所限定的范围。
[0030]实施例1
[0031]截止波长为2.0 μπι的波长扩展型InGaAs/InAlAs雪崩光电二极管的器件材料结构生长
[0032]本实施例目的是获得光响应截止波长为2.0 μ m的波长扩展型InGaAs/InAlAs雪崩光电二极管的器件材料结构。需要生长光吸收层为Ina7Gaa3As的雪崩光电二极管外延材料，采用吸收层和倍增层分离、能带组分双过渡层和电场控制层结构。具体的器件的材料结构如附图2所示。其结构由下至上依次包含以下材料:
[0033]材料1:导电InP(OOl)衬底。
[0034]材料2:N型InP接触层(同时作为缓冲层)。
[0035]材料3:1na52Ala48As电子倍增层。
[0036]材料4 !Inci 52Altl 48As 电场控制层。
[0037]材料5: In0.53AlxGa0.47_xAs 能带递变层。
[0038]材料6: InyGa1^yAs组分递变层。
[0039]材料7: In0.7Ga0.3As 光吸收层。
[0040]材料8: In0.69A10.31As电子扩散阻挡层。
[0041 ]材料 9:P 型 In。.7Ga0.3As 接触层。
[0042]其中，X值从0.47递减至O ;y值从0.53递增至0.7。
[0043]其中材料I的掺杂类型为N+，掺杂浓度?4X 1018cnT3，厚度为350 μπι。
[0044]其中材料2的掺杂类型为N+，掺杂浓度为?4Χ 1018cnT3，厚度为800nm。
[0045]其中材料3的掺杂类型为P?掺杂浓度为?IX 1015cm_3，厚度为800nm。
[0046]其中材料4的掺杂类型为P+，掺杂浓度为?6X 1017cm_3，厚度为70nm。
[0047]其中材料5的掺杂类型为P—，掺杂浓度为?IX 1015cnT3，厚度为72nm。
[0048]其中材料6的掺杂类型为P?掺杂浓度为?IX 1015cm_3，厚度为300nm。
[0049]其中材料7的掺杂类型为P?掺杂浓度为?IX 1015cm_3，厚度为1500nm。
[0050]其中材料8的掺杂类型为P+，掺杂浓度为?3X 1018cm_3，厚度为450nm。
[0051]其中材料9的掺杂类型为P+，掺杂浓度为?3X 1018cm_3，厚度为50nm。
[0052]材料制备通过常规分子束外延方法实现。分别以Si和Be元素作为N型和P型掺杂源。
[0053]器件材料的分子束外延生长过程如下:
[0054](I)在正式生长之前先通过预备生长确定在InP衬底上生长晶格匹配的In0.52-^^0.48-^S、In0.52^Iχ^3-ο.48-xAs， Ina7Gaa3As和Ina69Ala31As时的束源炉温度、衬底温度等生长条件；
[0055](2)在对Ep1-Ready InP (001)衬底进行氧化物脱附处理后，依次生长材料2至材料9，其中每层的厚度、掺杂浓度均如上所述。其中72nm的Ina52AlxGaa4i^As能带递变层是由Ina53Gaa47AsAna52Ala48As厚度数字递变超晶格过渡层组成，每个周期厚度9nm，每周期中 Ina53Gaa47As 与 Ina52Ala48As 层厚的比值依次为 8:1、7:2……2:7,1:8 ；
[0056](3)材料9生长完毕后结束生长，在保护气氛下降衬底温度和源炉温度，取出外延材料进行必要的测试和器件工艺制作。
[0057]所获得的器件在外加-16V反向偏压下倍增层、电场控制层、能带递变层、组分递变层和吸收层中的能带结构和电场分布图如图3所示。
[0058]实施例2
[0059]截止波长为2.5 μπι的波长扩展型InGaAs/InAlAs雪崩光电二极管的器件材料结构生长
[0060]本实施例目的是获得光响应截止波长为2.5 μ m的波长扩展型InGaAs/InAlAs雪崩光电二极管的器件材料结构。需要生长光吸收层为Ina83Gaai7As的雪崩光电二极管外延材料，采用吸收层和倍增层分离、能带组分双过渡层和电场控制层结构。具体的器件的材料结构如附图4所示。其结构由下至上依次包含以下材料:
[0061]材料1:导电InP (001)衬底。
[0062]材料2:N型InP接触层(同时作为缓冲层)。
[0063]材料3: In0.52A10.48As 电子倍增层。
[0064]材料4 !Inci 52Altl 48As 电场控制层。
[0065]材料5:1n0 53AIxGa0 47_xAs 能带递变层。
[0066]材料6: InyGa1^yAs组分递变层。
[0067]材料7: In0 83GaQ.17As 光吸收层。
[0068]材料8: In0.82A10.18As电子扩散阻挡层。
