一种850nm波段零偏压工作的光电探测器的外延结构

技术领域

本发明涉及一种850nm波段零偏压工作的光电探测器的外延结构，属于光电探测技术领域。

背景技术

在一些例如药物研发、环境气候变化模拟等领域的高性能计算系统中，对系统的数据传输速度具有很高的带宽需求。在这种短距离数据传输系统中，相较于传统的电互联，使用光互连的方式在能耗比、成本以及可靠性中更能体现出优势。现今的短距离光互联系统主要由工作在850nm波段的垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface EmittingLaser，VCSEL)，多模光纤(Multi-Mode Fiber，MMF)和光电探测器构成，对光电探测器的性能要求主要包括高响应度，低噪声，以及高频率响应带宽等，工作在零偏压下的光电探测器可以在一定程度上减少系统的能耗和复杂度。目前常用的850nm PIN探测器通常需要高响应度和高带宽之间做取舍，无法两者兼顾，并且带宽受到偏压变化的影响较大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：现有850nm波段光电探测器无法在零偏压下同时满足高响应度和高响应带宽等性能。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种850nm波段零偏压工作的光电探测器的外延结构，从下到上依次包括半绝缘GaAs衬底、GaAs缓冲层、Al

优选地，所述耗尽GaAs吸收层为本征GaAs层；所述非耗尽GaAs吸收层包括具有阶梯掺杂浓度的多层p型GaAs层；所述Al

优选地，所述耗尽GaAs吸收层和Al

优选地，所述非耗尽GaAs吸收层包括掺杂浓度依次为2×10

优选地，所述GaAs缓冲层为掺杂浓度＜1×10

优选地，所述GaAs缓冲层的厚度为200nm，所述Al

更优选地，所述非耗尽GaAs吸收层中，四层p型GaAs层的厚度均为50nm。

更优选地，所述的Al

更优选地，所述渐变Al

本发明的技术原理：本发明的850nm波段零偏压工作的光电探测器的外延结构，以本征GaAs层和p型掺杂GaAs层作为吸收区，其吸收谱能够覆盖850nm波段，因此具有高响应度，吸收区上下的覆盖层、过渡层、集电层和阴极接触层均采用不吸收850nm光子的AlGaAs，拥有较大的带隙，在不减少响应度的同时保证光生载流子拥有较小的渡越时间和RC时间，即拥有较大的响应带宽；除此之外，p型GaAs材料的非耗尽吸收层采用梯度状的渐变掺杂结构会产生内建电场，加速载流子在非耗尽GaAs吸收层的扩散作用，进一步保证了高响应度和高响应带宽。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明的850nm波段零偏压工作的光电探测器的外延结构用于光电探测器中，具有低暗电流、高响应度、高响应带宽的特点，能够满足850nm波段短距离光互联系统的需求。

附图说明

图1为本发明的850nm波段零偏压工作的光电探测器的外延结构的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

实施例1

一种850nm波段零偏压工作的光电探测器的外延结构：

利用金属有机化学气相沉积方法在半绝缘GaAs衬底a上依次生长出缓冲层b、阴极接触层c、集电层d、过渡层e、耗尽GaAs吸收层f、非耗尽GaAs吸收层g、覆盖层h和阳极接触层i，即为850nm波段零偏压工作的光电探测器的外延结构，其结构示意图如图1所示。其中，缓冲层b的厚度为200nm，采用掺杂浓度为1×10

表1 850nm波段零偏压工作的光电探测器的外延结构的组成和参数

性能测试：

将实施例1的850nm波段零偏压工作的光电探测器的外延结构用于光电探测器(光电探测器的直径为40μm)中，进行直流伏安特性测试，用半导体器件参数分析仪(KeysightB1500A Semiconductor Device Analyzer)给予光电探测器直流偏置并测得暗电流。测试得到在-2V偏压下暗电流能够达到约75fA。

对直径为40μm的光电探测器进行频率响应测试和响应度测试。测试得到的3dB带宽值在零偏压下为13.3GHz，-2V偏压下达到19.1GHz，在850nm波长的响应度为0.5A/W，且大小基本不随偏压影响。

对直径为40μm的光电探测器进行眼图测试。用任意波形发生器(AWG)和有源光模块(HGTECH 25G SFP28 AOC)产生25.8Gbp/s的光信号，通过光电探测器转化产生的射频电信号，再经过+23dB的射频功率放大器进行放大，测试得到光电探测器在零偏压下可以得到清晰的眼图。

尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。