技术领域
[0001] 本实用新型涉及
半导体技术领域，尤其涉及一种高速光电探测器。
背景技术
[0002] 随着人类信息化建设的逐步加深以及经济全球化趋势的加剧，人类社会生活各方面对信息获取和交换的数量在不断的增加，对海量数据的长距离传输和带宽移动接入的需求日益凸显。高速、超高速光纤通信技术及宽带光载无线技术作为解决这些问题的主要方法，得到了极大的关注，一个光纤通信系统包括半导体
激光器、半导体探测器和光纤等光电器件，其中，光电探测器是光接收机的核心，通过探测器把光
信号还原为
电信号进行
信号处理，它的性能直接影响光纤通信的速度和带宽等。在其它领域，光电探测器也越来越多地应用于精确测量、光纤传感、
光谱仪和遥感等系统中。
[0003] 光电探测器是一种受光器件、具有光电变化的功能，光电探测器种类繁多，为了适应光通信向带宽方向发展需求，出现了各种不同类型的高速光电探测器，如
雪崩光电探测器(简称APD)、金属-半导体-金属光电探测器(简称MSM)、PIN光电探测器等，APD同时兼具探测和放大两种功能，但结构复杂；MSM无需制造pn结，结合于难于掺杂的半导体材料，它同
电子器件的制造工艺完全相容，但性能较差，而PIN结构和制作工艺比较简单，性能优异，成本较低，因此应用最为广泛。
[0004] 特别是以InGaAs为
吸收材料的光电探测器得到了极大的发展，
现有技术中以InGaAs为吸收材料的光电探测器一般采用p-InP/i-InGaAs/n-InP结构，由于p-InP/i-InGaAs存在
异质结势垒，势垒会影响载流子的传输速度，从而导致现有的光电探测器的响应速度慢。实用新型内容
[0005] 针对上述问题，本实用新型
实施例提供一种高速光电探测器。
[0006] 本实用新型实施例提供一种高速光电探测器，所述光电探测器
外延结构从下至上依次包括：衬底、InP
缓冲层、N+-InGaAs
接触层、N型InP、InGaAsP带隙过渡层、InGaAs本征吸收层、P型掺杂渐变InGaAs光窗层，其中：
[0007] 所述P型掺杂渐变InGaAs光窗层中掺杂InGaAs材料的浓度逐渐改变，在所述N型InP层经所述N+-InGaAs接触层引出N型欧姆
电极，在所述P型掺杂渐变InGaAs光窗层引出P型欧姆电极。
[0008] 优选地，所述P型掺杂渐变InGaAs光窗层的上表面
覆盖一层增透膜，所述增透膜为SiNx
单层膜或SiO2/SiNx复合膜。
[0009] 优选地，所述P型掺杂渐变InGaAs光窗层中掺杂InGaAs材料的浓度由2e17cm-3增加至2e19cm-3。
[0010] 优选地，所述衬底为掺杂Fe的InP材料，所述衬底的厚度范围为330μm-370μm。
[0011] 优选地，所述InP缓冲层的材料为i-InP，所述InP缓冲层的厚度范围为0.1μm-0.5μm，i-InP的浓度小于1015cm-3。
[0012] 优选地，所述N+-InGaAs接触层的厚度范围为0.5μm-1.5μm，浓度范围为1018cm-3～1019cm-3。
[0013] 优选地，所述N型InP层为
电流扩展层，材料厚度范围为0.2μm-0.5μm，掺杂浓度范围为1017cm-3～1019cm-3。
[0014] 优选地，所述InGaAsP带隙过渡层的厚度范围为20nm-50nm，浓度小于1015cm-3。
[0015] 优选地，所述InGaAs本征吸收层的厚度范围为1.0μm-3.5μm，浓度小于1015cm-3。
[0016] 本实用新型实施例提供的一种高速光电探测器，光窗采用掺杂渐变的InGaAs材料作为P区结构，该结构能够在P区建立扩散自建
电场，自建电场有效地克服了光生载流子的自吸收问题，使光生载流子在该层作扩散-漂移运动，而且由于扩散自建电场的作用，光生载流子将以漂移运动为主，从而有效提高光电探测器的
量子效率和响应速度，满足高速通信系统的传输需求。
附图说明
[0017] 为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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为现有技术中光电探测器的结构示意图；
[0019] 图2为本实用新型实施例中提供的一种高速光电探测器的结构示意图；
[0020] 图3为本实用新型实施例提供的一种高速光电探测器的制造方法的
流程图。
具体实施方式
[0021] 为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
