[发明专利]一种吸收、倍增层分离且具有滤波功能的可见光雪崩光电探测器

说明书

技术领域

本发明涉及可见光探测器的技术领域，更具体地，涉及一种吸收、倍增层分离且具有滤波功能的可见光雪崩光电探测器。

背景技术

近年来，移动设备对无线数据的需求与日俱增，网络频段资源趋向枯竭，网络干扰及安全等问题亦日益严峻。随着技术的发展，可见光通信(Visible Light Communication，VLC)技术逐渐兴起。该技术是利用白光发光二极管（LED）功耗低、使用寿命长以及调制性优良、响应灵敏度高等特性，在采用其作为照明的同时，把信号调制到可见光束上进行传输，实现照明与通信的双重功能。相比于蓝牙、Wi-Fi等短距离无线通信，VLC技术具有（1）数据传输速率高；（2）安全保密性好；（3）无有害射频辐射；（4）无需无线频谱许可等一系列优点。但是，在VLC技术的实际应用中，也面临着一些问题需要解决：在VLC系统存在着强烈的背景噪声；与此同时，随着传输距离的加大，外加发射端与接收端的角度偏离，探测器接收到的信号十分微弱；再者，通信环境中LED光源个数较多，信源与探测器之间存在若干条不同的光路径，这将会引起码间干扰。而现今在VLC系统中采用的Si基、AlGaAs、GaP基探测器，不仅存在着响应峰值与光源主发光波长不一致而导致的探测灵敏度低的问题，而且还存在着因需要外加光滤波器而导致的成本增加、体积增大、滤波器减弱入射光信号的缺点。针对上述问题，为保证通信质量，亟待研发灵敏度高、低噪声且具有滤波特性的新型光电探测器。在当前的VLC技术中，白光LED作为光源，其主要发光形式是通过（1）InGaN蓝光发光LED激发黄色荧光粉实现；（1）InGaN蓝光、绿光LED与AlGaInP红光LED组合，由红绿蓝（RGB）三基色合成白光。因此，以InGaN作为感光材料制备光电探测器，具有光源发射频谱与探测器吸收频谱相一致的天然优势。然而，目前研制的InGaN可见光探测器基本上是基于LED量子阱结构、金属-半导体-金属(MSM)结构、金属-绝缘层-半导体(MIS)结构的光伏型探测器，在滤波特性和探测灵敏度上都达不到VLC系统的实际应用要求。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种集成了入射光滤波与光电流增益功能的、吸收层与倍增层分离结构的可见光雪崩光电探测器。光信号从背面（衬底一侧）入射，n型掺杂In_zGa_1-zN层充当窗口层的作用，即只允许波长大于In_zGa_1-zN材料截止波长的入射光通过并进入到In_yGa_1-yN吸收层，In_zGa_1-zN窗口层与In_yGa_1-yN吸收层的截止波长共同决定光谱响应的波长范围，从而可使探测器响应光谱与光源LED发光谱一致，起到探测器与滤波器集成的效果。上述信号在In_yGa_1-yN本征吸收层中被吸收，激发出电子空穴对，在外加反向偏压的作用下，电子被收集到n型GaN层一侧，空穴则被运输到具有高电场的倍增层，从而触发雪崩击穿，完成单载流子（空穴）触发，从而提高了器件在In_yGa_1-yN对应波段的光响应度（探测灵敏度），最终实现波长选择、低噪声、高增益、高探测灵敏度的可见光雪崩光电探测器。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种吸收、倍增层分离且具有滤波功能的可见光雪崩光电探测器，其中，包括衬底，利用金属有机化学气相沉积外延外生长法（或分子束外延生长法）依次生长在衬底上的缓冲层，非故意掺杂GaN层，n型掺杂GaN层，n型掺杂In_zGa_1-zN层， n型掺杂In_yGa_1-yN接触层，非故意掺杂高阻In_yGa_1-yN吸收层，低掺杂浓度的n型In_yGa_1-yN组分缓变层，非故意掺杂高阻In_xGa_1-xN倍增层，p型掺杂In_xGa_1-xN层。