[发明专利]一种平面型APD的外延结构、APD及其制作方法

说明书

本申请涉及一种平面型APD的外延结构、APD及其制作方法，所述平面型APD的外延结构包括倍增层，所述倍增层包括至少一组倍增单元，所述倍增单元从上到下依次包括载流子加速区和碰撞电离区，且所述载流子加速区为本征InAlAs材料，所述碰撞电离区为本征InP材料。本申请提供的平面型APD的外延结构，可降低过剩噪声，同时，在APD制造中，便于控制扩散深度。

技术领域

本申请涉及雪崩光电二极管技术领域，特别涉及一种平面型APD的外延结构、APD及其制作方法。

背景技术

雪崩光电二极管APD通常采用SAGCM结构，即分离吸收-过渡-电荷-倍增的结构，其中倍增层在工作电压下会发生雪崩效应，提供器件内部增益放大。

按照引发雪崩效应的载流子类型不同，倍增层材料分为空穴倍增和电子倍增两类，空穴倍增材料中的空穴的碰撞电离系数大于电子，电子倍增材料中的空穴的碰撞电离系数小于电子。倍增层材料的离化系数比记为k₀，定义k₀＝α/β，其中，α为电子碰撞电离系数，β为空穴碰撞电离系数。

对于αβ，即空穴倍增，定义归一化离化系数比k＝k₀；对于αβ，即电子倍增，定义归一化离化系数比k＝1/k₀，使0k1。归一化离化系数比k与APD的过剩噪声系数F密切相关。k越小，表明雪崩效应越接近于单一载流子。F越小，APD灵敏度越高。

现有的雪崩光电二极管APD一般采用InAlGaAs和InAlAs等材料，通过掺杂控制，将碰撞电离限制在窄带隙材料内，实现低k值的雪崩光电二极管APD，此技术称为碰撞电离工程(I²E，即Impact-Ionization Engineered)，需要精确控制I²E结构倍增层的各层厚度和掺杂，制造难度较大，很难实现精确控制，导致现有的控制精度不高且制造成本高昂。

发明内容

本申请实施例提供一种平面型APD的外延结构、APD及其制作方法，以解决相关技术中需要精确控制I²E结构倍增层的各层厚度和掺杂，制造难度较大，很难实现精确控制的技术问题。

第一方面，提供了一种平面型APD的外延结构，其包括倍增层，所述倍增层包括至少一组倍增单元，所述倍增单元从上到下依次包括载流子加速区和碰撞电离区，且所述载流子加速区为本征InAlAs材料，所述碰撞电离区为本征InP材料。

一些实施例中，所述倍增层包括若干组倍增单元，所有倍增单元依次层叠设置。

一些实施例中，所述倍增单元的组数为1～5。

一些实施例中，所述外延结构从上到下依次包括接触层、倍增层、电荷层、过渡层、吸收层、缓冲层、衬底。

一些实施例中，所述接触层为本征InP材料，所述电荷层为N型InP材料，所述过渡层为本征InGaAsP材料，所述吸收层为本征InGaAs材料，所述缓冲层为N型InP材料，所述衬底为N型InP材料。

一些实施例中，所述接触层的厚度为2～3μm，所述电荷层的厚度为0.1～0.3μm，所述过渡层的厚度为60～120nm，所述吸收层的厚度为1～3μm，所述缓冲层的厚度为0.5～1μm。

一些实施例中，所述倍增层包括四组倍增单元，四组所述载流子加速区和碰撞电离区的厚度均为50nm。

第二方面，提供了一种APD，所述雪崩光电二极管APD由上述平面型APD的外延结构经过锌扩散工艺制作而成。

第三方面，提供了一种APD的制作方法，包括步骤：