[发明专利]高速平面雪崩光电二极管

说明书

技术领域

本发明涉及一种雪崩光电二极管(APD)，尤其涉及一种高速平面雪崩光电二极管。

背景技术

随着网络用户的持续增长和信息量的急剧增加，信息的长途传输需要不断提高现有的光传输速率。目前，提高系统传输速率的方法一是增加一根光纤中的信道数即密集波分复用技术；二是提高单个信道的数据传输速率，提高单信道的数据传输速率需要高速的光发射和光接收器件。作为光接收器件，相对于p-i-n光电二极管，雪崩光电二极管(APD)因具有较高的灵敏度(2.5Gb/s速率下，APD灵敏度高出7dB左右；10Gb/s速率下，APD灵敏度高出5～6dB。)，可以大幅度降低传输成本，因而10Gb/s APD在长途传输中(40～80km)获得了广泛的应用。

专利文献1[美国专利第6515315B1号中图7。]公开了一种高速雪崩光电二极管。该结构是在InP衬底上依次生长n^-InP缓冲层、非掺杂的InGaAs吸收层、非掺杂的InGaAsP渐变层、n-InP电场控制层、非掺杂的InP窗口层。该结构通过两次Zn扩散和保护环来控制雪崩倍增区厚度，同时抑制边缘击穿。为了提高APD的速率，该结构采取减小InGaAs吸收层厚度、提高n-InP电场控制层积分电荷来提高APD的响应速率，同时采用背面进光方式来减小封装电容，但背面进光制作工艺复杂。尽管该结构可以使APD在增益M＝10的情况下，带宽提高到8GHz以上，但过薄的InGaAs吸收区使得APD响应度过低(0.7A/W，M＝1)，从而导致APD的灵敏度只有—27dBm(10^-10误码率下)，根据ITU-T G.691L64.2c中关于80km10Gb/s传输的建议要求在10^-12误码率下，接收器件的灵敏度不低于-26dBm。很明显，专利文献1公开的APD无法满足要求。

专利文献2[美国专利第5552629号中图4、图5、图6、图9和图10。]公开了一种AlInAs雪崩光电二极管。该APD结构上采用AlInAs/AlGaInAs超晶格做倍增层，利用AlInAs材料更低的电子空穴离化系数比的特性来提高APD的带宽等特性。但该APD制作工艺极其复杂，需要通过腐蚀、离子注入和退火工艺来实现抑制边缘击穿，同时采用台面结构来限制载流子的侧向扩展，但APD暗电流高达μA级，μA级的暗电流会严重影响APD的灵敏度，而且台面结构会带来APD的可靠性问题。

专利文献3[美国专利第2005-0224839A1号中图1(a)。]中公开的AlInAs雪崩光电二极管尽管采用n-p-n结构降低APD的电容，但APD仍然具有μA级的暗电流。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的上述缺点和不足，提供一种具有高响应、低暗电流、高带宽特点的高速平面雪崩光电二极管。

本发明的目的是这样实现的：

在传统的InGaAs APD结构中增加了一种高反射率的n型分布反馈反射层(DBR)。

具体地说，如图1，本发明的结构是：在n-InP衬底(2)上依次生长n-InP缓冲层(3)、n型分布反馈反射层(4)、i-InGaAs层(5)、n-InGaAsP渐变层(6)、n-InP电场控制层(7)、i-InP窗口层(8)、i型InGaAs接触层(9)；i-InP窗口层(8)中通过两次Zn扩散形成一个p型中心区(11)和p型环行区(12)；扩散后在窗口层(8)中形成雪崩倍增区(14)；窗口层(8)上覆盖抗反射介质层(10)；i型InGaAs接触层(9)上为环型的p金属层(13)，APD背面为n金属层(1)。

本发明的工作原理是：

分布反馈反射层使通过InGaAs吸收层后的光重新反射回InGaAs层吸收，因此，使APD的响应度明显提高，从而使APD具有更高的带宽和灵敏度。

本发明具有下列优点和积极效果：

①传统的APD通过减小吸收区的厚度和雪崩倍增区的宽度来提高APD的高速特性，但减小吸收区的厚度会降低APD的响应度，从而导致APD灵敏度降低。本发明的结构因增加了具有高反射特性(反射率可以通过调整DBR的对数来控制)的分布反馈反射层，该DBR可以将APD的响应度提高到0.9～1.0A/W，因而可以提高APD的灵敏度；

②为了减小高速APD的电容，传统高速APD均采用背面进光，其制作工艺复杂，封装时需要昂贵的倒装焊设备。本发明的结构中因DBR层位于n-InP衬底一面，APD采用正面进光，制作工艺简单，对封装设备要求低；