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1、第22卷2期半导体杂志1997年6月半导体光电探测器及进展李晓军尹长松(武汉大学物理系430072)摘要半导体光电探测是半导体光电子学的重要部分,半导体光电探测器在光纤通信,红外遥感等领域有广泛的应用。本文介绍了几种最新的半导体光电探测器结构,旨在探讨国内外当前半导体光电探测器的研究现状及发展趋势。关键词:半导体光电探测器;APD;PIN;红外探测器;SL;MQW;多孔硅SemiconductorPhotodetectorandDevelopmentAbstractSemiconductorphotod
2、etectionisthekeypartofsemiconductoroptoelectronics.Semiconductorphotodetectorshavebeenwidelyusedintheopticalfibercommunicationsystemsandinfrareddetection.Inordertofindouttheresearchtrend,wewillintroducesomenewstructuresofsemiconductorphotodetectors.Keywo
3、rds:Semiconductorphotodetector,APD,PIN,Infrareddetector,SL,MQW,PS一、引言随着光纤通信技术与军事应用技术的进步,半导体光电探测器进入了广阔的应用领域。同时,多孔硅,超晶格量子阱,表面安装技术等新材料、新结构、新工艺的发展,促使半导体光电探测器的研究逐步深化。因此,我们现在有必要对半导体光电探测器做系统地回顾与展望。二、光电导探测器[1]1.HgCdTe光电导探测器HgCdTe光电导探测器是本征激发的单晶探测器。它是HgTe和CdTe两材料的
4、固溶体。随材料中Cd的组分不同,禁带宽度可从0eV～1.6eV,于是,可制成响应不同波长的探·34·第22卷2期半导体杂志1997年6月测器。常用的有8～12μm,3～5μm及1～3μm的器件。HgCdTe不仅可做成普通单元探测器、多元探测器,还可做成夹层式器件以及扫积型探测器。三、光伏探测器[2]1.GaNP-N结PDGaN本征探测器,室温带隙为3.43eV,可替代光电阴极应用于可见光—不可见光紫外探测。GaNP-N结构为在蓝宝石衬底上淀积1μm厚的非故意n型掺杂GaN层和0.5μm厚的Mg掺杂p型G
5、aN层。n型和p型GaN层典型电阻率分别为0.3和5Ψcm。GaNP-N结2PD特性为在360nm波长下测得16mm台面型探测器的零偏压响应度达0.09A/W。在零偏压下测得GaN探测器的上升时间和下降时间为0.4ms,-10V偏压下为0.3ms。波长在370nm时有一突变的长波限。[3]2.雪崩光电二极管(APD)(1)δ掺杂InGaAsSAGM-APDδ掺杂InGaAsSAGM-APD结构如图1所示。采用这种结构使倍增层内所有必须获得碰撞电离的掺杂电荷都集中在30～50•的区域内,而不需整个倍增区均
6、匀掺杂。消除了载流子浓度与倍增区厚度之间的相互影响。小倍增区提高了响应带宽。分析表明,随倍增宽度降至0.2μm,可获得140GHz的增益带宽积,实际已达86GHz,通过引进表面反射器仅以1.1μm厚吸收层获得了67%的高量子效率。在APD倍增区引进超晶格(SL)有利于提高GB乘积,因此,我们集中讨论一下超晶格雪崩光电二极管。[4](2)超晶格APD增益带宽积是离化率比和倍增区载流子渡越时间的函数,倍增区渡越时间由倍增区厚度和载流子的速度决定。SL引入倍增区,提高了电子与空穴的离化率比,增加了GB乘积并降
7、低了倍增噪声。目前,超晶格APD的GBP普遍超过100GHZ,最大已达130GHz。并且在图1δ掺杂InGaAsSAGM-APD器件结构图2InGaAsP/InAlAsSL-APD器件结构·35·第22卷2期半导体杂志1997年6月10Gb/s光传输系统中获得了-24dBm～-27dBm的最小接收灵敏度。说明超晶格是实现高速,高灵敏度APD的有效途径,也表明SL-APD在长距离,大容量光纤通信系统中的有效性。[5]A、InGaAsP/InAlAsSL-APDInGaAsP/InAlAsSL-APD结构如
8、图2所示。晶体层包括薄至0.299μm13周期的InGaAsP(11.5nm厚)/InAlAs(11.5nm厚)超晶格;光吸收层为InGaAs层;InP电场++分离层夹在倍增层与吸收层之间;P-InP窗口层和P-InGaAs接触层生长于吸收层之上;++在P-InP窗口层与P电极间插入SiN层防止合金化。台面直径为30μm的器件性能如下:ID=0.7μA(M=10),电容为0.1pF,3dB带宽达17GHz,GBP=110GHz。[6]B、I
