[发明专利]一种蓝绿光增强型的硅基雪崩光电二极管

说明书

本发明公开了一种蓝绿光增强型的硅基雪崩光电二极管，该雪崩光电二极管包括硅吸收层，所述硅吸收层两侧为P+高掺杂层，硅吸收层下面依次为场控层、倍增层非耗尽层，硅吸收层上面为二维类材料，二维类材料与硅吸收层组成的异质结共同成为雪崩光电二极管的吸收层。二维材料具有超大的比表面积，良好的面内热电导率，超高的载流子迁移率，以及相对较小的杨氏模量，提高了高频光电探测器的响应度；吸收层位于器件的表层，形成倒装结构，避免了离子注入产生的缺陷吸收，从而使入射的蓝绿光波段能够被充分有效的吸收；产生的电场为垂直电场，提高器件的量子效率，减小了漏电流。

技术领域

本发明涉及一种蓝绿光增强型的硅基雪崩光电二极管，尤其是能增强对蓝绿光波段的吸收、响应度和量子效率，可应用于水下通信与探测，其属于硅基雪崩光电探测器技术领域。

背景技术

水下光信号的传输距离主要由光探测器的灵敏度决定，基于雪崩倍增效应的雪崩光电探测器(APD)，是光电探测器灵敏度的极限。蓝绿光波段(400nm-550nm)是水中的吸收衰减系数最小，穿透能力最强的光窗口，弱通信信号的接收辨别取决于对蓝绿光探测能力。对于硅材料，蓝绿光波段的吸收系数约为10^-4cm^-1，那么蓝绿光波段的光在硅中的穿透深度仅约为1μm。蓝绿光在传统的硅基APD表面层就被吸收，还没有到达吸收层，导致蓝光的灵敏度低、量子效率低，故将需将吸收层放置在器件表面。

二维材料具有超大的比表面积，良好的面内热电导率，超高的载流子迁移率，以及相对较小的杨氏模量，促使了它们在超快响应的高频光电探测器中的应用。此处以二硫化钼具体描述，二硫化钼的带隙和它的层数有很大的关联性，具体的关系为，随着二硫化钼层数的减少，它的带隙会越来越大，当二硫化钼最终减薄到单层时，它的能带间隙达到最大值，约为1.85eV，同时其能带结构变为直接带隙半导体结构，对应的激光响应截止波长在670nm左右，适用于对蓝绿光的吸收，将单层二硫化钼引入吸收层，以提高对蓝绿光的吸收，并且建立器件内部垂直电场。

发明内容

为克服现有硅雪崩探测器中吸收层过深的技术问题，本发明提供了一种可以提高蓝绿光响应度、量子效率和灵敏度的硅基雪崩光电二极管及其制备方法。

为实现本发明的目的，采用以下技术方案予以实现：

一种蓝绿光增强型的硅基雪崩光电二极管，所述雪崩光电二极管阵列为SACM型APD，包括硅表面吸收层，所述硅表面吸收层两侧为欧姆接触层，所述硅表面吸收层下面依次为：场控层、倍增层、非耗尽层；且所述场控层、倍增层和非耗尽层依次连接，所述硅表面吸收层之上覆盖有二维类材料，所述二维类材料远离场控层，与所述硅表面吸收层组成的异质结共同成为硅雪崩光电二极管的吸收层；且所述硅表面吸收层之上的二维类材料两侧连接有第一电极，所述非耗尽层连接有第二电极，所述二维类材料与第一电极上面铺有蓝绿光波段的增透膜，所述APD结构两侧覆有二氧化硅绝缘层，以减少漏电流。

其中，所述硅表面吸收层为π型硅，掺杂浓度为10¹²—10¹⁵cm^-3；所述场控层为P型硼(B)离子掺杂硅，掺杂浓度为10¹⁶—10¹⁸cm^-3；所述倍增层为π型B离子掺杂硅，掺杂浓度为10¹²—10¹⁵cm^-3；所述非耗尽层为N+型磷(P)离子掺杂硅，掺杂浓度为10¹⁵—10²⁰cm^-3；所述欧姆接触层为P+型B离子掺杂硅，掺杂浓度为10¹⁵—10²⁰cm^-3；所述二维类材料依照所需选择掺杂类型和掺杂浓度。