技术领域
[0001] 本
发明涉及
半导体光电器件技术领域，尤其涉及一种单行载流子
光电二极管。
背景技术
[0002] 光电二极管(Photodiode,PD)是一种重要的光电转换器件，在经济及军事应用领域有着广泛的应用，是光纤通信、超宽带无线通信、导弹制导、红外成像及遥感等应用系统的核心器件。响应速率是PD的重要指标之一，反应了器件的高频响应能
力。
[0003] 1997年，由日本研究者发明的单行载流子光电二极管(Uni-traveling carrier photodiode,UTC-PD)极大地提升了光电二极管的响应速率。UTC-PD是在传统的PIN-PD(positive-intrinsic-negative，P型半导体-杂质-N型半导体)的结构上改进的，其i型吸收区变为p型吸收区和宽带隙的载流子收集区。
[0004] UTC-PD以光生
电子作为主要输运载流子，改变了传统PIN-PD中光生空穴和光生电子共同作为输运载流子的工作模式，大大降低了空间电荷效应，大幅度地提升了响应速率。为了进一步提高UTC-PD的高频特性，本发明提出了一种新型的
氧化型收集区的UTC-PD。
发明内容
[0005] 为了进一步提高UTC-PD的响应速率，提升UTC-PD的高频性能，本发明
实施例提供一种单行载流子光电二极管，该单行载流子光电二极管的收集区为部分氧化型收集区，该收集区的氧化部分由含Al组分材料经湿氮氧化工艺制备而成。
[0006] 优选地，该单行载流子光电二极管还包括
覆盖于部分氧化型收集区上面的p型吸收区，p型吸收区由GaAs材料和AlGaAs材料共同组成。
[0007] 优选地，氧化部分位于部分氧化型收集区的边缘区域。
[0008] 优选地，部分氧化型收集区为插入氧化层型收集区或Al组分渐变型收集区；其中，插入氧化层型收集区包括由下至上依次交替覆盖的若干层第一氧化层和若干层第一非氧化层；第一氧化层包括经氧化工艺氧化的第一氧化区和未经氧化工艺氧化的第一非氧化区，第一氧化区位于第一氧化层的边缘区域，第一非氧化区位于第一氧化层的边缘以内区域；Al组分渐变型收集区包括经氧化工艺氧化的第二氧化区和未经氧化工艺氧化的第二非氧化区；第二氧化区位于Al组分渐变型收集区的边缘区域，第二非氧化区位于Al组分渐变型收集区的边缘以内区域；第二氧化区和第二非氧化区的Al组分由上至下为渐变组分，且第二氧化区的形状为梯形；相应地，氧化部分为第一氧化区或第二氧化区。
[0009] 优选地，第一氧化层、第二氧化区和第二非氧化区的材料均为含Al组分的材料，Al组分小于45％；若第一非氧化层的材料为InP，则第一氧化层的材料为InAlAs、InAlSb、AlGaSb、AlGaAsSb、AlGaInAs和AlInAsSb中的一种或多种；若第一非氧化层的材料为AlGaAs，则第一氧化层的材料也为AlGaAs，且第一氧化层的Al组分高于第一非氧化层中的Al组分；第二氧化区和第二非氧化区的材料可为AlGaAs、InAlAs、InAlSb、AlGaSb、AlGaAsSb、AlGaInAs和AlInAsSb中的一种或多种。
[0010] 优选地，该单行载流子光电二极管还可包括覆盖于部分氧化型收集区上面的p型吸收区，p型吸收区由GaAs材料和AlGaAs材料共同组成。
[0011] 优选地，p型吸收区为p型渐变型吸收区或阶跃式梯度分布型吸收区；其中，p型渐变型吸收区由p型渐变掺杂的GaAs材料，与渐变组分、或p型渐变掺杂、或渐变组分和p型渐变掺杂共有的AlGaAs材料构成；阶跃分布型吸收区由p型阶跃式梯度分布型掺杂的GaAs材料，阶跃式梯度分布组分、p型阶跃式梯度分布掺杂、或阶跃式梯度分布组分和p型阶跃式梯度分布掺杂共有的AlGaAs材料构成。
[0012] 优选地，p型吸收区中的AlGaAs材料的掺杂浓度大于5×1017，p型吸收区的吸收
