[发明专利]一种宽光谱响应的InGaAs单光子雪崩光电二极管及其制造方法

权利要求书

1.一种宽光谱响应的InGaAs单光子雪崩光电二极管，其特征在于，包括：衬底(1)，在所述衬底(1)的中轴线上设有短波透光窗口(2)，短波透光窗口(2)用于增加在760nm-900nm波段光子的透射率，在所述衬底(1)的一侧设有n电极(3)，n电极(3)用于与外部电源的一极相接触，衬底(1)的另一侧依次设有腐蚀截止层(4)、InGaAs标准波长吸收层(5)、长波吸收层(6)、渐变层(7)、电荷层(8)、倍增层(9)以及钝化层(13)，腐蚀截止层(4)用于在腐蚀透光窗口时对InGaAs标准波长吸收层(5)进行保护，防止腐蚀剂对其产损伤，InGaAs标准波长吸收层(5)用于对900nm-1700nm波段光子的吸收，长波吸收层(6)用于对1700nm-1800nm波段光子的吸收，渐变层(7)用于减少长波吸收层(6)与电荷层(8)之间晶格的不连续，电荷层(8)用于调整倍增层(9)的电场强度，倍增层(9)用于载流子的雪崩碰撞离化，以及钝化层(13)用于保护器件表面，在所述倍增层(9)内设有阶梯型PN结(10),阶梯型PN结(10)用于产生耗尽区，在所述倍增层(9)另一侧设有p电极(12)和钝化层(13)，p电极(12)用于与外部电源的另一极相接触；

所述p电极(12)、阶梯型PN结(10)以及透光窗口(2)三者处于同一中心轴线上，且径向尺寸基本一致，直径为10μm～100μm；

所述短波透射窗口(2)，直径为10μm～100μm，用于避免衬底(1)对760nm-900nm波段光子的吸收，并使之在穿透腐蚀截止层(4)之后，直接入射到InGaAs标准波长吸收层(5)，从而产生光生载流子，然后在电场的作用下发生雪崩并被收集；

所述腐蚀截止层(4)的厚度为20nm～100nm，用于让900nm-1700nm的光子直接穿过衬底(1)和腐蚀截止层(4)，作用于InGaAs标准波长吸收层(5)；

所述长波吸收层(6)具有多个高铟组分InGaAs子膜层；

所述长波吸收层(6)采用In_xGa_1-xAs/In_yGa_1-yAs多量子阱的应变补偿结构，单个膜层厚度20nm-100nm，总厚度500nm-2000nm。

2.一种基于权利要求1所述单光子雪崩光电二极管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、在衬底(1)上，通过有机金属化学气相沉积法和分子束外延法依次生长腐蚀截止层(4)、InGaAs标准波长吸收层(5)、长波吸收层(6)、渐变层(7)、电荷层(8)、倍增层(9)以及钝化层(13)；

S2、通过光刻、腐蚀和扩散工艺在倍增层(9)中形成阶梯型PN结(10)；

S3、通过溅射或蒸镀工艺制备p电极(12)；

S4、通过光刻、腐蚀工艺在衬底(1)中形成短波透光窗口(2)；

S5、在短波窗口(2)底部的腐蚀截止层(4)上，通过有机金属化学气相沉积法制备保护层；

S6、通过溅射或蒸镀工艺制备n电极(3)；

S7、通过湿法腐蚀剥离工艺，去除短波窗口(2)中的保护层材料和多余的电极材料。