[0022] 图1为现有技术中光电探测器的结构示意图，如图1所示，Si-InP(Fe)表示衬底，N-InP表示N型InP，i-InGaAs表示i型InGaAs，P-InP表示P型InP，现有的光电探测器由衬底、N型InP、i型InGaAs和P型InP组成，由于P型InP和i型InGaAs的材料不同，因此在P型InP和i型InGaAs之间存在异质结，该光电探测器的光生载流子容易在P型InP和i型InGaAs介面累积，导致光电探测器的响应速度较低。
[0023] 针对上述问题，本实用新型实施例提出一种光电探测器，已解决现有技术中光电探测器载流子累积导致响应速度慢的问题，图2为本实用新型实施例中提供的一种高速光电探测器的结构示意图，如图2所示，该光电探测器的外延结构从下至上依次包括：衬底、+InP缓冲层、N -InGaAs接触层、N型InP、InGaAsP带隙过渡层、InGaAs本征吸收层、P型掺杂渐变InGaAs光窗层，其中：
[0024] 所述P型掺杂渐变InGaAs光窗层中掺杂InGaAs材料的浓度逐渐改变，在所述N型InP层经所述N+-InGaAs接触层引出N型欧姆电极，在所述P型掺杂渐变InGaAs光窗层引出P型欧姆电极。
[0025] 图2中，Si-InP(Fe)表示衬底，1-i-InP表示缓冲层，2-N+-InGaAs表示N+-InGaAs接触层，3-N-InP表示N型InP，4-InGaAs表示InGaAsP带隙过渡层，5-i-InGaAs表示InGaAs本征吸收层，6-P+-InGaAs表示P型掺杂渐变InGaAs光窗层，BCB表示
钝化层，TiPtAu表示电极，AR-SiNx表示增透膜，P-pad表示P型欧姆电极接触点，N-pad表示N型欧姆电极接触点。
[0026] 本实用新型实施例中，通过增加P型掺杂渐变InGaAs光窗层，该光窗层的组成材料+为InGaAs，并且该光窗层中InGaAs的浓度是渐变的，并且在N型InP层经N -InGaAs接触层引出N型欧姆电极，在P型掺杂渐变InGaAs光窗层引出P型欧姆电极。
[0027] 本实用新型实施例中，P型欧姆电极为Ti/Pt/Au
合金电极，N型欧姆电极为Ti/Pt/Au合金电极。
[0028] 通常，InP光窗层不吸收外界入射
光子，当光窗层采用InGaAs时，InGaAs会吸收入射光子，由此产生的光生载流子需要先扩散到耗尽区再漂移才能被收集产生电流，由于光生载流子在P型区扩散速度很慢，直接影响了光电探测器的响应速度和响应度。
[0029] 但是本实用新型实施例中，光窗采用掺杂渐变的InGaAs材料作为P区结构，该结构能够在P区建立扩散自建电场，自建电场有效地克服了光生载流子的自吸收问题，使光生载流子在该层作扩散-漂移运动，而且由于扩散自建电场的作用，光生载流子将以漂移运动为主，从而有效提高光电探测器的量子效率和响应速度，满足高速通信系统的传输需求。
[0030] 并且，本实用新型实施例中光窗层和InGaAs本征吸收层的材料均为InGaAs，只不过浓度不同而已，因此，本实用新型实施例中光窗层和InGaAs本征吸收层属于
同质结，在介面没有势垒的形成，这样光生载流子更易于快速通过，大大提高了光电探测器的响应速度。
[0031] 在上述实施例的
基础上，优选地，所述P型掺杂渐变InGaAs光窗层的上表面覆盖一层增透膜，所述增透膜为SiNx单层膜或SiO2/SiNx复合膜。
[0032] 具体地，在光窗层的上表面覆盖一层增透膜，该增透膜可以为SiNx单层膜，也可以为SiO2/SiNx复合膜。该增透膜可以提高光的透射率。整个器件为
台面结构，采用BCB钝化。
[0033] 在上述实施例的基础上，优选地，所述P型掺杂渐变InGaAs光窗层中掺杂InGaAs材料的浓度由2e17cm-3增加至2e19cm-3。
[0034] 为了提高光电探测器响应速度和响应度，本实用新型实施例提出了将光窗层生长为具有掺杂渐变特性InGaAs材料的光窗层，其掺杂浓度由2e17cm-3增至2e19cm-3。由于光窗层掺杂浓度的渐变，导致P区掺杂层内形成扩散自建电场，该电场可以使光生载流子在该层做漂移运动，这就有效提高器件的传输速度和量子效率，适合高速传输网络的应用。
[0035] 具体地，所述衬底为掺杂Fe的InP材料，所述衬底的厚度范围为330μm-370μm。
[0036] 具体地，所述InP缓冲层的材料为i-InP，所述InP缓冲层的厚度范围为0.1μm-0.5μm，i-InP的浓度小于1015cm-3。
