[发明专利]一种高速高增益的雪崩光电探测器及制备方法

说明书

本公开提供了一种高速高增益的雪崩光电探测器及其制备方法，其芯片包括由上至下设置的三级台阶；其中：第一级台阶，包括由上至下依次设置的P电极、第一欧姆接触层、第一吸收层和第二吸收层上部；第二级台阶，包括由上至下依次设置的第二吸收层下部、过渡层、第一电荷层、倍增层、第二电荷层、渡越层和第二欧姆接触层上部；第三级台阶，包括由上至下依次设置的第二欧姆接触层下部和绝缘衬底；所述三级台阶的水平投影面积依次增大。所述芯片倍增层采用超薄InAlAs材料。所述三级台阶芯片倒扣键合在基片上。

技术领域

本公开涉及探测器技术领域，具体涉及一种高速高增益的雪崩光电探测器。

背景技术

随着人们对信息传递日益增长的需要，对光通讯的传输速度和传输距离有了更高的要求。半导体光电探测器作为光通讯中重要的接收器件，起着举足轻重的作用。与PIN型探测器相比，雪崩光电探测器因其内部对光电流的增益，提高了对光信号探测的响应度。因此，高速高增益的APD被越来越多地应用于光通讯中。评价APD性能的主要指标有3dB带宽、暗电流、响应度和增益带宽积等。

常用的高速APD采用分离吸收电荷倍增的SAGCM结构。要想提高APD响应速度，需减小耗尽区长度来减小载流子渡越时间。单位增益下响应度与带宽相互制约，要想提高APD单位增益下的响应度，通常应增加本征吸收层的厚度，但本征吸收区完全耗尽后，使载流子渡越时间延长，限制APD带宽。光生载流子在倍增区的碰撞电离时间随着增益的提高而增加，在高增益下碰撞电离时间逐渐成为限制器件3dB带宽的主要因素。

此外，高增益下限制APD带宽的主要因素是倍增区的雪崩增益时间，倍增区越薄，APD的增益带宽积越大。但薄倍增区需要更高的电场强度引发雪崩倍增，会使器件的隧穿电流增大，严重时发生隧道击穿。因此，要想获得高速、高增益的雪崩光电探测器，应解决增益带宽积与暗电流、带宽与响应度之间的矛盾。

发明内容

针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种高速高增益的雪崩光电探测器，克服现有技术存在的缺点和不足，提高APD的带宽和响应度。

一种高速高增益的雪崩光电探测器，其芯片包括由上至下设置的三级台阶；其中：

第一级台阶，包括由上至下依次设置的P电极、第一欧姆接触层、第一吸收层和第二吸收层上部；

第二级台阶，包括由上至下依次设置的第二吸收层下部、过渡层、第一电荷层、倍增层、第二电荷层、渡越层和第二欧姆接触层上部；

第三级台阶，包括由上至下依次设置的第二欧姆接触层下部和绝缘衬底；

所述第二欧姆接触层下部连接有N电极；

所述第三级台阶的水平投影面积大于第二级台阶的水平投影面积；所述第二级台阶的水平投影面积大于第一级台阶的水平投影面积。

可选地，所述倍增层的组成材料为本征InAlAs。

可选地，所述第二吸收层的组成材料为本征InGaAs，过渡层的组成材料为本征InAlGaAs，第一电荷层的组成材料为P型掺杂的InAlAs，第二电荷层的组成材料为N型掺杂的InAlAs，渡越层的组成材料为本征InAlAs。

可选地，所述第一吸收层的组成材料为P型掺杂的InGaAs。

可选地，所述第一欧姆接触层的组成材料为P型InGaAs；所述第二欧姆接触层的组成材料为N型InGaAlAs；所述绝缘衬底的组成材料为本征InP。

可选地，其特征在于，所述P电极的组成材料为金属Ti和Au，所述N电极的组成材料为金属Au、Ge、Ni和Au。

可选地，所述绝缘衬底下方设置有增透膜，增透膜所用材质为SiNx。

可选地，所述芯片下方设置有基片，所述芯片倒扣键合于基片上。