[发明专利]半导体光接收元件

说明书

一种半导体光接收元件，包括:半导体衬底；第一导电类型的高浓度层，形成在半导体衬底上；第一导电类型的低浓度层，形成在第一导电类型的高浓度层上并与第一导电类型的高浓度层接触；第二导电类型的低浓度层，被配置为与第一导电类型的低浓度层一起形成PN结界面；以及形成在第二导电类型的低浓度层上并与第二导电类型的低浓度层接触的第二导电类型的高浓度层。低浓度层的载流子浓度小于1×10¹⁶/cm³。高浓度层的载流子浓度为1×10¹⁷/cm³或更高。至少一个低浓度层包括具有用于吸收入射光的带隙的吸收层。

技术领域

本公开涉及半导体光接收元件。

背景技术

一种用于高速光通信的半导体光接收元件可以包括PIN型光电二极管，其中未掺杂的半导体层被夹在p型和n型半导体层之间，当在使用状态下施加偏置电压时，该半导体层被耗尽，并且用作来自光纤的光信号的吸收层。在一些情况下，为了实现光接收灵敏度和高速响应性，可以使用吸收层由p型掺杂半导体层和未掺杂半导体层形成的配置。在其他情况下，为了实现对高光输入的高速响应，即使在低电压下，半导体光接收元件也可以包括位于n层和p层之间的吸收层，该吸收层可以由包含n型杂质的层和包含p型杂质的层形成，n型杂质的浓度从具有n层的结表面(junction surface)向内逐渐降低，而p型杂质的浓度从具有p层的结表面向内逐渐降低。

在某些情况下，为了提高半导体光接收元件的频率响应速度，减小元件电容是有效的。元件电容由PN结电容和寄生电容组成，并且PN结电容可以通过使耗尽层加厚来减小。例如，可以加厚未掺杂的吸收层。然而，即使当未掺杂的吸收层变厚时，除非在使用条件下施加的偏置电压下整个未掺杂的吸收层可以被耗尽，否则实际的耗尽层变薄，并且不能获得期望的电容减小效果。在恒定的偏置电压下，随着载流子浓度变低，实际的耗尽层变厚。因此，当未掺杂的吸收层是完全没有载流子的本征半导体层时，即使在低电压下也容易耗尽所有未掺杂的吸收层。

然而，在许多情况下，未掺杂的吸收层实际上包含低浓度的载流子。未掺杂的吸收层通过外延生长形成，例如使用MOCVD方法或MBE方法。在外延生长期间，吸收层有意不掺杂p型或n型载流子以形成未掺杂的吸收层。然而，吸收层实际上包含非零背景水平的载流子，并且没有真正形成本征半导体层。无意包含的载流子(在背景水平包含的载流子)的浓度取决于生长装置和生长条件，但是例如对于n型大约为2×10¹⁵/cm³。因此，当使用实际的未掺杂吸收层时，取决于恒定电压下包含的载流子浓度，可以耗尽的面积会受到限制。换句话说，在实际使用条件下，简单地增厚未掺杂的吸收层可能不足以确保耗尽层的足够厚度。

即使如上所述使用未掺杂的吸收层，实际上也存在低浓度的载流子，因此可以耗尽的面积是有限的。当施加的偏置电压增加时，可以耗尽的面积增加，并且即使载流子浓度相同，电容也可以减小。然而，从功耗的角度来看，可以施加到半导体光接收元件的偏置电压是有限的，并且不可能获得足够的偏置电压。因此，在实际使用中希望半导体光接收元件具有可以用较低电压而耗尽的大面积。

发明内容

在一些实施方式中，半导体光接收元件具有可以耗尽的大面积、低电容和优异的高速响应性。