2017103151295雪崩光电二极管器件及其结构参数的调整方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利申请

(10)申请公布号CN107092760A
(43)申请公布日2017.08.25
(21)申请号201710315129.5
(22)申请日2017.05.05
(71)申请人中国科学院半导体研究所
地址100083北京市海淀区清华东路甲35
号
(72)发明人曹思宇李传波余凯张均营
成步文王启明
(74)专利代理机构中科专利商标代理有限责任
公司11021
代理人任岩
(51)Int.Cl.
G06F17/50(2006.01)
H01L31/107(2006.01)

权利要求书1页说明书5页附图5页
(54)发明名称
雪崩光电二极管器件及其结构参数的调整
方法
(57)摘要
本发明提供了一种雪崩光电二极管器件结
构参数的调整方法，通过二极管器件的结构参数
来计算其内部的电场分布，将仿真后的初始电场
分布与预设电场分布进行比较，根据理论公式推
导结果，反过来修正结构参数。重复上述过程，直
到得到较优的电场分布。本发明的调整方法能够
节省大量时间、人力和物力，且通过本发明制备
得到的雪崩光电二极管器件具有更合理结构参
数且更好的性能。
CN107092760A
CN107092760A权利要求书1/1页

1.一种雪崩光电二极管器件结构参数的调整方法，其特征在于，包括步骤：
S1、确定雪崩光电二极管器件的结构参数，所述结构参数包括所述雪崩光电二极管器
件的吸收层和电荷层二者的初始厚度及初始掺杂浓度；
S2、将所述结构参数进行仿真，得到所述器件在雪崩击穿时吸收层的内部电场；
S3、比较所述吸收层的内部电场与预设吸收层电场区间，若吸收层的内部电场在所述
预设吸收层电场区间内，则完成结构参数的调整；若吸收层的内部电场分布不在所述预设
吸收层电场区间内，则进行步骤S4；
S4、若吸收层的内部电场大于所述预设吸收层电场区间的最大值，则减小电荷层的掺
杂浓度，返回并依次进行步骤S2和S3；若吸收层的内部电场小于所述预设吸收层电场区间
的最小值，则增加电荷层的掺杂浓度，返回并依次进行步骤S2和S3。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设吸收层电场区间的最小值大于等
于最低漂移速度电场，且预设吸收层电场区间的最大值小于等于隧穿电场。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述吸收层隧穿电场为180KV/cm，所述吸
收层最低漂移速度电场为50KV/cm。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述吸收层为In0.53Ga0.47As材料，电荷层为
InAlAs材料，所述器件的倍增层为InP或者InAlAs材料。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S4中，所述吸收层的内部电场与电荷
层的掺杂浓度之间的公式为：

其中E(x，Vbias)为在偏置电压Vbias下，所述器件内部某一点x处的电场强度；

在偏置电压Vbias下，器件内部的最大电场强度；Nm、Nc、Na分别代表器件的倍增层掺杂浓度、

电荷层掺杂浓度以及吸收层掺杂浓度；wm′、wc′分别代表倍增层厚度、电荷层厚度；Xc代表电
荷层与吸收层交界处；x代表器件内部某一点。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述电荷层厚度为10nm-200nm。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2通过二维器件仿真器ATLAS进行所
述仿真。
8.根据权利要求1-7任一所述调整方法获得的雪崩光电二极管器件。

2
CN107092760A说明书1/5页

雪崩光电二极管器件及其结构参数的调整方法

技术领域
[0001]本发明涉及二极管领域，尤其涉及一种雪崩光电二极管器件结构参数的调整方
法，还涉及一种雪崩光电二极管器件。

背景技术
[0002]近红外雪崩光电二极管在微弱光探测、红外成像以及光纤通信等传统领域中有着
极为重要的应用。而近些年来，随着量子通信，三维成像以及时间分辨光谱等新兴的光子计
数领域的快速发展，近红外雪崩光电二极管由于其成本低、技术成熟、工作温度高、可探测
通信波段以及单光子探测能力等众多的优点，使其成为单光子探测领域备受关注的主角。
[0003]近红外雪崩光电二极管的性能主要取决于器件使用的材料以及结构参数。现在通
用的雪崩光电二极管器件一般采用分离吸收-渐变-电荷-倍增(SAGCM)异质结结构，在
InGaAs(铟镓砷)/InAlAs(铟铝砷)/InP(磷化铟)近红外雪崩光电二极管中：InGaAs材料作
为雪崩光电二极管的吸收层材料，可以吸收通信波段的光(1100-1700nm)，并生成光生载流
子，与InAlAs以及InP材料晶格匹配(减少材料生长缺陷)；InAlGaAs(铟铝镓砷)材料作为渐
变层材料，减少由于能带变化带来的载流子堆积问题；I