CN117276391A - 单行载流子光电探测器及其制造方法 - Google Patents

单行载流子光电探测器及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本公开涉及单行载流子光电探测器及其制造方法。该单行载流子光电探测器包括：依次堆叠的收集层、崖层、过渡层、吸收层及电子阻挡层；其中，收集层的材料和电子阻挡层的材料分别包括InP；崖层的材料为N型掺杂的InP，崖层沿朝向收集层方向掺杂浓度逐渐减小；过渡层的材料包括InGaAsP，过渡层沿朝向收集层方向带隙由1.4nm逐渐变化至1.1nm；及吸收层的材料包括InGaAs，吸收层沿朝向收集层方向掺杂浓度逐渐减小。该单行载流子光电探测器可以实现高带宽。

Description

单行载流子光电探测器及其制造方法
技术领域
本公开涉及通信技术领域，特别是涉及单行载流子光电探测器及其制造方法。
背景技术
随着信息化社会的不断发展，物联网通信、卫星间通信、大数据、云计算、元宇宙等新兴行业对网络带宽的需求急剧增大。现有的光纤通信网络难以满足日益增长的通信容量需求，迫切需要具有更高信号处理能力的技术应用于通信链路之中。
单行载流子光电探测器利用高速电子作为信号载体，其可在超五代移动通信技术(B5G)、第六代移动通信技术(6G)以及太赫兹通信中作为光电转换的核心器件，进而越来越受到关注。目前单行载流子光电探测器已经具备处理高速、大功率光信号的能力。单行载流子光电探测器的特点为将高速电子作为单一载流子用于信号传输，大大提升了探测器的响应速度。
高频工作环境下，单行载流子光电探测器的空间电荷效应是限制其性能进一步提升的主要因素。
发明内容
基于此，提供一种单行载流子光电探测器及其制造方法，以至少能够提升带宽。
本公开实施方式提供一种单行载流子光电探测器，该单行载流子光电探测器包括：依次堆叠的收集层、崖层、过渡层、吸收层及电子阻挡层；其中，收集层的材料和电子阻挡层的材料分别包括InP；崖层的材料为N型掺杂的InP，崖层沿朝向收集层方向掺杂浓度逐渐减小；过渡层的材料包括InGaAsP，过渡层沿朝向收集层方向带隙由1.4nm逐渐变化至1.1nm；及吸收层的材料包括InGaAs，吸收层沿朝向收集层方向掺杂浓度逐渐减小。
本公开实施方式提供的单行载流子光电探测器，通过设置掺杂浓度渐变的吸收层，可以获得较强的吸收区电场来加速光生电子，继而可满足例如太赫兹通信的高带宽特性；带隙渐变的过渡层可以实现晶格匹配，同时利用带隙梯度可减弱空间电荷效应、降低器件热失效风险、提升饱和输出电流。另外，通过设置掺杂浓度渐变的崖层，有助于提升局部电场强度以加速光生电子，继而实现电子的速度过冲效应、减少电子输运至电极的时间，实现高带宽特性；此外也有利于与过渡层晶格匹配。
在一些实施方式中，崖层的材料为掺锌InP，崖层包括沿朝向收集层方向依次堆叠的第一子层、第二子层和第三子层；第一子层的掺杂浓度大于3×1018cm-3，第二子层的掺杂浓度大于1×1018cm-3，第三子层的掺杂浓度大于2×1016cm-3；第一子层、第二子层及第三子层各自沿堆叠方向的尺寸分别在5nm至20nm的范围内，第二子层沿堆叠方向的尺寸大于第一子层沿堆叠方向的尺寸，且大于第三子层沿堆叠方向的尺寸。
如此设置，崖层易于形成，且掺杂浓度梯度有利于保证器件的高带宽特性。
在一些实施方式中，第二子层沿堆叠方向的尺寸为20nm，第一子层沿堆叠方向的尺寸为10nm，第三子层沿堆叠方向的尺寸为10nm。
如此设置，保证了电场强度，又可保证电子的输送时间低。
在一些实施方式中，吸收层包括沿朝向收集层方向依次堆叠的第四子层、第五子层和第六子层；第四子层的掺杂浓度大于2×1018cm-3，第四子层沿堆叠方向的尺寸为1600nm，第五子层的掺杂浓度大于2×1017cm-3，第五子层沿堆叠方向的尺寸为100nm，第六子层的掺杂浓度大于1.5×1016cm-3，第六子层沿堆叠方向的尺寸为20nm。
