[发明专利]一种雪崩探测器过渡层结构及制备方法

说明书

本发明公开了一种雪崩探测器过渡层结构及制备方法：在与InP晶格匹配的三元或四元InGaAs(P)层与二元InP电荷层之间，采用总厚度在十纳米量级的交替递变的InP和InGaAs(P)多层材料作为过渡层，从而避免采用不易生长的传统多层不同组分的InGaAsP过渡层材料。此过渡层适合采用分子束外延方法生长，且可充分发挥分子束外延可对厚度精确控制的特点，降低了生长含两个V族元素材料在组分控制上的难度，并可方便地进行参数调节和控制。本发明还可以推广到采用分子束外延生长的其他包含两个不同V族元素的异质结过渡层材料。

技术领域

本发明属于半导体光电子材料及器件领域，特别涉及一种雪崩探测器过渡层结构及制备方法。

背景技术

雪崩光电二极管(Avalanche Photodiode,APD)因具有内部倍增效应而比普通PN探测器具有更高的灵敏度和探测率，特别适用于微弱光信号的探测，在量子通信、激光雷达等多个领域具有重要的应用。在可见光波段常采用硅作为吸收层的雪崩探测器，由于硅材料禁带宽度的限制在波长约1.1微米以上的近红外波段雪崩探测器主要采用InGaAs(P)等III-V族材料作为吸收层，对于波长1.1微米附近的光探测则硅和InGaAsP雪崩探测器各有优缺点。与InP衬底晶格匹配的In_0.53Ga_0.47As作为吸收层的探测器截止波长约为1.7微米，对于1.1微米至1.7微米特定较窄波长的探测则常采用比In_0.53Ga_0.47As具有更宽禁带的四元系材料InGaAsP作为吸收层材料，通过调节InGaAsP四元材料的组分可以使之与InP衬底晶格匹配，使不因吸收层与衬底晶格失配而使材料退化。

InGaAs(P)APD的结构经过数十年的不断改进和发展，已经较为成熟。早期的APD结构仍采用PIN结构，只是工作于更高的反向电压下，但整个i区结构都工作在较高的场强下，使得器件具有很大的暗电流从而产生较大的过剩噪声。为了降低器件噪声，通过设计分离吸收区和倍增区的结构，在三元In_0.53Ga_0.47As或四元InGaAsP吸收区外增加一个具有相对更宽禁带的倍增区(一般为InP)从而构成了吸收区和倍增区分离(Separated Absorptionand Multiplication,SAM)的结构，高电场主要作用在倍增区，宽禁带倍增区的引入可以降低雪崩探测器的暗电流与噪声，并且吸收区和倍增区结构可以相对独立地进行优化。人们还在In_0.53Ga_0.47As或InGaAsP吸收区和InP倍增区之间引入多层具有不同组分的InGaAsP材料构成过渡层以减小能带尖峰效应，从而构成了所谓吸收区和倍增区分离、具有过渡层(Separated Absorption Grading and Multiplication,SAGM)结构，进一步降低了器件的噪声，提高了器件的响应速度。再通过引入InP电荷区，可以精细调制电场并调节载流子离化过程，构成所谓吸收区电荷区和倍增区分离、具有过渡层(Separated AbsorptionGrading Charge and Multiplication,SAGCM)结构。所以，一般公认APD的总体结构多采用SAGCM结构，但是每一层结构中的具体结构、参数以及制备方法还有很多尚待改进的地方。