波长范围覆盖至850nm甚至更长。
[0013] 优选地，该单行载流子光电二极管还包括扩散阻挡层、p型
接触层和n型接触层，其中，扩散阻挡层和p型接触层由下至上依次设于p型吸收区的上方，n型接触层设于部分氧化型收集区的下方。
[0014] 优选地，该单行载流子光电二极管还包括崖层、间隔层和亚收集层，其中，崖层和间隔层由下至上依次设于部分氧化型收集区和p型吸收区之间，亚收集层设于部分氧化型收集区和n型接触层之间。
[0015] 优选地，氧化部分的折射率小于2.5，氧化工艺为湿氮氧化法。
[0016] 本发明实施例提供一种单行载流子光电二极管，该单行载流子光电二极管通过将传统的收集区中的部分结构进行湿氮氧化工艺，获得部分氧化型收集区。由于收集区部分结构被氧化形成的氧化物绝缘层的折射率较低，因此降低了单行载流子光电二极管的寄生结电容，减小了RC时间常数，由此提高了单行载流子光电二极管的响应速率。
附图说明
[0017] 为了更清楚地说明本发明实施例或
现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018] 图1为现有技术中的单行载流子光电二极管的结构示意图；
[0019] 图2为本发明实施例的插入型氧化层收集区单行载流子光电二极管的结构示意图；
[0020] 图3为本发明实施例的插入氧化层型收集区的详细结构示意图；
[0021] 图4为本发明实施例的Al组分渐变型收集区单行载流子光电二极管的结构示意图；
[0022] 图5为本发明实施例的
单层插入氧化层型收集区的结构示意图；
[0023] 图6为现有技术中单行载流子光电二极管的能带结构图；
[0024] 图7为本发明实施例单行载流子光电二极管的吸收区能带渐变型示意图；
[0025] 图8为本发明实施例单行载流子光电二极管的吸收区能带阶跃式梯度分布型示意图；
[0026] 其中：
[0027] 1、p
电极 2、p型接触层 3、扩散阻挡层[0028] 4、p型吸收区 5、部分氧化型收集区 51、第一氧化层[0029] 52、第一非氧化层 511、第一氧化区 512、第一非氧化区[0030] 53、第二氧化区 54、第二非氧化区 6、n电极
[0031] 7、n型接触层。
具体实施方式
[0032] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0033] 图1为现有技术中的单行载流子光电二极管的结构示意图，如图1所示为现有的单行载流子光电二极管的结构。
[0034] 图2为本发明实施例的插入型氧化层收集区单行载流子光电二极管的结构示意图，图3为本发明实施例的插入氧化层型收集区的详细结构示意图，图4为本发明实施例的Al组分渐变型收集区单行载流子光电二极管的结构示意图，如图2、图3和图4所示，部分氧化型收集区5为插入氧化层型收集区或Al组分渐变型收集区；其中，插入氧化层型收集区包括由下至上依次交替覆盖的若干层第一氧化层51和若干层第一非氧化层52；第一氧化层51包括经氧化工艺氧化的第一氧化区511和未经氧化工艺氧化的第一非氧化区512，第一氧化区511位于第一氧化层51的边缘区域，第一非氧化区512位于第一氧化层51的边缘以内区域；Al组分渐变型收集区包括经氧化工艺氧化的第二氧化区53和未经氧化工艺氧化的第二非氧化区54；第二氧化区53位于Al组分渐变型收集区的边缘区域，第二非氧化区54位于Al组分渐变型收集区的边缘以内区域；第二氧化区53和和第二非氧化区54的Al组分由上至下为渐变组分，且第二氧化区53的形状为梯形；相应地，氧化部分为第一氧化区511或第二氧化区53。
[0035] 具体的，对于插入氧化层型收集区而言，各层第一氧化层51的氧化区的长度可以相同也可以不同，同样地，各层第一氧化层51的非氧化区的长度可以相同也可以不同。
