低噪聲雪崩光電探測器及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于光電技術領域，特別設及到一種低噪聲二維結構雪崩光電探測器及其 制造方法。
【背景技術】
[0002] 光探測器是將光信號轉變為電信號的器件。在半導體光探測器中，入射光子激發 出的光生載流子在外加偏壓下進入外電路后，形成可測量的光電流。雪崩光電探測器對光 電流的放大作用基于電離碰撞效應，在一定的條件下，被加速的電子和空穴獲得足夠的能 量，能夠與晶格碰撞產生一對新的電子-空穴對，運種過程是一種連鎖反應，從而由光吸收 產生的一對電子-空穴對通過碰撞離化可W產生大量的電子-空穴對而形成較大的二次光 電流。因此在光通信系統中，基于雪崩光電探測器的光接收機與普通光電探測器接收機相 比，靈敏度可W提高5地W上。但同時我們注意到，由于雪崩建立時間的限制，雪崩光電探測 器的工作帶寬比普通光電探測器低得多。因此，改善雪崩光電探測器的頻率響應特性對其 在高速光通信系統中的應用非常重要。針對不同的實際需求，需要對雪崩光電探測器倍增 層乃至整個分別吸收、漸變、電荷和增益結構進行分別優化。對于雪崩光電探測器來說，過 剩噪聲因子是表征其噪聲性能的一個重要參數，過剩噪聲因子通常由雪崩光電探測器的k 值決定，在此，k定義為不同類型載流子（電子或者空穴）的碰撞離化系數之比。k值越小，對 改善雪崩光電探測器的頻響特性越有利。因此，如何降低雪崩光電探測器的k值是非常關鍵 的。
[0003] 目前光通信領域常用雪崩光電探測器的倍增材料(體倍增材料），包括III-V族InP 和InAlAs，其k值分別在0.4-0.5及0.2-0.3的范圍內；IV族Si，其k值小于0.1。
【發明內容】
[0004] 本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，而提供一種低噪聲雪崩光電探 測器及其制備方法，W降低已有雪崩光電探測器的有效HI。
[0005] 為了解決上述技術問題，本發明公開一種低噪聲雪崩光電探測器，其包括通過擴 散、離子注入依次形成不同滲雜類型的N型歐姆接觸層/P型歐姆接觸層、倍增層、電荷層、P 型歐姆接觸層/N型歐姆接觸層，且電荷層與P型歐姆接觸層/N型歐姆接觸層之間的底部形 成有襯底;所述電荷層、P型歐姆接觸層/N型歐姆接觸層與襯底之間形成一個倒梯形凹槽； 所述倒梯形凹槽內形成有吸收層；。
[0006] 此外，本發明還公開上述雪崩光電探測器的制備方法，該方法包括：
[0007] SI.制作不同滲雜材料區域:通過擴散、離子注入的工藝依次形成不同滲雜類型的 N型歐姆接觸層/P型歐姆接觸層、倍增層、電荷層、P型歐姆接觸層/N型歐姆接觸層，且電荷 層與P型歐姆接觸層/N型歐姆接觸層之間的底部形成有襯底；
[000引S2.通過刻蝕滲雜材料區域，在電荷層、P型歐姆接觸層/N型歐姆接觸層與襯底之 間形成一個倒梯形凹槽；
[0009] S3.在刻蝕的倒梯形凹槽上制備吸收層；
[0010] S4.將P型電極和N型電極分別制作在Si P型和N型歐姆接觸層上。
[0011] 在上述技術方案中，所述滲雜材料區域為滲雜Si材料區域或滲雜InP材料區域。
[0012] 在上述技術方案中，所述倍增層為51、1扯、1^143、416343、1〇43、41634356或 HgCdTe;所述吸收層采用材料為 Ge、GeSn、InGaAs、GaAs、InAs。
[0013] 進一步地，作為性能優化，優選地，在Ge吸收層形成之前，制備了 SiGe過渡層；
[0014] 進一步地，作為性能優化，優選地，在InGaAs吸收層與N型歐姆接觸層的界面，制備 了 InGaAsP過渡層。
[0015] 在上述技術方案中，采用波導結構和光子晶體、等離子體提高量子效率。
[0016] 更進一步地，作為性能優化，將上述制得的雪崩光電探測器構成一維或者二維陣 列。
[0017] 本發明低噪聲雪崩光電探測器的運種結構的是改進一維縱向雪崩光電探測器為 二維橫向結構，通過降低倍增層的有效厚度到納米尺寸，利用納米倍增區的死區效應降低k 值。
【附圖說明】
[0018] 圖1為實施例1中SiAie雪崩光電探測器的結構示意圖；
[0019] 圖2為實施例1中雪崩光電探測器的電場示意圖；
[0020] 圖3為實施例2中InP/InGaAs雪崩光電探測器的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0021] 實施例1
[0022] 作為實施例1，本發明公開一種Si/Ge雪崩光電探測器，其結構如附圖1所示。運種 探測器在結構上包括但不限于:P型歐姆接觸層1，吸收層2、電荷層3、倍增層4、重滲雜N型歐 姆接觸層5及Si襯底6,其中具體結構參數如表1所示。
[0025] 表1
[0026] 本發明的特點是改進一維雪崩光電探測器為二維結構，利用死區效應降低k值。所 述N型和P型歐姆接觸層是通過在低滲雜的娃層側向兩端進行高滲雜形成，滲雜濃度高于 1.0 X IQis/cm3。所述的電荷層是在P型和N型歐姆接觸層之間采用精確控制的P型或N型滲雜 形成，滲雜濃度范圍為lXl〇iVcm 3-9Xl〇iVcm3,電荷層的厚度和滲雜濃度要相互制約來控 制吸收層和倍增層的電場，使得倍增層的電場要足夠高W引起雪崩倍增效應。而吸收層的 電場要足夠低W抑制漏電流，并能使雪崩光電探測器的耗盡區完全耗盡。倍增層是由本征 或者非故意滲雜半導體材料構成，其厚度選擇要考慮APD的增益-帶寬積和靈敏度;所述吸 收層厚度的選擇要保證探測器的量子效率，同時考慮雪崩光電探測器的電學帶寬。
[0027] 本實施例提供的上述SiAie雪崩光電探測器的制造方法，包括W下步驟：
[0028] SI.制作不同滲雜InP材料區域，通過擴散、離子注入等工藝依次在InP上形成不同 滲雜類型的P型歐姆接觸層7、倍增層8、電荷層9、重滲雜N型歐姆接觸層11;且電荷層9與重 滲雜N型歐姆接觸層11之間的底部形成有InP襯底12;
[0029] S2.通過刻蝕在InP材料區域上形成一個倒梯形凹槽，即在電荷層9、重滲雜N型歐 姆接觸層11與InP襯底12之間形成一個倒梯形凹槽；
[0030] S3.在刻蝕的