[发明专利]一种新型雪崩二极管光电探测器及其制备方法

说明书

本发明提供了一种新型雪崩二极管光电探测器，包括由下往上依次层叠的N型电极、N型重掺杂层、单晶衬底、金属多功能层、InGaAs吸收层、P型重掺杂InGaAs层和P型电极。本发明适用范围广，可以在多种衬底上实现新型雪崩二极管光电探测器(APD)的可控生长，衬底可以采用多种材料，通过更换不同的衬底可实现可见光APD和红外APD，有利于降低生产成本；单晶衬底具有非常好的晶格完整性，更容易产生晶格碰撞，激发出更多的雪崩电子，提高APD的效率；新型APD的结构更加简单，金属多功能层可以同时起到外延缓冲层、电荷控制层、反射层和降低电子进入倍增层势垒的作用，其中反射层可将吸收层没有吸收完全的光再次反射到吸收层中，提高吸收效率。

技术领域

本发明涉及一种雪崩光电探测器，具体涉及一种具有新型结构的雪崩二极管光电探测器及其制备方法。

背景技术

随着社会和科技的发展进步，人工智能和智能家居已经成为社会发展的主流趋势，而这些技术的发展都离不开先进的各式各样的传感器。光电探测器，作为传感器的一个至为关键的单元，受到了研究人员的广泛关注。

雪崩二极管光电探测器(APD)具有高内部增益、高量子效率、高灵敏度等优点，是目前主流的光电探测器之一。然而，目前的APD中的倍增层大多是通过外延的方法获得的，其晶体质量还需要进一步提高(通常X-ray Rocking Curve的半峰宽大于150arcsec，要远远大于提拉法制备的50arcsec)，才能达到较为理想的倍增效果。为了改善APD的器件性能，在吸收层InGaAs与InP之间往往需要插入InP电荷控制层和InGaAsP过渡层。此外，为了获得较好质量的吸收层InGaAs，在InP衬底上还需要先生长一层较厚的InP缓冲层。

因此，为了获得高质量APD，简化APD的结构、提高吸收层InGaAs和倍增层的质量成为了研究人员努力方向。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明提供了一种结构简单、暗电流小的新型雪崩二极管光电探测器，其适用于传感器、智能控制、智能家居产品等领域。

本发明的另一个目的是提供上述新型雪崩二极管光电探测器的制备方法。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：一种新型雪崩二极管光电探测器，包括由下往上依次层叠的N型电极、N型重掺杂层、单晶衬底、金属多功能层、InGaAs吸收层、P型重掺杂InGaAs层和P型电极。

优选的，所述N型重掺杂层是通过对单晶衬底的背面进行离子注入掺杂实现的。

优选的，所述单晶衬底的材料是Si、InP或InAlAs。

优选的，所述金属多功能层的材料是Al、Ag、Au或Ni。

优选的，所述N型电极、N型重掺杂层、单晶衬底、金属多功能层、InGaAs吸收层、P型重掺杂InGaAs层的周向轮廓相等。

优选的，所述金属多功能层的厚度是10-200nm，InGaAs吸收层的厚度是1500-3000nm，P型重掺杂InGaAs层的厚度是150-300nm。

本发明还提供了新型雪崩二极管光电探测器的制备方法，包括以下步骤：

1)采用标准清洗工艺清洗干净单晶衬底，去除衬底表面粘污颗粒和表面有机物，并使用甩干机甩干；其中，单晶衬底可以为Si、InP、InAlAs等材料；

2)采用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)、分子束外延法(MBE)或金属有机化合物化学气相沉淀法(MOCVD)在单晶衬底的正面外延生长一层10-200nm厚的金属多功能层，其中外延生长温度为750-1150℃，其中金属多功能层的材料可为Al、Ag、Au、Ni等金属；