[发明专利]一种雪崩光电二极管

说明书

本发明公开了一种雪崩光电二极管，包括：从上到下依次分布的第一接触层、本征吸收层、本征分压层、电荷控制层、倍增层和第二接触层；通过在本征吸收层和电荷控制层之间加入本征分压层，通过采用本征分压层，基于电势和电场的之间的关系，在不影响吸收层和倍增层电场的电场相对分布的前提下，增加雪崩光电二极管的厚度，从而降低由于电子空穴对的空间电荷效应而导致的倍增层的电场下降量，提高了雪崩光电二极管的线性度，与此同时，本发明并没有减小耗尽吸收层的厚度，雪崩光电二极管的响应度较高，能够同时兼顾雪崩光电二极管线性度与响应度性能。

技术领域

本发明属于光电通信技术领域，更具体地，涉及一种雪崩光电二极管。

背景技术

随着信息化时代的到来，通信容量越来越大，因而高速、高灵敏度的通信技术成为人们追求的目标。在此需求下，光通信获得了长足的发展。雪崩光电二极管(AvalanchePhotodiodes，APDs)，由于具有内部增益，可以实现高速、高灵敏度的光探测，从而在光通信系统中获得广泛的应用。之前APDs都是用来进行高灵敏度的光探测，对于线性度的要求不高。APD线性度用来描述在相同电压下APDs器件的光电流与输入光功率的关系。随着10Gbit/s及以上速率的以太网的发展与更高级调制格式的使用，对于光探测器的线性度有了更高的要求。线性度差的器件在高级调制格式的使用中会在光功率较大的时候产生很大的误码率，影响信号的传输质量。相较于传统的PIN-PDs和UTC-PDs，APDs的线性度很差，因此，研究一种线性度较高的雪崩光电二极管具有重要的意义。

目前，现有的提升雪崩光电二极管线性度的方法主要包括：基于混合吸收层的方法和双载流子注入法；其中，在基于混合吸收层的方法中，其吸收层一层是P型掺杂吸收层，另一层为本征掺杂吸收层，两个吸收层连接在一起。这样可以减小耗尽吸收层的厚度，降低载流子积累的浓度，减小空间电荷效应的影响，提高线性度，但是，由于雪崩光电二极管的响应度与耗尽吸收层的厚度相关，厚度越厚，雪崩光电二极管响应度越高。混合吸收层包含P型掺杂的吸收层和本征掺杂的吸收层；工作状态下，雪崩光电二极管的本征掺杂吸收层耗尽，而P型掺杂的吸收层不耗尽，在相同厚度下，耗尽的吸收层的响应度比不耗尽的吸收层响应度大，会造成雪崩光电二极管的响应度降低。另外，对于双载流子注入法，电子与空穴都在倍增层均发生倍增，对应的雪崩光电二极管的倍增层的两侧各有一个吸收层，分别为本征掺杂吸收层和P型掺杂吸收层，本质上也是减小了耗尽吸收层的厚度，同样可以降低载流子积累的浓度，减小空间电荷效应的影响，提高线性度，但是也同样会导致雪崩光电二极管的响应度下降，并且由于双载流子倍增会增加载流子碰撞离化的随机起伏，还会引入过高的噪声。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种雪崩光电二极管，其目的在于解决现有技术由于通过减小耗尽吸收层的厚度来减小空间电荷效应的影响而导致的无法兼顾雪崩光电二极管线性度与响应度性能的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种雪崩光电二极管，在现有雪崩光电二极管结构的基础上加入了本征分压层，包括：从上到下依次分布的第一接触层、本征吸收层、本征分压层、电荷控制层、倍增层和第二接触层；

第一接触层和第二接触层用于与金属进行欧姆接触形成电极；

本征吸收层用于吸收入射光，形成电子空穴对；

电荷控制层用于控制本征吸收层与倍增层的电场分布；

倍增层用于使电子空穴对中的电子或空穴发生碰撞离化，产生电流增益；

本征分压层用于基于电势和电场的之间的关系，在不影响吸收层和倍增层电场的电场相对分布的前提下，增加雪崩光电二极管的厚度，从而降低由于载流子积累产生的空间电荷效应而导致的倍增层的电场下降量，提高雪崩光电二极管的线性度。

进一步优选地，雪崩光电二极管在工作状态下，本征分压层的电场强度高于本征吸收层的电场强度、低于倍增层的电场强度，其中电子或空穴不会发生碰撞离化。