一种InAs雪崩光电二极管及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种雪崩光电二极管及其制造方法，特别涉及一种InAs雪崩光电二极管；所述的二极管采用吸收电荷倍增分离结构，其中倍增层采用超晶格结构。本发明专利技术还涉及一种制造所述InAs雪崩光电二极管的方法，主要步骤为：S1.产生采用多量子阱超晶格结构的倍增层；S2.产生电荷层，渐变层以及光窗口层；S3.采用Zn扩散或者Cd扩散工艺形成PN结。本发明专利技术主要针对InAs材料的窄带隙属性，采用倍增层超晶格结构降低暗电流，特别是隧穿暗电流；此外采用与InAs材料相匹配的宽带隙材料对二极管的各个结构进一步优化，从而实现低噪声、高增益、高速，高响应。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光电二极管
，特别涉及。
技术介绍
目前，由于光通信系统的快速发展，对接收机的响应度和速率的要求越来越高。相比于PIN探测器，雪崩光电二极管(APD)由于其内部产生增益而具有较高的灵敏度，被广泛用于光通信系统中。但是由于增益的随机性会伴随着额外的噪声；且对于传统的Aro如InAlAs, InP, S1、InGaAs等材料的APD，存在着增益-带宽积的限制，即高增益时，由于雪崩 建立时间增加，带宽会降低，从而限制了接收机的速率。因此，低噪声、高响应、低暗电流、高增益带-宽积的APD更能满足光通信系统的要求。根据McIntyre理论可以知道，电子和空穴的离化系数相差越大，APD的噪声就越低。在InAs材料中，空穴基本不离化，唯有电子离化，因此，几乎没有载流子反馈离化，从而降低噪声。此外，最大脉冲响应时间为电子和空穴的渡越时间之和；鉴于InAs材料中，单载流子离化，因此将不存在由于雪崩建立时间而产生的增益带宽积限制，即对于所有增益，带宽基本是个常数，最大的增益带-宽积受到最大增益限制。InAs材料APD可以很好的满足光通信系统低噪声、高速率、高响应度的要求。但是由于InAs是窄带隙材料，带隙为O. 36ev,且离化系数对电场强度的依赖不大，导致倍增区越厚，增益越大。但是当倍增区越厚，由于存在背景掺杂浓度，导致电场很不均匀，且耗尽区不能完全耗尽，所能达到的最大增益受隧穿暗电流的限制。对于窄带隙InAs APD,降低暗电流成为了需要解决的主要问题。目前，有一些主流降低InAs暗电流的方法，比如1)低温工作法，该方法使APD工作在制冷环境290K-77K范围下，相比于290K，77K下暗电流可以降低6个数量级，但是增益也从17降低到8，从而降低了最大增益带宽积，限制了可用增益，且制冷下工作，需要添加额外的制冷装置，不便应用于通信系统中；2)改善制作工艺和添加扩散阻挡层法，该方法分别降低了表面暗电流和体扩散电流，InAs的生长温度为470° C时，晶格缺陷较小，采用二步刻蚀的方法，首先，使用比例为1:1:1的H3PO4 = H2O2:H2O溶液，之后采用1:8:80的H2SO4 = H2O2:H2O溶液，可以将暗电流降低一个数量级，采用AlAsai6Sba84宽带隙作为少子阻挡层，阻止P型接触层中的少子向本征倍增区的扩散，也可以将暗电流降低一个数量级，但是暗电流仍然很高；3)He离子注入的平板结构，采用离子注入的方法制作了平板结构的InAs AH)来消除表面暗电流，增加InAs电阻，由于二极管没有完全隔离导致较大的暗电流；4)半绝缘衬底Zn扩散工艺，采用Zn扩散的方法来最小化表面暗电流，采用半绝缘GaAs衬底，降低寄生电容，易于与其他器件集成，Zn扩散可以降低表面暗电流，但是由于晶格失配，缺陷密度导致暗电流仍然很大；5)改进电场以及降低本征掺杂浓度法，增加P型接触层浓度，从而增加势垒高度，降低来自P型接触层的少子扩散电流，通过在本征区中引入P型渐变掺杂层，中和本征非故意η型掺杂，改善电场的均匀性，增加耗尽区宽度，增大最大增益，且改善工艺降低本征掺杂浓度，从而降低体暗电流，暗电流降低接近一个数量级。上述方法都是针对InAs AH)的体扩散暗电流和表面漏电流进行的改进，最大增益仍受着隧穿暗电流的限制。已知的InGaAs超晶格APD中，超晶格结构可以提闻倍增区的有效带隙，从而提闻击穿的最大电场，提高最大增益，降低隧穿暗电流。为了降低InAs雪崩光电二极管的隧穿暗电流，需要一种能够匹配InAs材料的倍增区超晶格结构。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种能够有效降低隧穿暗电流的InAs雪崩光电二极管。为了解决上述问题，本专利技术公开了一种InAs雪崩光电二极管，包括光窗口层，分离的吸收层、渐变层、电荷层和倍增层；所述倍增层采用AlxGahAsySb1VlnAs多量子阱超晶格结构；其中，X的范围是O. 2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种InAs雪崩光电二极管，包括：光窗口层，分离的渐变层、电荷层和倍增层；其特征在于：所述倍增层采用AlxGa1?xAsySb1?y/InAs多量子阱超晶格结构；其中，x的范围是0.25~1，FDA00002653913000011.jpg

【技术特征摘要】
1.一种InAs雪崩光电二极管，包括光窗口层，分离的渐变层、电荷层和倍增层；其特征在于所述倍增层采用AlxGahAsySVyAnAs多量子阱超晶格结构；其中，x的范围是 O.25 12.如权利要求1所述的InAs雪崩光电二极管，其特征在于所述的多量子阱超晶格结构的势垒层与势阱层的厚度都在5nnTl00nm范围内，倍增层的厚度范围是500nnT6um。3.如权利要求1所述的InAs雪崩光电二极管，其特征在于所述渐变层采用至少两种不同组分的AlmGa1IAsnSlvn材料；其中，m是O. 25、范围内的任意值，4.如权利要求3所述的InAs雪崩光电二极管，其特征在于所述渐变层的厚度范围是O.02unT0. lum。5.如权利要求1所述的InAs雪崩光电二极管，其特征在于所述光窗口层采用AltGaHAszSlvz 材料；厚度是 O. 05unTlum。其中，t 的范围是 O. 25 I，6.一种InAs雪崩光电二极管的制造方法，包括以下步骤 51.产生采用多量子阱超晶格结构的倍增层； ...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵彦立，向静静，张冀，涂俊杰，张诗伯，高晶，文柯，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：