本实用新型涉及一种雪崩光电探测器，具体涉及一种具有新型结构的雪崩二极管光电探测器。
背景技术：
随着社会和科技的发展进步，人工智能和智能家居已经成为社会发展的主流趋势，而这些技术的发展都离不开先进的各式各样的传感器。光电探测器，作为传感器的一个至为关键的单元，受到了研究人员的广泛关注。
雪崩二极管光电探测器(APD)具有高内部增益、高量子效率、高灵敏度等优点，是目前主流的光电探测器之一。然而，目前的APD中的倍增层大多是通过外延的方法获得的，其晶体质量还需要进一步提高(通常X-ray Rocking Curve的半峰宽大于150arcsec，要远远大于提拉法制备的50arcsec)，才能达到较为理想的倍增效果。为了改善APD的器件性能，在吸收层InGaAs与InP之间往往需要插入InP电荷控制层和InGaAsP过渡层。此外，为了获得较好质量的吸收层InGaAs，在InP衬底上还需要先生长一层较厚的InP缓冲层。
因此，为了获得高质量APD，简化APD的结构、提高吸收层InGaAs和倍增层的质量成为了研究人员努力方向。
技术实现要素：
为了克服现有技术的上述缺点与不足，本实用新型提供了一种结构简单、暗电流小的新型雪崩二级管光电探测器，其适用于传感器、智能控制、智能家居产品等领域。
为实现上述目的，本实用新型所采取的技术方案是：一种新型雪崩二级管光电探测器，包括由下往上依次层叠的N型电极、N型重掺杂层、单晶衬底、金属多功能层、InGaAs吸收层、P型重掺杂InGaAs层和P型电极。
优选的，所述N型重掺杂层是通过对单晶衬底的背面进行离子注入掺杂实现的。
优选的，所述单晶衬底的材料是Si、InP或InAlAs。
优选的，所述金属多功能层的材料是Al、Ag、Au或Ni。
优选的，所述N型电极、N型重掺杂层、单晶衬底、金属多功能层、InGaAs吸收层、P型重掺杂InGaAs层的周向轮廓相等。
优选的，所述金属多功能层的厚度是10-200nm，InGaAs吸收层的厚度是1500-3000nm，P型重掺杂InGaAs层的厚度是150-300nm。
其中，该新型雪崩二级管光电探测器的制备方法，包括以下步骤：
1)采用标准清洗工艺清洗干净单晶衬底，去除衬底表面粘污颗粒和表面有机物，并使用甩干机甩干；其中，单晶衬底可以为Si、InP、InAlAs等材料；
2)采用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)、分子束外延法(MBE)或金属有机化合物化学气相沉淀法(MOCVD)在单晶衬底的正面外延生长一层10-200nm厚的金属多功能层，其中外延生长温度为750-1150℃，其中金属多功能层的材料可为Al、Ag、Au、Ni等金属；
3)采用金属有机化合物化学气相沉淀法(MOCVD)在金属多功能层上外延生长一层1500-3000nm厚的InGaAs吸收层，其中外延生长温度控制为900-1200℃；
4)采用金属有机化合物化学气相沉淀法在InGaAs吸收层外延生长一层150-300nm厚的P型重掺杂InGaAs层，其中外延生长温度控制为900-1200℃；
5)采用离子注入机在单晶衬底的背面(即衬底未进行外延的面)均匀注入离子，从而在单晶衬底的背面获得N型重掺杂层，剂量为5×103/cm2-5×105/cm2，注入能量为50-150KeV，注入元素为砷、磷、锑等五价元素；离子注入后，采用瞬态高温退火，提高晶格完整性；
6)在P型重掺杂InGaAs层上蒸镀P型电极；
7)在N型重掺杂层上蒸镀N型电极；
8)裂片，封装，即可得到新型雪崩二级管光电探测器。
优选的，步骤4)中，外延生长一层P型重掺杂InGaAs层时，掺杂的元素为B或Si。
优选的，所述金属多功能层的厚度是10-200nm，InGaAs吸收层的厚度是1500-3000nm，P型重掺杂InGaAs层的厚度是150-300nm。
本实用新型提供的新型雪崩二级管光电探测器可以应用在传感器、智能控制产品和智能家居产品等产品领域中。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点和有益效果：
