[发明专利]对光接收信号具有高线性度信号电流的光电二极管

说明书

本发明涉及管脚型光电二极管，它对光接收信号具有高线性度的信号电流并且实现了宽带高速的特性。具体而言，本发明涉及一种管脚型光电二极管，它防止了空穴在光学吸收层与p型半导体层(邻近光学吸收层)之间的界面(或边界)处不需要地堆积，从而消除了信号电流的调制变形。

管脚型光电二极管具有多层结构，其中在p型半导体层与n型半导体层之间夹持一层低载流子浓度的i型半导体层。特别是，例如通过在n型InP衬底11上依次外延生长n型层12、n-型GaInAsP层13、InGaAs层14、p-型GaInAsP、p-型InP层16以及p+-型GaInAs层19构造出如同8所示的波导型光电二极管。在上述p+型GaInAs层19上形成了光电二极管的p-电极17，而在n-型InP衬底11的下表面(背面)形成了n-电极。Ti/Pt/Au用作p-电极，而AuGeNi/Au用作n电极18。

前述InGaAs层14为低杂质浓度的半导体层，其具有足以接收光信号的光学吸收边缘波长，并且具有相应的带宽能量，起着光学吸收层的作用。n-型GaInAsP层13和靠近光学吸收层的p-型GaInAsP层15都是光学限制层，其中前述的GaInAsP作为一层半导体层，其折射率小于光学吸收层的折射率，并且不吸收入射光线从而使光线充分地导入光电二极管。n-型InP层12和p-型InP层16为涂层，它们的作用是使入射光线充分地局限在光学吸收层和光学限制层内从而加速光学吸收。因此，由于前述InP的折射率低于光学吸收层和光学限制层的折射率，所以它被用作涂层。

上述结构的光电二极管被应用于当在p-电极17与n-电极18之间施加反向偏压时的情况。反向偏压在光学吸收层内形成了耗尽层。当光线L入射到处于该状态下的光电二极管端面时，光线L被导向由光学吸收层和光学限制层组成的核心层并进入光学吸收层。随后，在光学吸收层的耗尽层内，通过接收光学能量发生了光电转换，并且产生了与光强对应的信号电荷。该信号电荷经过前述的p-电极17和n-电极18作为信号电流输出。

信号电荷中的空穴，特别是质量较大的那种，在到达p-电极17之前有时会产生不需要的堆积。当p-型GaInAsP层15(作为光波导层)和p-型InP层16(作为涂层)中能带的势能尖峰较大时，在其界面处会产生不需要的空穴堆积。当p-型GaInAsP层15(作为光波导层)和InGaAs层14(作为光学吸收层)中能带的势能尖峰较大时，在其界面处会产生不需要的空穴堆积。这种空穴不需要的堆积会引起上述信号电流的变形。

但是，对于质量较小的信号电荷中的电子，很少会使信号电流变形。

本发明的目标是提供一种管脚状光波导型光电二极管，它可以获取高线性度的电流，由于没有不需要的空穴堆积，所以响应光接收信号的信号电流不会变形(调制变形较小)。

特别是在本发明中，针对下列事实，即光学吸收层与光波导层之间界面处的势能尖峰很大程度上依赖于光学吸收层与光波导层之间的能带失配，提供了一种管脚光电二极管，其中光学吸收层与p-型半导体层(靠近光学吸收层)之间的价带能级差异不大于0.05eV。

常温下空穴的能量分布宽度是用波尔兹曼参数k和温度T表示的热能量(大约0.025eV)的两倍左右。因此，本发明提供了一种光电二极管，其中例如即使在未施加偏压的状态下空穴也通过热能量导电，从而限制了空穴不需要堆积引起的变形。

特别是，提供了一种管脚状光电二极管，其中通过采用低杂质浓度的GaInAsP作为形成光学吸收层的半导体和将p-型AlInAsP作为p-型半导体层使得每层的价带能级相等，或者使价带能级之差减少到可以忽略的程度，从而避免了界面上空穴不需要的堆积。

比较好的是，光学吸收层由吸收边缘波长从1.65-1.55微米的GaInAsP层组成，而p-型半导体层由吸收边缘波长短于光学吸收层(即1.55-1.30微米)的p-型AlGaInAs层组成。这提供了能以高线性度探测波长为1.55微米光信号的管脚状光电二极管。

不同的是，光学吸收层由吸收边缘波长为1.56-1.36微米的GaInAsP层组成，而p-型半导体层由吸收边缘波长为1.30-1.14微米的p-型AlGaInAs层组成。这提供了能以高线性度探测波长为1.3微米光信号的管脚状光电二极管。

具体而言，本发明提供一种光电二极管，它包括：

由形成于n-型InP衬底上的n-型InP层或者n-型AlInAs层组成的n涂层；