作电压和要求的增益带宽积进行合理的调整，保证在此工作电压下达到最高的增益带宽积，满足系统的应用需求。
19、同时，本专利技术采用了与inp衬底匹配的ingaas系和inalas系材料，这样可以保证外延材料与衬底达到完美的晶格匹配，而不会因为晶格失配引起晶体缺陷增加，使得器件暗电流增加；同时因为选择的倍增材料本身电子和空穴离化率差异大的原因，探测器可以获得较低的噪声因子，从而提升器件性能，提升增益宽积。
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1.一种雪崩光电器件，其特征在于：包括从下至上依次层叠的p-InAlAs电荷调节层、本征InGaAs吸收层和n-InP电荷调节层，其中，n-InP电荷调节层的掺杂浓度范围是2E17～5E17，厚度范围是150～300nm，体掺杂密度的范围为300～1250E17·nm；p-InAlAs电荷调节层的掺杂浓度范围是6E17～1E18，厚度范围是100～200nm，体掺杂密度的范围为600～2000E17·nm；n-InP电荷调节层与p-InAlAs电荷调节层的体掺杂密度比例范围为0.01～3。
2.根据权利要求1所述的一种雪崩光电器件，其特征在于：n-InP电荷调节层与p-InAlAs电荷调节层的体掺杂密度比例为0.6。
3.根据权利要求1所述的一种雪崩光电器件，其特征在于：本征InGaAs吸收层的厚度范围是1μm～2μm。
4.根据权利要求1所述的一种雪崩光电器件，其特征在于：还包括本征InAlGaAs过渡层和本征InGaAsP过渡层，本征InAlGaAs过渡层位于p-InAlAs电荷调节层和本征InGaAs吸收层之间，本征InGaAsP过渡层位
5.根据权利要求4所述的一种雪崩光电器件，其特征在于：本征InGaAsP过渡层的厚度范围为100nm～150nm，本征InAlGaAs过渡层的厚度范围为100nm～150nm。
6.根据权利要求1所述的一种雪崩光电器件，其特征在于：还包括本征InP倍增层，本征InP倍增层层叠于n-InP电荷调节层之上。
7.根据权利要求6所述的一种雪崩光电器件，其特征在于：本征InP倍增层的厚度范围为0.3μm～0.5μm。
8.根据权利要求1所述的一种雪崩光电器件，其特征在于：还包括本征InAlAs倍增层，p-InAlAs电荷调节层层叠于本征InAlAs倍增层之上。
9.根据权利要求8所述的一种雪崩光电器件，其特征在于：本征InAlAs倍增层的厚度范围为0.15μm～0.25μm。
10.根据权利要求1所述的一种雪崩光电器件，其特征在于：还包括InP衬底、n-InP缓冲层、n-InAlAs层、p-InP层和p-InGaAs接触层，InP衬底、n-InP缓冲层、n-InAlAs层从下至上依次层叠，本征InAlAs倍增层层叠于n-InAlAs层之上，p-InP层层叠于本征InP倍增层之上，p-InGaAs接触层层叠于p-InP层之上。
11.根据权利要求10所述的一种雪崩光电器件，其特征在于：还包括n-InAlGaAs过渡层，n-InAlGaAs过渡层位于n-InP缓冲层和n-InAlAs层之间。
12.根据权利要求11所述的一种雪崩光电器件，其特征在于：n-InAlGaAs过渡层的厚度为100nm，n-InAlAs层的厚度为100nm，掺杂浓度为5E17，本征InAlAs倍增层的厚度为200nm，p-InAlAs电荷调节层的厚度为100nm，掺杂浓度为1E18，本征InAlGaAs过渡层的厚度为100nmm，本征InGaAs吸收层的厚度为1.3μm，本征InGaAsP过渡层的厚度为100nm，n-InP电荷调节层的厚度为200nm，掺杂浓度为2E17，本征InP倍增层的厚度为0.4μm，p-InP层的厚度为3μm，掺杂浓度为1E18。
13.根据权利要求10所述的一种雪崩光电器件，其特征在于：p-InP层的厚度范围为1.5μm～3μm，掺杂浓度范围为1E18～2E19。
14.根据权利要求10所述的一种雪崩光电器件，其特征在于：n-InAlAs层的厚度范围为80nm～150nm，掺杂浓度范围为5E17～8E17。
15.一种基于权利要求1-14中任一项所述雪崩光电器件在光调制解调器上的应用或者在数据中心和数据中心之间远距离传输上的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种雪崩光电器件，其特征在于：包括从下至上依次层叠的p-inalas电荷调节层、本征ingaas吸收层和n-inp电荷调节层，其中，n-inp电荷调节层的掺杂浓度范围是2e17～5e17，厚度范围是150～300nm，体掺杂密度的范围为300～1250e17·nm；p-inalas电荷调节层的掺杂浓度范围是6e17～1e18，厚度范围是100～200nm，体掺杂密度的范围为600～2000e17·nm；n-inp电荷调节层与p-inalas电荷调节层的体掺杂密度比例范围为0.01～3。
2.根据权利要求1所述的一种雪崩光电器件，其特征在于：n-inp电荷调节层与p-inalas电荷调节层的体掺杂密度比例为0.6。
3.根据权利要求1所述的一种雪崩光电器件，其特征在于：本征ingaas吸收层的厚度范围是1μm～2μm。
4.根据权利要求1所述的一种雪崩光电器件，其特征在于：还包括本征inalgaas过渡层和本征ingaasp过渡层，本征inalgaas过渡层位于p-inalas电荷调节层和本征ingaas吸收层之间，本征ingaasp过渡层位于本征ingaas吸收层和n-inp电荷调节层之间。
5.根据权利要求4所述的一种雪崩光电器件，其特征在于：本征ingaasp过渡层的厚度范围为100nm～150nm，本征inalgaas过渡层的厚度范围为100nm～150nm。
6.根据权利要求1所述的一种雪崩光电器件，其特征在于：还包括本征inp倍增层，本征inp倍增层层叠于n-inp电荷调节层之上。
7.根据权利要求6所述的一种雪崩光电器件，其特征在于：本征inp倍增层的厚度范围为0.3μm～0.5μm。
8.根据权利要求1所述的一种雪崩光电器件，其特征在于：还包括本征inalas倍增层，p-inalas电荷调节层层叠于本征inalas倍增层之上。
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【专利技术属性】
技术研发人员：阮鑫栋，刘超，毛亦琛，
申请(专利权)人：泉州市三安光通讯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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