如此设置，有利于保证吸收区效率，并可加速光生电子以实现高带宽。
在一些实施方式中，电子阻挡层的掺杂浓度大于2×1019cm-3，电子阻挡层沿堆叠方向的尺寸为40nm，电子阻挡层的带隙为1.4nm。
如此设置，有助于单行载流子光电探测器的小型化，并保证阻挡性能。
在一些实施方式中，单行载流子光电探测器还包括：在收集层背离崖层一侧依次堆叠的刻蚀阻挡层、第一接触层及半绝缘体衬底，以及位于电子阻挡层背向吸收层一侧的第二接触层；刻蚀阻挡层的材料包括InGaAsP；第一接触层具有N型掺杂，第二接触层具有P型掺杂；第一接触层包括在延展方向凸出于刻蚀阻挡层的接触部，延展方向垂直于堆叠方向；半绝缘体衬底的材料包括InP，半绝缘体衬底包括在延展方向凸出于第一接触层的辅助承载部。
如此设置，单行载流子光电探测器可便于与外部电连接。
在一些实施方式中，第一接触层的材料包括InP，第一接触层的掺杂浓度大于1×1016cm-3，第一接触层沿堆叠方向的尺寸为300nm。
如此设置，有助于保证第一接触层的电连接性能。
在一些实施方式中，第二接触层的材料包括InGaAs，第二接触层的掺杂浓度大于2×1019cm-3，第二接触层沿堆叠方向的尺寸为50nm。
如此设置，有助于保证第二接触层的电连接性能。
在一些实施方式中，单行载流子光电探测器还包括：第一电极和第二电极，第一电极的一端与接触部欧姆接触，第一电极的另一端连接于辅助承载部，第二电极的一端与第二接触层欧姆接触，第二电极的另一端连接于辅助承载部。
如此设置，有助于保证单行载流子光电探测器的结构强度，又便于与外部电连接。
本公开实施方式另一方面提供一种用于制造单行载流子光电探测器的方法，该方法包括：形成收集层，其中，收集层的材料包括InP；形成崖层，其中，崖层的材料为N型掺杂的InP，崖层沿朝向收集层方向掺杂浓度逐渐减小；形成过渡层，其中，过渡层堆叠于崖层背向收集层的一侧，过渡层的材料包括InGaAsP，过渡层沿朝向收集层方向带隙由1.4nm逐渐变化至1.1nm；形成吸收层，其中，吸收层堆叠于过渡层背向收集层的一侧，吸收层的材料包括InGaAs，吸收层沿朝向收集层方向掺杂浓度逐渐减小；以及形成电子阻挡层，其中，电子阻挡层堆叠于吸收层背向收集层一侧，电子阻挡层的材料包括InP。
本公开实施方式提供的方法可以制造高带宽的单行载流子光电探测器，且所制造的单行载流子光电探测器结构稳定，使用寿命好。
在一些实施方式中，该方法还包括：形成依次堆叠于半绝缘体衬底的预制第一接触层、预制刻蚀阻挡层、预制收集层、预制崖层、预制过渡层、预制吸收层、预制电子阻挡层及预制第二接触层；形成欧姆接触于预制第二接触层的第一接触电极层；刻蚀预制第二接触层至预制收集层形成第二接触层及至收集层，及刻蚀预制刻蚀阻挡层形成刻蚀阻挡层，其中，第一接触层包括在延展方向凸出于刻蚀阻挡层的接触部，延展方向垂直于堆叠方向；形成欧姆接触于接触部的第二接触电极层；刻蚀预制第一接触层形成第一接触层，半绝缘体衬底包括在延展方向凸出于第一接触层的辅助承载部；形成保护层；刻蚀保护层，形成暴露出第一接触电极层的第一接触孔和暴露出第二接触电极层的第二接触孔；形成包括第二接触电极层的第一电极，第一电极连接于辅助承载部；及形成包括第一接触电极层的第二电极，第二电极连接于辅助承载部。
如此设置，可制造结构紧凑、便于外接的单行载流子光电探测器。
附图说明
图1为本公开实施例提供的用于制造单行载流子光电探测器的方法的示意性流程框图；
图2为本公开实施方式形成的预制结构的示意性剖视图；
图3为本公开实施方式提供的单行载流子光电探测器的示意性剖视图；
