[发明专利]具有低击穿电压的雪崩光电二极管

说明书

政府资助

本发明是在由DARPA授予的合同第HR0011-06-3-0009号下用美国政府支持来做出的。美国政府享有本发明中的某些权利。

技术领域

实施例通常涉及光电二极管，并且更特别地涉及具有低击穿电压特性的硅/锗（Si/Ge）单独的吸收、电荷和倍增（SACM）的雪崩光电二极管（APD）。

背景技术

雪崩光电二极管（APD）主要用于想要高灵敏度的应用中。这样的应用包括长距离光纤电信、激光测距仪以及单光子电平检测和成像、以及其它应用。SiGe APD提供针对近红外光信号的有前途的应用。在Si/Ge单独的吸收、电荷和倍增（SACM）APD中，锗（Ge）提供在近红外波长处的高响应性，而硅（Si）用于放大具有低噪声的生成的光载流子。

此外，基于SiGe的APD的制作的CMOS技术的适用性确保相较于其III-V APD对应物的降低的价格。因为APD传统上瞄准高端市场（主要由于更高的成本约束），所以SiGe APD是低端市场的有前途的候选者（它们在近红外频谱中需要高灵敏度）。

然而，仅仅降低的价格不足以实现APD的广泛应用。最大的障碍是APD的操作所需要的高偏置，在现有技术中它操作远远超出在现代化电子设备（例如，服务器、台式计算机和其它消费者电子设备）内发现的12V的最大可用偏置。

因此，会想要降低Si/Ge APD的操作偏置或击穿偏置，以便它们能够成功地并入到消费者电子设备、高速通信网络等。

附图说明

在附图中，本发明的实施例是以示例的方式而不是以限制的方式图示，并且附图中类似的参考标号表示类似的元件。

图1图示根据本发明的实施例的雪崩光电二极管（APD）的截面图。

图2图示图1的APD的理想内部电场分布的曲线。

图3图示图1的APD的仿真的暗电流和光电流的曲线。

图4图示图1的APD的测量的暗电流和光电流的曲线。

图5图示根据本发明的实施例的两个样本APD的所测量带宽的曲线。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的实施例，在附图中图示本发明的实施例的示例。在下文的详细描述中，将阐述大量的具体细节来允许本发明的透彻理解。然而，应该理解的是具有本领域普通技术的人员可实践本发明而没有这些具体细节。在其它实例中，没有详细描述熟知方法、过程、部件、电路和网络以便不对实施例的各方面造成不必要的模糊。

将理解，虽然本文可使用术语第一、第二等来描述各种元件，但是这些术语不应该限制这些元件。这些术语只用于区分一个元件和另一个。例如，第一层可被称为第二层，并且类似地，第二层可被称为第一层，这没有背离本发明的范围。

本文用于本发明的描述中的术语只是为了描述特定实施例的目的并且不旨在限制本发明。如本发明的描述和所附的权利要求中使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文以其它方式清楚指示。还将理解，如本文所使用的，术语“和/或”指代并且包括关联的列出的项目中的一个或多个的任何和所有可能的组合。还将理解，当用于本说明书中时，术语“包括”和/或“包含”规定表述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或增加。

图1图示根据本发明的实施例的雪崩光电二极管（APD）100的截面图。APD 100可以是Si/Ge单独的吸收、电荷和倍增（SACM）的低电压雪崩光电二极管（LVAPD）。为了一致性而不是限制的目的，本文讨论的雪崩光电二极管将简称为APD 100。将理解如图示的APD 100的各种层和部件不一定按比例绘制，而是，以这样的方式图示它们来清楚地示出每个部件。

APD 100可以包括衬底105。n型掺杂的硅（n⁺ Si）层110可以放置在衬底105上。本征硅（i-Si）层115可以放置在至少一部分n⁺ Si层110上。p型掺杂的硅（p Si）层120可以放置在i-Si层115的顶部。n⁺ Si层110、i-Si层115和p Si层120可以形成载流子倍增区域122。