[0037] 具体地，所述N+-InGaAs接触层的厚度范围为0.5μm-1.5μm，浓度范围为1018cm-3～1019cm-3。
[0038] 具体地，所述N型InP层为电流扩展层，材料厚度范围为0.2μm-0.5μm，掺杂浓度范围为1017cm-3～1019cm-3。
[0039] 具体地，所述InGaAsP带隙过渡层的厚度范围为20nm-50nm，浓度小于1015cm-3。
[0040] 具体地，所述InGaAs本征吸收层的厚度范围为1.0μm-3.5μm，浓度小于1015cm-3。
[0041] 图3为本实用新型实施例提供的一种高速光电探测器的制造方法的流程图，如图3所示，该方法包括：
[0042] S1，在衬底上生长一层本征InP缓冲层；
[0043] S2，在所述InP缓冲层上生长一层N+-InGaAs接触层；
[0044] S3，在所述N+-InGaAs接触层上生长一层N型InP；
[0045] S4，在所述N型InP上生长InGaAsP带隙过渡层；
[0046] S5，在所述InGaAsP带隙过渡层上生长InGaAs本征吸收层；
[0047] S6，在所述InGaAs本征吸收层上生长P型掺杂渐变InGaAs光窗层，所述P型掺杂渐变InGaAs光窗层中掺杂InGaAs材料的浓度逐渐改变；
[0048] S7，在所述P型掺杂渐变InGaAs光窗层上表面PECVD蒸
镀SiNx单层膜或SiO2/SiNx复合膜；
[0049] S8，在所述P型掺杂渐变InGaAs光窗层上进行台面
刻蚀，露出所述N+-InGaAs接触层，并向下
腐蚀所述衬底层0.5μm-1.5μm；
[0050] S9，在所述P型掺杂渐变InGaAs光窗层上电子束蒸镀P型欧姆电极，并对所述P型欧姆电极进行RTA
退火处理；
[0051] S10，在所述N+-InGaAs接触层上e-v
蒸发N型欧姆电极，并对所述N型欧姆电极进行RTA退火处理。
[0052] 具体地，制造该光电探测器时，首先在衬底上生长一层本征InP缓冲层；然后在InP缓冲层上生长一层N+-InGaAs接触层，采用Si或Sn掺杂；接着在N+-InGaAs接触层上生长一层N型InP，采用Si或Sn掺杂；在N型InP上生长InGaAsP带隙过渡层；在InGaAsP带隙过渡层上生长InGaAs本征吸收层；在InGaAs本征吸收层上生长P型掺杂渐变InGaAs光窗层，采用Zn、C、Be、Cd中的一种掺杂，P型掺杂渐变InGaAs光窗层中掺杂InGaAs材料的浓度逐渐改变；在P型掺杂渐变InGaAs光窗层上表面PECVD蒸镀SiNx单层膜或SiO2/SiNx复合膜；在P型掺杂渐变InGaAs光窗层上进行台面刻蚀，露出所述N+-InGaAs接触层，并向下腐蚀所述衬底层0.5μm-1.5μm；在P型掺杂渐变InGaAs光窗层上电子束蒸镀P型欧姆电极，并对P型欧姆电极进行RTA退火处理；在N+-InGaAs接触层上e-v蒸发N型欧姆电极，并对N型欧姆电极进行RTA退火处理。
[0053] 综上，本实用新型实施例提供一种基于InGaAs/InP的重复性好、响应度高、可靠稳定适用于高速光通信系统的PIN结构的光电探测器。采用掺杂渐变的InGaAs材料作为P区掺杂区光窗层的结构，该结构能够在P区建立扩散自建电场，有效地解决光生载流子在光窗层的自吸收问题，并且光生载流子的高速漂移通过该区，提高P型掺杂层光生载流子的收集效率，从而有效提高PIN器件的量子效率和响应速度，由于光窗层与吸收层为InGaAs，为同质结，不存在光生空穴在结面的积累，这有效提高器件的传输速率，满足高速通信系统的高速率、高响应度的传输需求。
[0054] 以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模
块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0055] 通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助
软件加必需的通用
硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，
服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
[0056] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