图4为本公开实施方式提供的单行载流子光电探测器的示意性俯视图；
图5为本公开实施方式提供的单行载流子光电探测器的局部结构示意图；
图6为本公开实施方式提供的单行载流子光电探测器的频率响应图。
附图标记说明：1、半绝缘体衬底；101、承载部；102、辅助承载部；2、第一接触层；201、堆叠部；202、接触部；3、刻蚀阻挡层；4、收集层；5、崖层；501、第一子层；502、第二子层；503、第三子层；6、过渡层；7、吸收层；701、第四子层；702、第五子层；703、第六子层；8、电子阻挡层；9、第二接触层；10、保护层；11、第一接触电极层；12、第二接触电极层；13、第二电极部；14、第二电极；141、第一电极端子；15、第一电极部；16、第一电极；161、第二电极端子；162、第三电极端子；
100、单行载流子光电探测器；200、叠层结构。
具体实施方式
为使本公开实施方式的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本公开实施方式的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开实施方式。但是本公开实施方式能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本公开实施方式内涵的情况下做类似改进，因此本公开实施方式不受下面公开实施方式的具体实施例的限制。
在本公开实施方式的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“垂直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开实施方式和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开实施方式的限制。
在本公开实施方式中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。示例性地，第一电极也可被称作第二电极，第二电极也可被称作第一电极。在本公开实施方式的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本公开实施方式中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是柔性连接，也可以是沿至少一个方向的刚性连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或者使直接相连同时存在中间媒介，还可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。术语“安装”、“设置”、“固定”等可以广义理解为连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开实施方式中的具体含义。
本文中所使用的，术语“层”、“区”指代包括具有一定厚度的区域的材料部分。层能够水平地、垂直地和/或沿着锥形表面延伸。层能够是均匀或不均匀连续结构的区域，其垂直于延伸方向的厚度可不大于连续结构的厚度。层能够包括多个层，可以是堆叠的多个层，也可以是离散地延伸的多个层。附图中各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性地，实际可能因制造公差或技术限制而有所偏差，并可根据实际需求而调整设计。
参阅图1，图1示出了本公开实施例中用于制造单行载流子光电探测器的方法流程图。在一些实施方式中，本公开实施例提供的用于制造单行载流子光电探测器的方法1000可包括形成叠层结构的步骤。示例性地，形成叠层结构的步骤可包括步骤S201、步骤S202及步骤S203。
