[发明专利]高速半导体光电探测器

说明书

本发明涉及半导体光电探测器，尤其涉及雪崩光电探测器。

光电子装置由于其巨大的信息处理能力而主要用于通信网络，正在受到极大的关注。构成网络整体所必要的一部分就是半导体光电探测器，它可以将入射光转换成电信号。一种标准型的光电探测器是PIN二极管，它包括一个本征半导体光吸收层，夹于N型与P型半导体层之间。这种装置存在的一个问题在于，本征光吸收层相对来说较厚(通常为200～400nm)，这限制了由入射光产生的电子和空穴的传输时间，因而限制了装置的速度。最近，有人提出减小该装置的本征层厚度并将它夹于两层波导层之间，以便增加吸收长度。这种装置仍然会受到传输时间的限制，因为本征区定义为包括向该装置施加偏压产生的电场的区域，它包括波导层的厚度。还有人提出通过波导将光引入到标准PIN装置的本征区。

另外一种光电探测器是波导雪崩光电探测器。作为本征层的一部分，这种装置通常包括：不掺杂质的吸收和波导层、掺杂质的电荷层和不掺杂质的放大层。另外，这种装置的本征层相当厚，通常大约为700nm到1000nm，这限制了传输时间。

因此，我们希望提供一种光电探测器，它传输很快，以便该装置可以高速运行。

本发明一方面涉及一种半导体雪崩光电探测器，它包括一个基本不掺杂质的放大层，一个薄且基本上不掺杂质的光吸收层以及一个掺杂质的波导层，波导层与光吸收层相分离并且能够将入射光引入到光吸收层。另一方面，本发明涉及一种制造雪崩光电探测器的方法以及一种包括雪崩光电探测器的网络和接收机。

在下面的描述部分中将详细描述本发明的上述和其它的特征。在附图中：

图1是根据本发明一个实施例的雪崩光电探测器的横截面图；

图2是图1所示装置的俯视图；以及

图3是包含图1和图2所示装置的网络一部分的原理图。

应该可以理解的是，由于仅仅是为了解释说明，这些附图没有必要按照比例绘制。

图1和图2中示出了按照本发明制造的一种典型的装置。在图1所示的横截面图中，从观看者朝向图面的方向，光(由图2中的箭头表示)入射到装置的一侧。根据本实施例的本发明是一个半导体雪崩光电探测器10，它包括基本上不掺杂质的放大层14，薄的、基本上不掺杂质的光吸收层16，以及掺杂质的波导层17，波导层17与光吸收层16分离并且能够将入射光引入到光吸收层。

详细地说，装置10通常是在一个半导体基底11之上形成的，在这种情况下，半导体基底11最好是半绝缘的InP。通过标准技术，如金属有机化学蒸汽沉淀(MOCVD)，或者其它众所周知的技术，在基底之上，连续形成外延半导体层12-18。第一层是覆层12，它最好是N型InP材料，其厚度典型地为400～1000nm，并且在本例中掺杂密度大约为2×10¹⁸cm^-3。在覆层12之上形成一层N型掺杂的电荷层13，本例中采用的是InAlAs。这层的典型厚度是200nm，并且在本例中掺杂密度大约为2×10¹⁸cm^-3，以便能基本上防止电荷载体进入覆层和基底。还可以这样理解，虽然在本实施例中最好采用电荷层13和覆层12，但是它们对于本发明并不是必需的。

在电荷层13之上形成放大层14，它基本是不掺杂质的(本征的)。应这样理解，在上下文中“不掺杂质”指的是不是有意掺杂质，而且这一层可包括一些少量N型或者P型掺杂物(小于1×10¹⁷cm^-3)的本底掺杂。在这个实施例中，层14由InAlAs组成。但也可以是其它任何半导体材料，例如InP，它可提供该装置产生的自由载体的倍增以响应入射光。层14的典型厚度在200至1000nm范围内。第二电荷层15最好在放大层14之上形成。这层最好掺杂P-导电型杂质，其密度在7×10¹⁷cm^-3至2×10¹⁸cm^-3范围内。在这个实施例中，层15由InAlAs组成，其厚度最好在50～100nm的范围内，并且用于保护吸收层免受在装置工作期间放大层产生的强电场的影响。其它合适的材料还包括InP。

在电荷层15之上形成的是一层薄且基本上不掺杂质的吸收层16。在本实施例中，层16由InGaAs组成，但也可以采用其它任何半导体材料，它可以吸收入射光，并且可以在随后的响应中产生自由载体。这层的厚度预期在50～100nm的范围内。