[实用新型]一种增强蓝光型硅基雪崩光电二极管阵列

说明书

本实用新型公开了一种增强蓝光型硅基雪崩光电二极管阵列，所述雪崩光电二极管为SACM型APD，包括衬底以及设于衬底底部的阳极，所述衬底上表面设有凹槽，所述凹槽中自下而上依次包括：阴极、非耗尽层、倍增层和场控层，且阴极、非耗尽层、倍增层以及场控层与所述衬底之间绝缘；所述场控层上覆有吸收层，且所述吸收层与所述衬底相接；所述吸收层表面覆有规则排列的亚波长结构层；所述衬底为p⁺型硅片；所述非耗尽层为n⁺型高掺杂浓度和高缺陷的多晶硅；所述倍增层为π型的硅外延层；所述场控层为p型的硅外延层；所述吸收层为π型硅外延层。与现有技术比较，本实用新型提供了一种可以提高蓝光量子效率和灵敏度，并具有高增益的硅基APD。

技术领域

本实用新型涉及本实用新型涉及光电领域，尤其是涉及一种基于等离激元共振增强蓝光的硅基雪崩光电二极管阵列。

背景技术

VLC技术在国际上受到越来越多的关注，欧、美、日等国的许多研究机构已投入大量资金开展该领域的研究，其主要工作集中在理论研究方面。由于硅基雪崩光电二极管(APD)具有灵敏度高、体积小、调制性好、具有高增益和易于集成等特点，而且硅基APD的光谱响应范围宽(380～1100nm)，因此硅基APD是VLC系统常用探测器。

然而，硅材料对蓝光的吸收系数约为10^-4cm^-1，而蓝光在硅材料中传播距离约为1μm，所以蓝光在传统的硅基APD中传播不到吸收层就已经被吸收，导致蓝光的灵敏度低、量子效率低。也就是说，具有蓝光高敏感度的APD探测器是可见光探测的瓶颈问题。

实用新型内容

为克服现有的技术缺陷，本实用新型提供了一种可以提高蓝光量子效率和灵敏度的硅基雪崩光电二极管阵列及其制备方法。

为实现本实用新型的目的，采用以下技术方案予以实现：

一种增强蓝光型硅基雪崩光电二极管阵列，所述雪崩光电二极管阵列为SACM型APD，包括衬底以及设于衬底底部的阳极，所述衬底上表面设有凹槽，所述凹槽中自下而上依次包括：阴极、非耗尽层、倍增层和场控层，且阴极、非耗尽层、倍增层和场控层侧面与所述衬底之间绝缘；所述场控层上覆有吸收层，且所述吸收层与所述衬底相接；所述吸收层表面覆有规则排列的亚波长结构层；所述衬底为p⁺型硅片；所述非耗尽层为n⁺型硅外延层；所述倍增层为π型的硅外延层；所述场控层为p型的硅外延层；所述吸收层为π型硅外延层。

由于硅材料的自身特性，硅对蓝光的吸收率随厚度增加，对于传统的硅基APD来说，由于其吸收层位于器件底层，蓝光很难到达吸收层就被吸收了，从而导致蓝光的量子效率低。基于这些原因，本实用新型提供了一种采用倒装结构，将吸收层设置于器件的表层，从而使入射的蓝光在表层被充分的吸收，大大提高了吸收层对蓝光的吸收率；同时本实用新型还在吸收层的表层增加了一层亚波长结构层，使得蓝光入射光照射到器件光敏面时能产生等离激元共振的效应，大大增强器件对蓝光的灵敏度。

本实用新型的工作过程具体为：在反向偏压的作用下，光照射在APD光敏面，入射光在具有亚波长结构层的表面产生等离激元共振的现象，电子被束缚在等离激元结构的周围，渗入到吸收层里电子在内建电场的作用下向n型漂移，在倍增层发生雪崩现象，形成大的反向电流；而在APD表面没有发生等离激元共振现象的光子会入射到吸收层，当入射光的光子能量大于硅的禁带宽度时，在吸收层中入射的光子能量被吸收产生电子-空穴对，电子沿着电场方向向n型扩散，空穴向p型扩散，当反向偏压足够大时将引起载流子的雪崩倍增，形成大的反向电流；由等离激元共振效应和吸收层光生载流子的效应的共同作用，则能产生更大的反相电流，如此能放大光电信号的转换。