[发明专利]一种高增益带宽积的光探测器及其制造方法

说明书

本发明公开了一种高增益带宽积的光探测器的制造方法，涉及光探测器技术领域，包括以下步骤：步骤S1，在衬底上，依次生长缓冲层、第一渐变层、有源层、第二渐变层、第一功能层、第二功能层、扩散控制层和顶层形成外延结构；步骤S2，对整个外延结构进行第一次锌扩散工艺，使锌扩散至扩散控制层；步骤S3，遮蔽部分外延结构，对未遮蔽部分外延结构进行第二次锌扩散工艺，使锌扩散至第二渐变层以形成TWSOA，被遮蔽部分外延结构形成WGAPD；步骤S4，刻蚀外延结构将TWSOA和WGAPD分离，并形成条形的TWSOA和WGAPD；步骤S5，分别制造TWSOA和WGAPD的电极。本发明还公开了一种高增益带宽积的光探测器。本发明的光探测器的增益带宽积能够达到1000GHz。

技术领域

本发明涉及光探测器技术领域，具体涉及一种高增益带宽积的光探测器及其制造方法。

背景技术

随着物联网、5G的快速发展，光纤通信系统的带宽要求不断提高。目前用于高速光信号接收模块的光探测器采用平面型雪崩光电二极管(APD,Avalanche Photo Diode)，具有内部增益，可放大电流信号，速率10Gbps的APD已得到广泛应用。然而，25Gbps以上速率的APD设计和制造难度较大，成为光通信系统传输速率的限制因素。APD的带宽主要受光生载流子渡越时间和雪崩建立时间的限制。目前10Gbps的APD采用垂直光入射方式，只能通过减小光吸收层厚度来减小渡越时间，但与此同时会减小量子效率和响应度，导致灵敏度下降。雪崩建立时间与APD增益大小有关，增益越大则雪崩建立时间越长，导致带宽下降，因此要求APD具有一定的增益带宽积。

25Gbps以上高速率APD的研究方向，主要包括p型倒置APD、波导雪崩光电二极管(WGAPD)和隐逝波耦合雪崩光电二极管(ECAPD)。其中p型倒置APD采用三级台阶结构和部分p型掺杂的光吸收层，通过减小光生载流子渡越时间来提高带宽，增益带宽积达到270GHz。WGAPD和ECAPD采用波导结构，使光从器件侧面入射，能够在不降低量子效率的情况下采用较薄的有源层，提高带宽，此类APD的带宽可达35GHz，但增益较低，增益带宽积约140GHz。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种高增益带宽积的光探测器及其制造方法，其增益带宽积能够达到1000GHz。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种高增益带宽积的光探测器的制造方法，包括以下步骤：

在衬底上，依次生长缓冲层、第一渐变层、有源层、第二渐变层、第一功能层、第二功能层、扩散控制层和顶层形成外延结构；

对整个外延结构进行第一次锌扩散工艺，使锌扩散至扩散控制层；

遮蔽部分外延结构，对未遮蔽部分外延结构进行第二次锌扩散工艺，使锌扩散至第二渐变层以形成TWSOA，被遮蔽部分外延结构形成WGAPD；

刻蚀外延结构将TWSOA和WGAPD分离，并形成条形的TWSOA和WGAPD。

在上述技术方案的基础上，刻蚀TWSOA和WGAPD两侧的外延结构至缓冲层以形成条形的TWSOA和WGAPD。

在上述技术方案的基础上，刻蚀TWSOA和WGAPD之间的外延结构至缓冲层下方以将TWSOA和WGAPD分离。

在上述技术方案的基础上，在外延结构上采用等离子体增强化学PECVD工艺镀钝化膜，使部分外延结构被遮蔽。

在上述技术方案的基础上，所述方法还包括以下步骤：分别制造TWSOA和WGAPD的电极。

在上述技术方案的基础上，所述方法还包括以下步骤：在TWSOA的入射光侧面制造增透膜。

本发明的目的在于还提供一种高增益带宽积的光探测器，包括：

衬底；