结合图2所示，图2示出了本公开实施例中的预制结构。在一些实施例中，形成叠层结构200的步骤可包括：形成依次堆叠的收集层4、崖层5、过渡层6、吸收层7及电子阻挡层8。图2所示的预制结构可用于形成图3所示的单行载流子光电探测器。本公开实施方式中每个步骤得到的结构可称为后续步骤的预制结构。
示例性地，用于制造单行载流子光电探测器的方法1000可包括下述步骤。
步骤S101，形成依次堆叠于半绝缘体衬底的预制第一接触层、预制刻蚀阻挡层、预制收集层、预制崖层、预制过渡层、预制吸收层、预制电子阻挡层及预制第二接触层。参考图2至图4，半绝缘体衬底1的厚度方向沿Z轴方向，其整体大致沿XY面延展。堆叠方向大致平行于Z轴方向。半绝缘体衬底1具有在延展面内划分的第一区域A、第二区域B及第三区域C，第三区域C可围绕第一区域A和第二区域B。各介质层形成时可涵盖第一区域A、第二区域B及第三区域C。
步骤S102，形成第一接触电极层。示例性地，第一接触电极层11位于预制第二接触层背向预制收集层的一侧，第一接触电极层11可位于第一区域A。预制第二接触层中位于第一区域A的部分将形成为第二接触层9。第一接触电极层11电连接于预制第二接触层，例如实现欧姆接触。
步骤S201，刻蚀预制第二接触层至预制收集层。如此可基于各预制介质层形成第二接触层9、形成电子阻挡层8、形成吸收层7、形成过渡层6、形成崖层5以及形成收集层4。第二接触层9至收集层4均可位于第一区域A。
示例性地，预制收集层的材料包括InP。预制崖层的材料为N型掺杂的InP，即对InP材料进行电子型掺杂。示例性地，可在沉积形成预制崖层时实现原位掺杂，预制崖层沿背向预制收集层方向掺杂浓度逐渐增加。参考图2，沿Z轴方向向下可称为Z轴负方向，预制崖层/崖层5的掺杂浓度可以是在Z轴负方向上连续减小或阶梯地依次减小。
示例性地，预制过渡层的材料包括InGaAsP。预制过渡层的带隙逐渐减小，具体地，预制过渡层/过渡层6的带隙在Z轴负方上由1.4nm逐渐变化至1.1nm。可在形成预制过渡层时，例如利用化学气相沉积工艺形成预制过渡层调整组分梯度，使得预制过渡层沿背向预制收集层方向带隙逐渐增加。
示例性地，预制吸收层的材料包括InGaAs。预制吸收层/吸收层7的掺杂浓度在朝向收集层的方向上逐渐减小，或者说沿Z轴正方向预制吸收层/吸收层7的掺杂浓度逐渐增大，可以是连续增大也可以是阶梯地依次增大。
示例性地，预制电子阻挡层的材料包括InP。
步骤S202，刻蚀预制刻蚀阻挡层形成刻蚀阻挡层。刻蚀阻挡层3可位于第一区域A。预制第一接触层至少包括位于第一区域A的部分和位于第二区域B的部分，其位于第二区域B的部分将会作为第一接触层2的接触部202。刻蚀阻挡层3及其上的各层沿Z轴方向的投影位于第一区域A，继而没有覆盖该接触部202。换言之，接触部202在XY面内延展凸出于刻蚀阻挡层3。
步骤S103，形成欧姆接触于接触部的第二接触电极层。形成第二接触电极层12的工艺可与形成第一接触电极层11的工艺相同。
步骤S202，刻蚀预制第一接触层形成第一接触层。预制第一接触层位于第三区域C的部分可被蚀刻；第一接触层2包括位于第一区域A的堆叠部201。示例性地，该方法1000形成叠层结构200，叠层结构200包括沿Z轴方向依次堆叠的第一接触层2、刻蚀阻挡层3、收集层4、崖层5、过渡层6、吸收层7、电子阻挡层8及第二接触层9。
半绝缘体衬底1包括在延展方向凸出于第一接触层2的辅助承载部102，及与第一接触层2堆叠的承载部101。辅助承载部102可位于第三区域C，而承载部101位于第一区域A和第二区域B。
步骤S104，形成保护层。参考图2，保护层10可连接半绝缘体衬底1，包围叠层结构200、第一接触电极层11及第二接触电极层12。示例性地，步骤S104可均匀生长出聚酰亚胺材料的保护层10。
