[发明专利]一种单行载流子光电二极管

说明书

本发明实施例提供一种单行载流子光电二极管，该单行载流子光电二极管通过将传统的收集区中的部分结构进行湿氮氧化工艺，获得部分氧化型收集区。由于经氧化工艺的部分结构形成的氧化物绝缘层的折射率较低，因此降低了单行载流子光电二极管的寄生结电容，减小了RC时间常数，由此提高了单行载流子光电二极管的响应速度。

技术领域

本发明涉及半导体光电器件技术领域，尤其涉及一种单行载流子光电二极管。

背景技术

光电二极管(Photodiode,PD)是一种重要的光电转换器件，在经济及军事应用领域有着广泛的应用，是光纤通信、超宽带无线通信、导弹制导、红外成像及遥感等应用系统的核心器件。响应速率是PD的重要指标之一，反应了器件的高频响应能力。

1997年，由日本研究者发明的单行载流子光电二极管(Uni-traveling carrierphotodiode,UTC-PD)极大地提升了光电二极管的响应速率。UTC-PD是在传统的PIN-PD(positive-intrinsic-negative，P型半导体-杂质-N型半导体)的结构上改进的，其i型吸收区变为p型吸收区和宽带隙的载流子收集区。

UTC-PD以光生电子作为主要输运载流子，改变了传统PIN-PD中光生空穴和光生电子共同作为输运载流子的工作模式，大大降低了空间电荷效应，大幅度地提升了响应速率。为了进一步提高UTC-PD的高频特性，本发明提出了一种新型的氧化型收集区的UTC-PD。

发明内容

为了进一步提高UTC-PD的响应速率，提升UTC-PD的高频性能，本发明实施例提供一种单行载流子光电二极管，该单行载流子光电二极管的收集区为部分氧化型收集区，该收集区的氧化部分由含Al组分材料经湿氮氧化工艺制备而成。

优选地，该单行载流子光电二极管还包括覆盖于部分氧化型收集区上面的p型吸收区，p型吸收区由GaAs材料和AlGaAs材料共同组成。

优选地，氧化部分位于部分氧化型收集区的边缘区域。

优选地，部分氧化型收集区为插入氧化层型收集区或Al组分渐变型收集区；其中，插入氧化层型收集区包括由下至上依次交替覆盖的若干层第一氧化层和若干层第一非氧化层；第一氧化层包括经氧化工艺氧化的第一氧化区和未经氧化工艺氧化的第一非氧化区，第一氧化区位于第一氧化层的边缘区域，第一非氧化区位于第一氧化层的边缘以内区域；Al组分渐变型收集区包括经氧化工艺氧化的第二氧化区和未经氧化工艺氧化的第二非氧化区；第二氧化区位于Al组分渐变型收集区的边缘区域，第二非氧化区位于Al组分渐变型收集区的边缘以内区域；第二氧化区和第二非氧化区的Al组分由上至下为渐变组分，且第二氧化区的形状为梯形；相应地，氧化部分为第一氧化区或第二氧化区。

优选地，第一氧化层、第二氧化区和第二非氧化区的材料均为含Al组分的材料，Al组分小于45％；若第一非氧化层的材料为InP，则第一氧化层的材料为InAlAs、InAlSb、AlGaSb、AlGaAsSb、AlGaInAs和AlInAsSb中的一种或多种；若第一非氧化层的材料为AlGaAs，则第一氧化层的材料也为AlGaAs，且第一氧化层的Al组分高于第一非氧化层中的Al组分；第二氧化区和第二非氧化区的材料可为AlGaAs、InAlAs、InAlSb、AlGaSb、AlGaAsSb、AlGaInAs和AlInAsSb中的一种或多种。

优选地，该单行载流子光电二极管还可包括覆盖于部分氧化型收集区上面的p型吸收区，p型吸收区由GaAs材料和AlGaAs材料共同组成。

优选地，p型吸收区为p型渐变型吸收区或阶跃式梯度分布型吸收区；其中，p型渐变型吸收区由p型渐变掺杂的GaAs材料，与渐变组分、或p型渐变掺杂、或渐变组分和p型渐变掺杂共有的AlGaAs材料构成；阶跃分布型吸收区由p型阶跃式梯度分布型掺杂的GaAs材料，阶跃式梯度分布组分、p型阶跃式梯度分布掺杂、或阶跃式梯度分布组分和p型阶跃式梯度分布掺杂共有的AlGaAs材料构成。