[0036] 具体的，若干层第一氧化层51的厚度之和小于插入氧化层型收集区的厚度，若干层第一非氧化层52的厚度之和小于插入氧化层型收集区的厚度，并且第一氧化层51的非氧化区的长度均小于第一氧化层51的长度。
[0037] 图5为本发明实施例的单层插入氧化层型收集区的结构示意图，如图5所示，若插入氧化层型收集区只有第一氧化层51，插入氧化层型收集区为单层插入氧化层型收集区。
[0038] 基于上述实施例，第一氧化层51、第二氧化区53和第二非氧化区54的材料均为含Al组分的材料，Al组分小于45％；相应地，若第一非氧化层52的材料为InP，则第一氧化层51的材料为InAlAs、InAlSb、AlGaSb、AlGaAsSb、AlGaInAs和AlInAsSb中的一种或多种，一般为同一种材料；若第一非氧化层52的材料为AlGaAs，则第一氧化层51的材料也为AlGaAs，且第一氧化层51的Al组分高于第一非氧化层中的Al组分；相应地，第二氧化区53和第二非氧化区54的材料为InAlAs、InAlSb、AlGaSb、AlGaAsSb、AlGaInAs和AlInAsSb中的一种或多种，一般为同一种材料。
[0039] 需要强调的是，在氧化工艺之前，处于同一层的材料是相同的，氧化工艺之后，被氧化所获得材料与未被氧化的材料是不同的。
[0040] 图6为现有技术中单行载流子光电二极管的能带结构图，图7为本发明实施例单行载流子光电二极管的吸收区能带渐变型示意图，图8为本发明实施例单行载流子光电二极管的吸收区能带阶跃式梯度分布型示意图，如图6、图7和图8所示，本发明实施例提供的单行载流子光电二极管的p型吸收区4为渐变型吸收区或阶跃式梯度分布型吸收区；其中，渐变型吸收区由p型渐变掺杂的GaAs材料，与渐变组分、或p型渐变掺杂、或渐变组分和p型渐变掺杂共有的AlGaAs材料构成；阶跃梯度分布型吸收区由p型阶跃式梯度分布型掺杂的GaAs材料，阶跃式梯度分布组分、p型阶跃式梯度分布掺杂、或阶跃式梯度分布组分和p型阶跃式梯度分布掺杂共有的AlGaAs材料构成。
[0041] 具体的，通过对AlGaAs材料进行掺杂，掺杂浓度大于5×1017，AlGaAs材料的能带间隙变窄，吸收波长拓展至850nm甚至更长，因此可与GaAs材料共同组成p型吸收区4。
[0042] 具体的，该单行载流子光电二极管还包括扩散阻挡层3、p型接触层2和n型接触层7，其中，扩散阻挡层3和p型接触层2由下至上依次设于p型吸收区4的上方，n型接触层7设于部分氧化型收集区5的下方。
[0043] 具体的，p型接触层2上方设有p电极1，n型接触层7上方设有n电极6。
[0044] 优选地，该单行载流子光电二极管还包括崖层、间隔层和亚收集层，其中，崖层和间隔层由下至上依次设于部分氧化型收集区5和p型吸收区4之间，亚收集层设于部分氧化型收集区5和n型接触层7之间。
[0045] 本发明提供的单行载流子光电二极管，通过在收集区结构中进行选择性湿法氧化，使收集区中的部分结构形成低折射率的(<2.5)氧化物绝缘层，降低单行载流子光电二极管的寄生结电容，减小RC时间常数，提高单行载流子光电二极管的响应速率；并针对850nm单行载流子光电二极管，在吸收区中加入AlGaAs材料，并对其进行组分渐变或阶跃式梯度分布、p型掺杂渐变或阶跃式梯度分布，使得吸收区材料的禁带宽度实现渐变或梯度变化，提高渐变或梯度型内建
电场，因而电子的漂移速率增加，渡越时间减小，提高单行载流子光电二极管的高频响应特性。
[0046] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行
修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