(1)本实用新型的新型雪崩二级管光电探测器的适用范围广，可以在多种衬底上实现新型雪崩二级管光电探测器(APD)的可控生长，衬底可以采用多种材料，包括Si、InP、InAlAs等，通过更换不同的衬底可实现可见光APD和红外APD，有利于降低生产成本；
(2)单晶衬底具有非常好的晶格完整性，更容易产生晶格碰撞，激发出更多的雪崩电子，提高APD的效率；
(3)新型APD的结构更加简单，金属多功能层可以同时起到外延缓冲层、电荷控制层、反射层和降低电子进入倍增层势垒的作用，其中反射层可将吸收层没有吸收完全的光再次反射到吸收层中，提高吸收效率；当衬底是Si单晶衬底，金属多功能层为Al时，二者之间的界面处会形成1-2nm AlSi层，能够显著降低电子进入倍增层的势垒。
附图说明
图1是本实用新型的新型雪崩二级管光电探测器(APD)的截面示意图。
其中，图中各个标记所对应的名称分别为：11-N型电极，12-N型重掺杂层，13-单晶衬底，14-金属多功能层，15-InGaAs吸收层，16-P型重掺杂InGaAs层，17-P型电极。
具体实施方式
下面结合实施例，对本本实用新型作进一步地详细说明，但本本实用新型的实施方式不限于此。
参照图1，本实用新型的新型雪崩二级管光电探测器包括由下往上依次层叠的N型电极11、N型重掺杂层12、单晶衬底13、金属多功能层14、InGaAs吸收层15、P型重掺杂InGaAs层16和P型电极17。
N型重掺杂层12是通过对单晶衬底13的背面进行离子注入掺杂来实现的，单晶衬底13的材料是Si、InP或InAlAs，金属多功能层14的材料是Al、Ag、Au或Ni。
N型电极11、N型重掺杂层12、单晶衬底13、金属多功能层14、InGaAs吸收层15、P型重掺杂InGaAs层16的周向轮廓相等。其中，金属多功能层14的厚度是10-200nm，InGaAs吸收层15的厚度是1500-3000nm，P型重掺杂InGaAs层的厚度16是150-300nm。
其中，该新型雪崩二级管光电探测器的制备方法，包括以下步骤：
1)清洗单晶衬底13，去除单晶衬底13表面粘污颗粒和表面有机物，并使用甩干机甩干；
2)采用等离子体增强化学气相沉积法、分子束外延法或金属有机化合物化学气相沉淀法在单晶衬底13的正面外延生长一层10-200nm厚的金属多功能层14，其中外延生长温度为750-1150℃；
3)采用金属有机化合物化学气相沉淀法在金属多功能层14上外延生长一层1500-3000nm厚的InGaAs吸收层15，其中外延生长温度控制为900-1200℃；
4)采用金属有机化合物化学气相沉淀法在InGaAs吸收层15上外延生长一层150-300nm厚的P型重掺杂InGaAs层16，其中外延生长温度控制为900-1200℃；
5)采用离子注入机在单晶衬底13的背面均匀注入离子，从而在单晶衬底13的背面获得N型重掺杂层12，剂量为5×103/cm2-5×105/cm2，注入能量为50-150KeV，注入元素为砷、磷、锑等五价元素；离子注入后，采用瞬态高温退火，提高晶格完整性；
6)在P型重掺杂InGaAs层16上蒸镀P型电极17；
7)在N型重掺杂层12上蒸镀N型电极11；
8)裂片，封装，即可得到新型雪崩二级管光电探测器。
实施例1
本实施例的新型雪崩二级管光电探测器的截面示意图如图1所示。该新型雪崩二级管光电探测器包括由下往上依次层叠的N电极11、N型重掺杂层12、单晶衬底13(Si单晶衬底)、金属多功能层14(Al多功能层)、InGaAs吸收层15、P型重掺杂InGaAs 16和P型电极17。
其中，该新型雪崩二级管光电探测器(APD)的制备方法，包括以下步骤：
1)采用标准清洗工艺清洗干净Si单晶衬底，去除衬底表面粘污颗粒和表面有机物，并使用甩干机甩干；
2)采用MOCVD在Si单晶衬底的正面外延生长一层20nm厚的金属Al多功能层，外延生长温度为750℃；
