[发明专利]雪崩光电二极管

说明书

技术领域

本发明涉及雪崩光电二极管。

背景技术

雪崩光电二极管(APD)广泛用作诸如光纤光传输系统、自由空间光通信等多种电信应用以及其他光学应用(如高分辨率的测距、感测、光谱学等)所用的组件，因为雪崩二极管(APD)的内部增益针对具体应用显著提高了光接收器的灵敏度。目前，APD用于针对10Gb/s以下的信道数据速率来提高功率预算。然而，很有可能一些相似的途径导致了部署数据速率处于或高于10Gb/s的高速网络，这些高速网络目前使用pin接收机来工作。预期的在灵敏度方面的显著提高(预期高达约10dB)确实可以允许将诸如掺铒光纤放大器(EDFA)之类的昂贵增益阻挡单元替换成APD；或者在一些情况下，例如在约40Gb/s的速率下，引入新的光学处理元件，如，在40Gb/s应答器(transponder)中引入色散补偿模块。

对于诸如40Gb/s的高比特率应用，为了实现高灵敏度雪崩二极管，需要考虑的一些重要的问题包括：高水平的响应度、低倍增增益下的宽带宽以及最佳的增益-带宽乘积。

为了实现这样的目的，近年来采用的一种已知解决方案是针对APD使用横向照射，因为这允许减小吸收层的厚度，从而减少渡越时间(transit time)而不损害响应度。与传统的表面照射APD相比，这使得在低增益下提高了带宽。然而，为了实现低倍增增益下的宽带宽以及高增益-带宽乘积，这种类型的APD在设计方面有限制。

一种这样的限制与器件尺寸有关。尽管这些器件允许进一步减小器件有效面积以改善由于器件中的RC滤波效应而引起的在带宽方面的限制(通常，带宽取决于光生载流子渡越时间和RC低通滤波器)，然而因为相应地减小了吸收面积和体积，所以这种器件尺寸的减小使得器件响应度变差。

这种器件的另一限制与增益-带宽乘积有关。原理上，应当可以通过减小倍增层的厚度(包括渡越层的厚度)来改善增益-带宽乘积。然而，非常薄的渡越层(由渐变层和电荷层组成)会导致在吸收区内产生不期望的倍增。

另一方面，为了实现高倍增增益，需要厚雪崩层，以支持足够高的电场以便引起光生载流子(获取高能量的载流子)的高度电离而没有过大暗电流。

发明内容

本发明的实施例提供了一种单载流子雪崩光电二极管，包括p掺杂的吸收层、非有意掺杂的雪崩倍增层以及n掺杂的收集层，收集层能够收集从雪崩层注入的电子。

根据本发明的一些实施例，所述雪崩光电二极管包括：内建场层，由n+掺杂的材料制成，设置在雪崩倍增层与收集层之间。

根据本发明的一些实施例，p掺杂的吸收层是以约5×10¹⁷cm^-3掺杂的，或者包括在5×10¹⁷cm^-3与2×10¹⁸cm^-3之间变化的渐变p掺杂水平。

根据本发明的一些实施例，p掺杂的吸收层是由InGaAs材料或GaAsSb材料制成的。

根据本发明的一些实施例，收集层是由GaInAsP材料制成的。

根据本发明的一些实施例，内建场层是由InAlAs材料制成的。

本发明的其他实施例提供了一种制造雪崩光电二极管的方法，包括以下步骤：

-产生p掺杂的吸收层；

-产生非有意掺杂的雪崩倍增层；以及

-产生n掺杂的收集层，收集层能够收集从雪崩层注入的电子。

根据本发明的一些实施例，该方法还包括在雪崩倍增层与收集层之间产生由n+掺杂的材料制成的内建场层的步骤。

根据本发明的一些实施例，产生p掺杂的吸收层的步骤包括以约5×10¹⁷cm^-3来掺杂所述吸收层，或者包括在5×10¹⁷cm^-3与2×10¹⁸cm^-3之间变化的渐变p掺杂水平。

附图说明

图1是传统雪崩光电二极管的结构示意图。

图2是根据本发明实施例的雪崩光电二极管的结构示意图。

具体实施方式

为了更好地理解本文提出的APD的结构，首先参考一些已知的APD结构。