本发明专利技术公开了一种雪崩光电探测器和提高雪崩光电探测器高频特征的方法，所述雪崩光电探测器用于探测目标探测光，并包括纵向依次排列的吸收层(8)、第一电荷层(61)、倍增层(5)、第二电荷层(62)和渡越层。吸收层(8)用于吸收目标探测光，将目标探测光的光子转化为光生自由载流子对；第一电荷层(6)用于调控器件内部电场分布；倍增层(5)用于使进入其中的自由载流子引发雪崩效应，产生雪崩载流子对，雪崩载流子对中的一种类型的载流子经由所述渡越层(9)纵向漂移至所述雪崩光电探测器的一端。本发明专利技术能更好地调节雪崩光电探测器的电容和载流子渡越时间，有利于其高频特性的提高。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体器件领域，具体是指一种雪崩光电探测器(APD)和提高雪崩光电探测器高频特性的方法。
技术介绍
在过去的五十年中，雪崩光电探测器(APD)已经广泛的应用于商业、军事和科学研究中，如量子信息、生物分子探测、激光雷达成像、天文探测等。近些年，Aro研究的动力主要来源于光通信。工作波长在1.55 iim的高速、高灵敏度的APD是高比特率长距离光纤通信的关键器件。由于其内在增益，APD可以比PIN型探测器的灵敏度高5-10分贝。在过去的十几年中，由于材料和器件结构的进步，APD的性能明显提高。目前APD已经成功应用于10GB/s的光接收器中，并且随着器件结构和材料质量的改进，更加高的速度将成为可能。限制雪崩光电探测器高频性能的因素主要有三个，即载流子渡越时间、电容-电阻时间常数和倍增建立时间。其中载流子渡越时间和电容-电阻时间常数是一对矛盾体，减小其中一个往往意味着增大另一个。如果能引入新的设计自由度，减小两者中对限制器件高频特性起主要作用的一个的同时保持另一个不变，或在两者作用相当时同时降低两者将有利于提闻器件的闻频性能。图1显示了现有的APD的基本结构示意图。如图所示，APD至少包括有吸收层8、电荷层6和倍增层5。所述吸收层8用于吸收目标探测光，将目标探测光的光子转化为自由载流子对(电子空穴对)，也称光生自由载流子对；所述电荷层6用于调控器件内部电场分布；所述倍增层5用于使进入其中的自由载流子引发雪崩倍增效应，产生更多的自由载流子对，或称雪崩载流子对，放大信号。通常，电荷层6设置于吸收层8与倍增层5之间，并且与倍增层紧邻，如图1所示。对于实际的Aro器件，除了图1所示的层之外，还可包括衬底和其他功能层。衬底作为材料生长的基底，功能层包括用于提高材料生长质量的缓冲层、用于与电极接触的接触层、用于将未被吸收的入射光反射再次进入吸收层或形成谐振腔的分布布拉格反射层(DBR)以及用于减小器件电容的空间层等。图2是现有技术的一种谐振腔增强型InGaAs/InAlAs/InP APD的结构图示意图。如图2所示，该APD器件在其纵向包括依次叠置的半绝缘InP衬底l，N+InP缓冲层2、N+In0.53Ga0 47As (InGaAs) /In0 52A10 48As (InAlAs)分布布拉格反射层(DBR 层)3、N+InAlAs 第一接触层41、200nm的InAlAs倍增层5、150nm的P型电荷层6、50nm的InAlAs第一空间层71、60nm 的 InGaAs 吸收层 8、50nm 的 InAlAs 第二空间层 72、200nm 的 P+InAlAs 第二接触层42和30nm的P+InGaAs第三接触层43。其中P型电荷层的掺杂浓度可以是2.7X IO17/cm3,第一、第二 InAlAs空间层、InGaAs吸收层和InAlAs倍增层均不掺杂。如图2所示，光进入InGaAs吸收层8后被吸收层材料吸收，转化为光生载流子对。其中的电子在电场的作用下经过第一空间层71和P型电荷层6进入InAlAs倍增层5，在InAlAs倍增层5内高电场的作用下发生雪崩倍增，产生更多的自由载流子对。新产生的自由载流子对中，空穴在电场的作用下，需要经过P型电荷层6、第一空间层71、吸收层8和第二空间层72进入上面的P型第二、第三接触层42、43被收集，而电子漂移出倍增层5后即被下面的N型第一接触层41收集。可见，空穴需要比电子更长的时间才能被收集，既不利于载流子渡越时间的缩短，又不利于器件电容的减小，从而限制了器件的高频性能。需要注意的是，图1和图2仅为结构示意图，其中示意性地显示了各层的位置关系，而不反映器件各层的厚度。
技术实现思路