3)采用MOCVD在金属Al多功能层上外延生长一层2000nm的InGaAs吸收层，生长温度控制在1050℃；
4)采用MOCVD在InGaAs吸收层上外延生长一层300nm的P型重掺杂InGaAs，生长温度控制在1050℃，掺杂元素为Si；
5)采用离子注入机在单晶衬底的背面，即衬底未进行外延的面，均匀注入离子，从而在单晶衬底的背面获得N型重掺杂层，剂量为9×103/cm2，注入能量为100KeV，注入元素为磷；离子注入后，采用瞬态高温退火，提高晶格完整性；
6)在P型重掺杂InGaAs层上蒸镀P型电极；
7)在N型重掺杂层上蒸镀N型电极；
8)裂片，封装，即可得到可见光波段的新型雪崩二级管光电探测器。
所制备得到的新型APD的雪崩电压处暗电流为0.3nA，可将该新型雪崩二级管光电探测器应用于传感器、智能控制产品和智能家居产品中。
实施例2
本实施例的新型APD的截面示意图如图1所示。该新型APD包括由下往上依次层叠的N电极11、N型重掺杂层12、单晶衬底13(InP单晶衬底)、金属多功能层14(Au多功能层)、InGaAs吸收层15、P型重掺杂InGaAs 16和P型电极17。
其中，该新型雪崩二级管光电探测器的制备方法，包括以下步骤：
1)采用标准清洗工艺清洗干净InP单晶衬底，去除衬底表面粘污颗粒和表面有机物，并使用甩干机甩干；
2)采用MOCVD在InP单晶衬底的正面外延生长一层20nm厚的金属Au多功能层，外延生长温度为750℃；
3)采用MOCVD在金属Au多功能层上外延生长一层2000nm的InGaAs吸收层，生长温度控制在1050℃；
4)采用MOCVD在InGaAs吸收层上外延生长一层300nm的P型重掺杂InGaAs，生长温度控制在1050℃，掺杂元素为Si；
5)采用离子注入机在单晶衬底的背面，即衬底未进行外延的面，均匀注入离子，从而在单晶衬底的背面获得N型重掺杂层，剂量为9×103/cm2，注入能量为100KeV，注入元素为磷；离子注入后，采用瞬态高温退火，提高晶格完整性；
6)在P型重掺杂InGaAs层上蒸镀P型电极；
7)在N型重掺杂层上蒸镀N型电极；
8)裂片，封装，即可得到红外光波段的新型雪崩二级管光电探测器。
所制备得到的新型APD的雪崩电压处暗电流为0.3nA，可将该新型雪崩二级管光电探测器应用于传感器、智能控制产品和智能家居产品中。
实施例3
本实施例的新型APD的截面示意图如图1所示。该新型APD包括由下往上依次层叠的N电极11、N型重掺杂层12、单晶衬底13(InAlAs单晶衬底)、金属多功能层14(Ag多功能层)、InGaAs吸收层15、P型重掺杂InGaAs 16和P型电极17。
其中，该新型雪崩二级管光电探测器的制备方法，包括以下步骤：
1)采用标准清洗工艺清洗干净InAlAs单晶衬底，去除衬底表面粘污颗粒和表面有机物，并使用甩干机甩干；
2)采用PECVD在InAlAs单晶衬底的正面外延生长一层50nm厚的金属Ag多功能层，外延生长温度为1000℃；
3)采用MOCVD在金属Ag多功能层上外延生长一层1500nm的InGaAs吸收层，生长温度控制在1000℃；
4)采用MOCVD在InGaAs吸收层上外延生长一层200nm的P型重掺杂InGaAs，生长温度控制在900℃，掺杂元素为B；
5)采用离子注入机在单晶衬底的背面，即衬底未进行外延的面，均匀注入离子，从而在单晶衬底的背面获得N型重掺杂层，剂量为1×104/cm2，注入能量为120KeV，注入元素为磷；离子注入后，采用瞬态高温退火，提高晶格完整性；
6)在P型重掺杂InGaAs层上蒸镀P型电极；
7)在N型重掺杂层上蒸镀N型电极；
8)裂片，封装，即可得到850nm、980nm、1130nm波段的新型雪崩二级管光电探测器。
所制备得到的新型APD的雪崩电压处暗电流为0.25nA，可将该新型雪崩二级管光电探测器应用于传感器、智能控制产品和智能家居产品中。
上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。