【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体材料外延生长，尤其涉及一种量子点雪崩光电二极管及其制备方法。
技术介绍
1、雪崩二极管（avalanche photodiodes，简称apd）是一种利用雪崩击穿原理工作的光电探测器。在高电场的作用下，光生载流子（电子和空穴）被加速，并在晶格原子中发生撞击，进而产生更多的电子-空穴对，这一过程导致载流子的数量迅速增加，从而实现了信号的显著放大。这种内部增益特性使得雪崩二极管具有极高的探测灵敏度，能够检测到非常微弱的光信号。雪崩二极管因其高灵敏度和内部增益特性，成为了现代光电探测技术中的重要组件。雪崩二极管在多个高精密领域都有广泛应用，并推动了技术的不断发展与进步。例如，在光通信领域，apd被用于长距离光纤通信系统中，能够有效提高信号接收的灵敏度和可靠性；在生物医疗领域，apd被用于高精度的生物成像和检测设备中。此外，在量子通信领域，apd也扮演了重要角色，作为单光子探测器，用于量子密钥分发和量子信息传输等技术中。
2、常见的雪崩二极管材料主要包括锗/硅（ge/si）和铟铝砷/磷化铟（inalas/inp）等，这些材料具有优异的电子和光学特性，能够在不同的应用场景中提供稳定且高效的性能。例如，ge/si材料的高电子迁移率和光吸收系数，使其在高速光通信中表现优异；而inalas/inp材料则由于其宽带隙和高击穿电场，常用于需要高增益和高灵敏度的应用中。
3、由于锗和硅存在4%的晶格试配，锗/硅（ge/si）apd易受高暗电流影响，而inalas/inp则有较高的噪声系数，影响探测器的增益带
4、鉴于此，研究一种量子点雪崩光电二极管及其制备方法是光电
技术人员亟待解决的重要问题之一。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种量子点雪崩光电二极管及其制备方法，使用锗（ge）来作为吸光层，用包含4层超高密度、高均匀性的砷化铟/砷化镓（inas/gaas）量子点来作为倍增放大层，通过引入量子点进入倍增放大层可有效降低雪崩光电二极管噪声特性（k值），进而减少过剩噪声，在基本不影响暗电流的情况下大幅度降低噪声影响，提升apd的灵敏度。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供一种量子点雪崩光电二极管制备方法，所述方法包括以下步骤：
3、s1、将半绝缘gaas衬底送入mbe腔，利用mbe腔内高温去除半绝缘gaas衬底表面的氧化层；
4、s2、在去除表面氧化层的半绝缘gaas衬底上生长一层gaas n型接触层；
5、s3、在gaas n型接触层上生长一层低掺杂gaas n型缓冲层；
6、s4、在低掺杂gaas n型缓冲层上生长inas/gaas量子点倍增放大层；
7、s5、在inas/gaas量子点倍增放大层上外延生长一层gaas电荷控制层；
8、s6、在gaas电荷控制层上生长一层无掺杂ge吸光层；
9、s7、在无掺杂ge吸光层上生长一层p型ge缓冲层；
10、s8、在p型ge缓冲层上生长一层p型ge接触层，从而获得基于gaas衬底的量子点雪崩光电二极管。
11、优选地，所述步骤s1具体实现方式为：将半绝缘gaas衬底送入温度为500-650℃之间的mbe腔内进行高温脱氧处理，去除半绝缘gaas衬底表面的氧化层。
12、优选地，所述步骤s2具体实现方式为：控制mbe腔内温度在600-700℃之间，在去除表面氧化层的半绝缘gaas衬底上生长一层厚度为500nm的gaas n型接触层，gaas的生长速率为每秒钟0.1–1个gaas ml，掺入杂质为si，掺杂浓度在3×1018–1×1019 cm-3之间。
13、优选地， 所述步骤s3具体实现方式为：控制mbe腔内温度在500-650℃之间，在gaas n型接触层上生长一层厚度为100-200nm的低掺杂gaas n型缓冲层，gaas的生长速率为每秒钟0.1–1个gaas ml，掺入杂质为si，掺杂浓度在1×1018–3×1018 cm-3之间。
14、优选地，所述步骤s4具体实现方式为：
15、s41、控制mbe腔内温度在480-510℃之间，在低掺杂gaas n型缓冲层上外延生长厚度为2nm的第一层ingaas量子阱层，在第一层ingaas量子阱层上外延一层sb原子，厚度为3-6个sb ml，由此得到ingaas浸润层；
16、s42、在ingaas浸润层上外延生长厚度为1-2个ml的inas量子点，其中as与in的比例控制在10-50之间；
17、s43、采用迁移增强外延方式进行量子点的5-10次循环生长，得到总厚度为2.5-3个ml的量子点层，循环生长的条件为：每生长0.15个ml的inas量子点，暂停一秒，暂停期间仅开启as源；
18、s44、在循环生长后得到的总厚度为2.5-3个ml的量子点层的表面外延生长厚度为4-8nm的第二层ingaas量子阱层，由此得到ingaas盖层；
19、s45、控制mbe腔内温度在480-510℃之间，在ingaas盖层上生长厚度为5-8nm的低温gaas层后，增加as压至1.5×10-5-2×10-5mbar，并将mbe腔内温度升温至580-620℃后进行原位退火；
20、s46、控制mbe腔内温度在580-620℃之间，在原位退火后的gaas层上生长一层厚度为35-39nm的高温gaas层，低温gaas层和高温gaas盖层共同组成gaas盖层；