[0069]材料9:P 型 In。.83Ga0.17As 接触层。
[0070]其中，X值从0.47递减至O ；y值从0.53递增至0.83。
[0071]其中材料I的掺杂类型为N+，掺杂浓度?4X1018cnT3，厚度为350 μπι。
[0072]其中材料2的掺杂类型为N+，掺杂浓度为?4Χ 1018cnT3，厚度为800nm。
[0073]其中材料3的掺杂类型为P、掺杂浓度为?6X 1016cm_3，厚度为200nm。
[0074]其中材料4的掺杂类型为P+，掺杂浓度为?6X 1017cm_3，厚度为70nm。
[0075]其中材料5的掺杂类型为P?掺杂浓度为?6X 1016cm_3，厚度为72nm。
[0076]其中材料6的掺杂类型为P?掺杂浓度为?6X 1016cm_3，厚度为500nm。
[0077]其中材料7的掺杂类型为P_，掺杂浓度为?6X 1016cm_3，厚度为lOOOnm。
[0078]其中材料8的掺杂类型为P+，掺杂浓度为?3X 1018cm_3，厚度为450nm。
[0079]其中材料9的掺杂类型为P+，掺杂浓度为?3X 1018cm_3，厚度为150nm。
[0080]材料制备通过常规分子束外延方法实现。分别以Si和Be元素作为N型和P型掺杂源。
[0081]器件材料的分子束外延生长过程如下:
[0082](4)在正式生长之前先通过预备生长确定在InP衬底上生长晶格匹配的In0.52Al0.48As、In0.52AlxGa0.48_xAs，Ina83Gaai7As 和 Ina82Alai8As 时的束源炉温度、衬底温度等生长条件；
[0083](5)在对Ep1-Ready InP (001)衬底进行氧化物脱附处理后，依次生长材料2至材料9，其中每层的厚度、掺杂浓度均如上所述。其中72nm的Ina52AlxGaa4i^As能带递变层是由Ina53Gaa47AsAna52Ala48As厚度数字递变超晶格过渡层组成，每个周期厚度9nm，每周期中 Ina53Gaa47As 与 Ina52Ala48As 层厚的比值依次为 8:1、7:2……2:7,1:8 ；
[0084](6)材料9生长完毕后结束生长，在保护气氛下降衬底温度和源炉温度，取出外延材料进行必要的测试和器件工艺制作。
[0085]所获得的器件在外加-16V反向偏压下倍增层、电场控制层、能带递变层、组分递变层和吸收层中的能带结构和电场分布图如图5所示。
【主权项】
1.一种波长扩展型InGaAs雪崩光电二极管的外延结构，其特征在于:所述外延结构采用与衬底晶格匹配的P型Ina52Ala48As材料作为电子倍增层，失配的P型InxGahAs材料作为光吸收层，且采用能带递变和组分递变双过渡层；其中，0.53〈x〈l。
2.根据权利要求1所述的一种波长扩展型InGaAs雪崩光电二极管的外延结构，其特征在于:所述能带递变过渡层为P型Ina53AlxGaa47_xAs，x从0.47递减至O。
3.根据权利要求1所述的一种波长扩展型InGaAs雪崩光电二极管的外延结构，其特征在于:所述组分递变过渡层为P型InxGai_xAs，x从0.53递增至y，0.53〈y〈l。
4.根据权利要求1所述的一种波长扩展型InGaAs雪崩光电二极管的外延结构，其特征在于:在电子倍增层与能带递变过渡层之间还包括电场控制层。
5.根据权利要求4所述的一种波长扩展型InGaAs雪崩光电二极管的外延结构，其特征在于:所述电场控制层为重掺杂P型In0.52Ala48As。
6.根据权利要求1所述的一种波长扩展型InGaAs雪崩光电二极管的外延结构，其特征在于:所述InGaAs雪崩光电二极管的截止波长在1.7-3.5 μm范围内可调。
【专利摘要】本发明涉及一种波长扩展型InGaAs雪崩光电二极管的外延结构，所述外延结构采用与衬底晶格匹配的P-型In0.52Al0.48As材料作为电子倍增层，失配的P-型InxGa1-xAs材料作为光吸收层，且采用能带递变和组分递变双过渡层；其中，0.53<x<1。本发明的器件结构可以在不牺牲倍增区材料质量的情况下，根据需要自由地将雪崩光电二极管的探测截止波长延伸到1.7-3.5μm之间。该器件结构适合于探测1-3.5μm波段的红外弱光信号，可以被广泛应用于如气体含量检测、医疗光谱检测、自由空间光通讯、卫星遥感与成像、导弹发动机尾焰探测等领域。
【IPC分类】H01L31-0232, H01L31-107, H01L31-0352
【公开号】CN104538484
【申请号】CN201410729324
【发明人】马英杰, 张永刚, 顾溢
【申请人】中国科学院上海微系统与信息技术研究所
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月4日