低噪声雪崩光电探测器及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光电技术领域，特别设及到一种低噪声二维结构雪崩光电探测器及其 制造方法。
【背景技术】
[0002] 光探测器是将光信号转变为电信号的器件。在半导体光探测器中，入射光子激发 出的光生载流子在外加偏压下进入外电路后，形成可测量的光电流。雪崩光电探测器对光 电流的放大作用基于电离碰撞效应，在一定的条件下，被加速的电子和空穴获得足够的能 量，能够与晶格碰撞产生一对新的电子-空穴对，运种过程是一种连锁反应，从而由光吸收 产生的一对电子-空穴对通过碰撞离化可W产生大量的电子-空穴对而形成较大的二次光 电流。因此在光通信系统中，基于雪崩光电探测器的光接收机与普通光电探测器接收机相 比，灵敏度可W提高5地W上。但同时我们注意到，由于雪崩建立时间的限制，雪崩光电探测 器的工作带宽比普通光电探测器低得多。因此，改善雪崩光电探测器的频率响应特性对其 在高速光通信系统中的应用非常重要。针对不同的实际需求，需要对雪崩光电探测器倍增 层乃至整个分别吸收、渐变、电荷和增益结构进行分别优化。对于雪崩光电探测器来说，过 剩噪声因子是表征其噪声性能的一个重要参数，过剩噪声因子通常由雪崩光电探测器的k 值决定，在此，k定义为不同类型载流子（电子或者空穴）的碰撞离化系数之比。k值越小，对 改善雪崩光电探测器的频响特性越有利。因此，如何降低雪崩光电探测器的k值是非常关键 的。
[0003] 目前光通信领域常用雪崩光电探测器的倍增材料(体倍增材料），包括III-V族InP 和InAlAs，其k值分别在0.4-0.5及0.2-0.3的范围内；IV族Si，其k值小于0.1。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，而提供一种低噪声雪崩光电探 测器及其制备方法，W降低已有雪崩光电探测器的有效HI。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明公开一种低噪声雪崩光电探测器，其包括通过扩 散、离子注入依次形成不同渗杂类型的N型欧姆接触层/P型欧姆接触层、倍增层、电荷层、P 型欧姆接触层/N型欧姆接触层，且电荷层与P型欧姆接触层/N型欧姆接触层之间的底部形 成有衬底;所述电荷层、P型欧姆接触层/N型欧姆接触层与衬底之间形成一个倒梯形凹槽； 所述倒梯形凹槽内形成有吸收层；。
[0006] 此外，本发明还公开上述雪崩光电探测器的制备方法，该方法包括：
[0007] SI.制作不同渗杂材料区域:通过扩散、离子注入的工艺依次形成不同渗杂类型的 N型欧姆接触层/P型欧姆接触层、倍增层、电荷层、P型欧姆接触层/N型欧姆接触层，且电荷 层与P型欧姆接触层/N型欧姆接触层之间的底部形成有衬底；
[000引S2.通过刻蚀渗杂材料区域，在电荷层、P型欧姆接触层/N型欧姆接触层与衬底之 间形成一个倒梯形凹槽；
[0009] S3.在刻蚀的倒梯形凹槽上制备吸收层；
[0010] S4.将P型电极和N型电极分别制作在Si P型和N型欧姆接触层上。
[0011] 在上述技术方案中，所述渗杂材料区域为渗杂Si材料区域或渗杂InP材料区域。
[0012] 在上述技术方案中，所述倍增层为51、1扯、1^143、416343、1〇43、41634356或 HgCdTe;所述吸收层采用材料为 Ge、GeSn、InGaAs、GaAs、InAs。
[0013] 进一步地，作为性能优化，优选地，在Ge吸收层形成之前，制备了 SiGe过渡层；
[0014] 进一步地，作为性能优化，优选地，在InGaAs吸收层与N型欧姆接触层的界面，制备 了 InGaAsP过渡层。
[0015] 在上述技术方案中，采用波导结构和光子晶体、等离子体提高量子效率。
[0016] 更进一步地，作为性能优化，将上述制得的雪崩光电探测器构成一维或者二维阵 列。
[0017] 本发明低噪声雪崩光电探测器的运种结构的是改进一维纵向雪崩光电探测器为 二维横向结构，通过降低倍增层的有效厚度到纳米尺寸，利用纳米倍增区的死区效应降低k 值。
【附图说明】
[0018] 图1为实施例1中SiAie雪崩光电探测器的结构示意图；
[0019] 图2为实施例1中雪崩光电探测器的电场示意图；
[0020] 图3为实施例2中InP/InGaAs雪崩光电探测器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0021] 实施例1
[0022] 作为实施例1，本发明公开一种Si/Ge雪崩光电探测器，其结构如附图1所示。运种 探测器在结构上包括但不限于:P型欧姆接触层1，吸收层2、电荷层3、倍增层4、重渗杂N型欧 姆接触层5及Si衬底6,其中具体结构参数如表1所示。
[0025] 表1
[0026] 本发明的特点是改进一维雪崩光电探测器为二维结构，利用死区效应降低k值。所 述N型和P型欧姆接触层是通过在低渗杂的娃层侧向两端进行高渗杂形成，渗杂浓度高于 1.0 X IQis/cm3。所述的电荷层是在P型和N型欧姆接触层之间采用精确控制的P型或N型渗杂 形成，渗杂浓度范围为lXl〇iVcm 3-9Xl〇iVcm3,电荷层的厚度和渗杂浓度要相互制约来控 制吸收层和倍增层的电场，使得倍增层的电场要足够高W引起雪崩倍增效应。而吸收层的 电场要足够低W抑制漏电流，并能使雪崩光电探测器的耗尽区完全耗尽。倍增层是由本征 或者非故意渗杂半导体材料构成，其厚度选择要考虑APD的增益-带宽积和灵敏度;所述吸 收层厚度的选择要保证探测器的量子效率，同时考虑雪崩光电探测器的电学带宽。
[0027] 本实施例提供的上述SiAie雪崩光电探测器的制造方法，包括W下步骤：
[0028] SI.制作不同渗杂InP材料区域，通过扩散、离子注入等工艺依次在InP上形成不同 渗杂类型的P型欧姆接触层7、倍增层8、电荷层9、重渗杂N型欧姆接触层11;且电荷层9与重 渗杂N型欧姆接触层11之间的底部形成有InP衬底12;
[0029] S2.通过刻蚀在InP材料区域上形成一个倒梯形凹槽，即在电荷层9、重渗杂N型欧 姆接触层11与InP衬底12之间形成一个倒梯形凹槽；
[0030] S3.在刻蚀的