21、s47、重复执行s41至s46共4次，由此得到inas/gaas量子点倍增放大层。
22、优选地，所述步骤s5具体实现方式为：控制mbe腔内保持温度在550-580℃之间，在inas/gaas量子点倍增放大层上生长一层厚度为100nm的gaas电荷控制层，掺杂杂质为be，掺杂浓度在5×1017–6×1017cm-3之间。
23、优选地，所述步骤s6具体实现方式为：控制mbe腔内温度在550-600℃之间，在gaas电荷控制层上生长一层厚度为600-800nm的无掺杂ge吸光层。
24、优选地，所述步骤s7具体实现方式为：控制mbe腔中温度在550-600℃之间，在无掺本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种量子点雪崩光电二极管制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的量子点雪崩光电二极管制备方法，其特征在于，所述步骤S1具体实现方式为：将半绝缘GaAs衬底送入温度为500-650℃之间的MBE腔内进行高温脱氧处理，去除半绝缘GaAs衬底表面的氧化层。
3.如权利要求2所述的量子点雪崩光电二极管制备方法，其特征在于，所述步骤S2具体实现方式为：控制MBE腔内温度在600-700℃之间，在去除表面氧化层的半绝缘GaAs衬底上生长一层厚度为500nm的GaAs N型接触层，GaAs的生长速率为每秒钟0.1–1个GaAs ML，掺入杂质为Si，掺杂浓度在3×1018–1×1019 cm-3之间。
4.如权利要求3所述的量子点雪崩光电二极管制备方法，其特征在于， 所述步骤S3具体实现方式为：控制MBE腔内温度在500-650℃之间，在GaAs N型接触层上生长一层厚度为100-200nm的低掺杂GaAs N型缓冲层，GaAs的生长速率为每秒钟0.1–1个GaAs ML，掺入杂质为Si，掺杂浓度在1×1018–3×1018
5.如权利要求4所述的量子点雪崩光电二极管制备方法，其特征在于，所述步骤S4具体实现方式为：
6.如权利要求5所述的量子点雪崩光电二极管制备方法，其特征在于，所述步骤S5具体实现方式为：控制MBE腔内保持温度在550-580℃之间，在InAs/GaAs量子点倍增放大层上生长一层厚度为100nm的GaAs电荷控制层，掺杂杂质为Be，掺杂浓度在5×1017–6×1017cm-3之间。
7.如权利要求6所述的量子点雪崩光电二极管制备方法，其特征在于，所述步骤S6具体实现方式为：控制MBE腔内温度在550-600℃之间，在GaAs电荷控制层上生长一层厚度为600-800nm的无掺杂Ge吸光层。
8.如权利要求7所述的量子点雪崩光电二极管制备方法，其特征在于，所述步骤S7具体实现方式为：控制MBE腔中温度在550-600℃之间，在无掺杂Ge吸光层上生长一层厚度为100nm的P型Ge缓冲层，掺杂杂质为B,掺杂浓度在1×1018 –3×1018 cm-3之间。
9.如权利要求8所述的量子点雪崩光电二极管制备方法，其特征在于，所述步骤S8具体实现方式为：控制MBE腔中温度在500-550℃之间，在P型Ge缓冲层上生长一层厚度为100nm的P型Ge接触层，掺杂杂质为B,掺杂浓度在1×1019–3×1019 cm-3之间。
10.一种量子点雪崩光电二极管，其特征在于，使用如权利要求1至9任一项所述的量子点雪崩光电二极管制备方法进行制备。
...【技术特征摘要】
1.一种量子点雪崩光电二极管制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的量子点雪崩光电二极管制备方法，其特征在于，所述步骤s1具体实现方式为：将半绝缘gaas衬底送入温度为500-650℃之间的mbe腔内进行高温脱氧处理，去除半绝缘gaas衬底表面的氧化层。
3.如权利要求2所述的量子点雪崩光电二极管制备方法，其特征在于，所述步骤s2具体实现方式为：控制mbe腔内温度在600-700℃之间，在去除表面氧化层的半绝缘gaas衬底上生长一层厚度为500nm的gaas n型接触层，gaas的生长速率为每秒钟0.1–1个gaas ml，掺入杂质为si，掺杂浓度在3×1018–1×1019 cm-3之间。
4.如权利要求3所述的量子点雪崩光电二极管制备方法，其特征在于， 所述步骤s3具体实现方式为：控制mbe腔内温度在500-650℃之间，在gaas n型接触层上生长一层厚度为100-200nm的低掺杂gaas n型缓冲层，gaas的生长速率为每秒钟0.1–1个gaas ml，掺入杂质为si，掺杂浓度在1×1018–3×1018 cm-3之间。
5.如权利要求4所述的量子点雪崩光电二极管制备方法，其特征在于，所述步骤s4具体实现方式为：
6.如权利要求5所述的量子点雪崩...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨骏捷，潘淑洁，付慧清，曾冬妮，
申请(专利权)人：湖南汇思光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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