[发明专利]应用于近红外波段的盖革模式InGaAs/InP雪崩二极管

说明书

本发明公开了一种盖革模式InGaAs/InP雪崩二极管，包括InP基底及其上的外延结构，所述外延结构包括吸收层以及吸收层之上的开启层，所述开启层和吸收层材料均为In_xGa_1‑xAs，x介于0.52至0.55之间，且均包含有掺杂材料Si，且开启层的Si掺杂密度大于吸收层的Si掺杂密度。本发明的外延结构优化了吸收层的设计，在保证器件工作特性的同时，加入一层开启层，使得吸收层整体的电场降低，同时低掺杂的吸收层能更好的降低外延缺陷密度，保证器件特性。

技术领域

本发明涉及光电探测器领域，具体涉及一种基于盖革模式雪崩二极管。

背景技术

InGaAs/InP基雪崩二极管(Avalanche Photodiodes：APD)是目前广泛应用于近红外波段的主流探测芯片。基于其工作模式不同，可以基本划分为线形模式与盖革模式两大类。其中，线形模式的APD器件得益于不同电压下APD器件在不同电压下的增益，可以对被检测信号进行一定增益的线形放大，因此称为线形模式APD。盖革模式APD主要工作在雪崩电压以上，其灵敏度可以达到单光子的检测极限，主要原理是单光子产生的光生空穴能在雪崩区达到持续雪崩过程而被探测到。相比于线形模式APD器件，盖革模式APD芯片在外延结构设计中对暗电流和噪声提出了更高的要求。

目前主流的近红外InGaAs/InP雪崩二极管主要分为(Separate Absorption,Multiplication,分离式吸收雪崩型)SAM,(Separate Absorption,Charge andMultiplication,分离式吸收层、电荷层、雪崩层型)SACM,(Separate Absorption,Grading,Charge and Multiplication,SAGCM分离式吸收层、渐进层、电荷层、雪崩层型)SAGCM三种大类。目前SAGCM型由于其加入渐变层与电荷层的引入，一方面可以减小吸收层材料In_0.53Ga_0.47As与InP材料直接的能量带隙，减小异质结间能隙对光生空穴的束缚；另一方面电荷层的引入可以有效减小吸收层的电场，大大减小吸收层窄禁带材料的电场强度，有效降低吸收层的隧穿电流。盖革模式雪崩二极管对噪声控制极为严格，任何随机产生的噪声都有可能成为伪信号，因此对我们的外延结构设计提出更高要求。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种低噪声、高灵敏度的盖革模式雪崩光电二极管。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供一种盖革模式InGaAs/InP雪崩二极管，包括InP基底及其上的外延结构，其中，

所述外延结构包括吸收层以及吸收层之上的开启层，所述开启层和吸收层材料均为In_xGa_1-xAs，x介于0.52至0.55之间，且均包含有掺杂材料Si，且开启层的Si掺杂密度大于吸收层的Si掺杂密度。

在进一步的实施方案中，所述开启层材料为In_xGa_1-xAs，x介于0.52至0.55之间，其中掺杂材料Si的掺杂密度为(6～7)E16cm^-3。

在进一步的实施方案中，所述开启层的厚度为50-300nm。

在进一步的实施方案中，所述吸收层材料为In_xGa_1-xAs，x介于0.52至0.55之间，并掺杂有材料Si，掺杂密度小于5×10^-15cm^-3。

在进一步的实施方案中，还包括缓冲层，所述缓冲层位于所述基底和吸收层之间，缓冲层材料为InP，厚度为1～2um。