(一 )要解决的技术问题本专利技术所要解决的技术问题是使雪崩光电探测器的载流子渡越时间和电容-电阻时间常数中的一个降低时，另一个保持不变或基本不变，或者使二者同时降低，以提高雪崩光电探测器的高频特性。(二)技术方案为解决上述技术问题，本专利技术提出一种雪崩光电探测器，用于探测目标探测光，包括纵向依次排列的吸收层、第一电荷层和倍增层，所述吸收层用于吸收目标探测光，将目标探测光的光子转化为光生自由载流子对；所述第一电荷层用于调控器件内部电场分布；所述倍增层用于使进入其中的自由载流子引发雪崩倍增效应，产生雪崩载流子对；所述雪崩光电探测器还包括渡越层，所述渡越层与所述吸收层分别位于倍增层的两侧，所述雪崩载流子对中的一种类型的载流子经由所述渡越层纵向漂移至所述雪崩光电探测器的一端。本专利技术还提出一种提高雪崩光电探测器高频特性的方法，所述雪崩光电探测器用于探测目标探测光，包括纵向依次排列的吸收层、第一电荷层和倍增层，所述吸收层用于吸收目标探测光，将目标探测光的光子转化为光生自由载流子对；所述第一电荷层用于调控器件内部电场分布；所述倍增层用于使进入其中的自由载流子引发雪崩倍增效应，产生雪崩载流子对；所述方法包括:提供渡越层，并使所述渡越层与所述吸收层分别位于倍增层的两侧，当所述倍增层产生雪崩载流子时，使所述雪崩载流子对中的一种类型的载流子经由所述渡越层纵向漂移至所述雪崩光电探测器的一端。根据本专利技术的优选实施方式，所述渡越层的禁带宽度大于目标探测光的光子能量。根据本专利技术的优选实施方式，所述雪崩光电探测器还包括第二电荷层，其位于所述倍增层的相对于具有所述第一电荷层的一侧的另一侧，并且其掺杂类型与所述第一电荷层相反。根据本专利技术的优选实施方式，所述第二电荷层紧邻所述倍增层。(三)有益效果本专利技术通过在雪崩光电探测器结构设计中引入了渡越层，为器件设计增加了新的自由度，能更好地调节器件的电容和载流子渡越时间之间的折中，有利于器件高频特性的提闻。附图说明图1是现有的APD的基本结构示意图；图2是现有技术的一种谐振腔增强型InGaAs/InAlAs/InP APD的结构图示意图；图3是本专利技术的APD的基本结构示意图；图4是本专利技术的一个具体实施例的APD的结构示意图；图5是本专利技术的另一实施例的APD的结构示意图。具体实施例方式为了更加方便的调节雪崩光电探测器(APD)的载流子渡越时间和器件电容，提高器件的高频特性，根据本专利技术的一个方面，APD在其纵向除了包括原有的吸收层、电荷层和倍增层之外还增设了一个渡越层，且使该渡越层和所述吸收层分别位于倍增层的两侧。当倍增层因雪崩效应产生大量雪崩载流子对(电子-空穴对)时，其中一种类型的载流子(比如空穴)经由所述吸收层纵向漂移至APD的一端(从倍增层的具有吸收层的一侧)，另一种类型的载流子(比如电子)则经由该渡越层(从倍增层的具有渡越层的一侦U纵向漂移至APD的另一端。假设器件渡越层另一侧结构与无渡越层时相同，由于渡越层的存在，经由渡越层所在一侧飘移的一种类型的载流子的飘移时间增加，但是，由于从吸收层所在一侧漂移的另一种类型的载流子的漂移时间较长，因此，当增加从渡越层所在一侧漂移的一种类型载流子的漂移时间，而又保证该漂移时间小于或等于另一类型的载流子的漂移时间时，可以不影响或基本不影响APD的载流子渡越时间。但是由于渡越层的存在，器件的耗尽区厚度变大，因此器件的电容得到有效的降低。假设器件的耗尽区厚度不变，由于渡越层的存在，吸收层所在一侧的耗尽区宽度可以得到降低，从而，在不影响或本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种雪崩光电探测器，用于探测目标探测光，包括纵向依次排列的吸收层(8)、第一电荷层(61)和倍增层(5)，所述吸收层(8)用于吸收目标探测光，将目标探测光的光子转化为光生自由载流子对；所述第一电荷层(6)用于调控器件内部电场分布；所述倍增层(5)用于使进入其中的自由载流子引发雪崩倍增效应，产生雪崩载流子对；其特征在于：所述雪崩光电探测器还包括渡越层(9)，所述渡越层(9)与所述吸收层(8)分别位于倍增层(5)的两侧，所述雪崩载流子对中的一种类型的载流子经由所述渡越层(8)纵向漂移至所述雪崩光电探测器的一端。
【技术特征摘要】
1.一种雪崩光电探测器，用于探测目标探测光，包括纵向依次排列的吸收层(8)、第一电荷层(61)和倍增层(5), 所述吸收层(8)用于吸收目标探测光，将目标探测光的光子转化为光生自由载流子对； 所述第一电荷层(6)用于调控器件内部电场分布； 所述倍增层(5)用于使进入其中的自由载流子引发雪崩倍增效应，产生雪崩载流子对；其特征在于: 所述雪崩光电探测器还包括渡越层(9)，所述渡越层(9)与所述吸收层(8)分别位于倍增层(5)的两侧，所述雪崩载流子对中的一种类型的载流子经由所述渡越层(8)纵向漂移至所述雪崩光电探测器的一端。2.如权利要求1所述的雪崩光电探测器，其特征在于，所述渡越层的禁带宽度大于目标探测光的光子能量。3.如权利要求1所述的雪崩光电探测器，其特征在于，所述雪崩光电探测器还包括第二电荷层(62)，其位于所述倍增层(5)的相对于具有所述第一电荷层￠1)的一侧的另一侦牝并且其掺杂类型与所述第一电荷层(61)相反。4.如权利要求3所述的雪崩光电探测器，其特征在于，所述第二电荷层(62)紧邻所述倍增层(5)。5.一种提高雪崩光电探测器高频特性的方法，所述雪崩光电...
【专利技术属性】
技术研发人员：李彬，韩勤，杨晓红，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：
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