[发明专利]平面雪崩光电二极管

说明书

一种平面雪崩光电二极管，包括：第一半导体层、倍增层、电荷控制层、第二半导体层、梯度吸收层、阻挡层以及第二接触层。倍增层位于电荷控制层和第一半导体层之间。电荷控制层位于第二半导体层和倍增层之间。第二半导体层位于电荷控制层和梯度吸收层之间。梯度吸收层位于第二半导体层和阻挡层之间。

本申请是申请日为2013年5月17日、申请号为201380025871.2、发明名称为“平面雪崩光电二极管”的中国发明专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请要求美国临时专利申请61/648,401的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

背景技术

本发明涉及一种光电探测器。更具体地，本发明涉及一种雪崩光电二极管(“APD”)。

归因于已知的光子和电子之间的相互作用，近年来在光电探测器领域取得了进展，特别是在那些利用半导体材料的光电探测器方面。被称为雪崩光电二极管的一种基于半导体的光电探测器包括满足不同目的(例如吸收和倍增)的多种半导体材料。

雪崩光电二极管结构通过受激电荷载流子的作用来提供高增益，该受激电荷载流子在倍增层产生大量电子-空穴对。为了防止吸收层中的隧穿，在雪崩光电二极管自身内电场被调整，使得倍增层中的电场显著高于吸收层中的电场。

被称为台面(mesa)雪崩光电二极管的特定类型的雪崩光电二极管暴露高场p-n结和大量暴露的表面和界面态，其使得难于使用绝缘材料层来进行钝化。因此，常规的InP/InGaAs雪崩光电二极管采用掩埋p-n结的扩散结构(diffused structure)。然而，这些InP雪崩光电二极管需要对p型半导体区域的深度和扩散浓度两者的非常精确的扩散控制以及对发生该扩散的n掺杂区域的精确控制。该严格的掺杂控制是重要的，因为扩散控制p-n结的布局、倍增区域中电场的幅度、雪崩区域的长度以及电荷控制层中的总电荷，该总电荷决定高场InP雪崩区域和低场InGaAs吸收区域两者的电场值，高场InP雪崩区域的电场值必须足够大以产生倍增，低场InGaAs吸收区域的电场值必须足够小以避免隧穿。此外，在这种布置中使用精确放置的扩散的或注入的保护环，以避免在扩散的p-n结的边缘处的雪崩击穿。保护环和严格控制的扩散的这种组合增加电容、降低带宽并减少成品率，因而增加这些APD的成本。

对于超高速性能探测器，InAlAs可替代InP被用作雪崩层，因为更高的带隙减少隧穿，因而允许使用更薄的雪崩区域以产生更高的速度和更高性能的接收机。然而，在InAlAs中，获得扩散结构甚至更困难，因为和标准的基于InP的APD相比，(相对于空穴)更大的电子雪崩系数使得期望倍增电子而不是空穴。此外，因为n-掺杂剂的扩散不够快，所以简单地使标准的p-掺杂扩散结构反转是不足够的。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，申请人已经发现由于PIN探测器可以很容易地通过适当的表面预处理而被钝化和被BCB覆盖，因此在大面积未掺杂InGaAs吸收层的顶部刻蚀小面积p+InGaAs吸收区域，并像PIN一样用BCB钝化该小面积p+InGaAs吸收区域。

一种雪崩光电二极管包括第一半导体层、倍增层、电荷控制层、第二半导体层、梯度吸收(graded obsorption)层以及阻挡层。倍增层位于第一半导体层和电荷控制层之间。第二半导体层位于电荷控制层和梯度吸收层之间。阻挡层定位为与梯度吸收层相邻、与第二半导体层相对。

在另一个实施例中，可以刻蚀梯度吸收层以在第二半导体层的顶部获得小面积吸收区域。雪崩二极管也可以包括与第一半导体层相邻的第一接触部和与第二半导体层的顶部上的小面积吸收区域相邻的第二接触部。此外，可以采用如BCB的钝化结构来对雪崩光电二极管的一部分进行钝化。

在参考附属于本说明书并形成本说明书的一部分的附图和权利要求书仔细研究下述描述之后，本发明进一步的目标、特征和优点对本领域技术人员将变得清楚。

附图说明