步骤S105，形成第一接触孔和第二接触孔。具体地，可刻蚀保护层10，形成暴露出第一接触电极层11的第一接触孔和暴露出第二接触电极层12的第二接触孔。
步骤S106，形成第一电极和第二电极。
参考图3，示例性地，可形成第一电极部15，第一电极部15可填充第二接触孔并与第二接触电极层12电连接，第一电极部15延伸并连接于半绝缘体衬底1的辅助承载部102。所形成的第一电极16包括第一电极部15及第二接触电极层12。
示例性地，可形成第二电极部13，第二电极部13可填充第一接触孔并与第一接触电极层11电连接，第二电极部13延伸并连接于半绝缘体衬底1的辅助承载部102。所形成的第二电极14包括第二电极部13及第一接触电极层11。第二电极14与第一电极16间隔、不接触。
本公开实施方式提供的用于制造单行载流子光电探测器的方法容易执行，产物可靠。该方法可以形成叠层结构，用于实现高带宽的单行载流子光电探测；继而可制造单行载流子观点探测器；所形成的单行载流子光电探测器可具有高带宽、耐热、结构可靠、高寿命、大电流等至少一个有益效果。
示例性地，第一接触电极层11和第二接触电极层12都可被配置为复合金属层。该复合金属层可包括依次堆叠的第一铂层、第一钛层、第二铂层及第一金层。示例性地，第一铂层的厚度大致为20nm，第一钛层的厚度大致为20nm，第二铂层的厚度大致为20nm，第一金层的厚度大致为180nm。本公开实施方式中，各介质层的厚度可指其各处的沿堆叠方向的尺寸，也可指延伸方向各处在法线方向的尺寸。
示例性地，第一电极部15和第二电极部13均可被配置为复合金属结构。该复合金属结构可包括第二钛层和第二金层。第二钛层可用于与复合金属层的第一金层连接，第二金层可连接于第二钛层并连接于半绝缘体衬底1。第二钛层的厚度可大致为120nm，第二金层的厚度可大致为300nm。
参考图4，第二电极14位于半绝缘体衬底1的部分可形成为用于外接侧触点结构，例如为第一电极端子141。第一电极16位于半绝缘体衬底1的部分可形成为用于外接的触点结构，例如包括第二电极端子161和第三电极端子162。第二电极端子161、第一电极端子141及第三电极端子162可沿Y轴方向依次排列，构成GSG接触电极。
示例性地，可对半绝缘体衬底1进行减薄。例如可利用机械化学研磨方式对半绝缘体衬底1沿Z轴方向背离第一接触层2的部分进行研磨。减薄后的半绝缘体衬底1的厚度可为例如100μm。
参考图3和图4，本公开实施方式提供单行载流子光电探测器，其中，图4未示出保护层。本公开实施方式提供单行载流子光电探测器100可由前述的方法形成，具有高带宽的特性，可应用于例如太赫兹通信。
示例性地，单行载流子光电探测器100可包括叠层结构200。叠层结构200包括收集层4、崖层5、过渡层6、吸收层7及电子阻挡层8，这些功能层可沿Z轴方向依次堆叠。光可从收集层4这一侧照入，叠层结构200可实现光生电子由吸收层7向收集层4的移动。
示例性地，吸收层7的材料包括InGaAs。吸收层7沿朝向收集层4方向掺杂浓度逐渐减小，用以获得较强的吸收区电场以加速光生电子。单行载流子光电探测器100可实现高带宽特性，可应用于太赫兹通信或其他高频领域。
电子阻挡层8的材料和收集层4的材料分别包括InP。示例性地，收集层4的材料包括N型掺杂的InP，收集层4的掺杂浓度大于1×1016cm-3，例如1.1×1016cm-3、1.3×1016cm-3、1.5×1016cm-3，收集层4沿堆叠方向的尺寸可大致为300nm。
示例性地，崖层5的材料为N型掺杂的InP，例如掺杂有锌元素。崖层5沿朝向收集层4方向掺杂浓度逐渐减小。崖层5可实现电子的速度过冲效应，通过对掺杂浓度的设置，有利于提升局部电场强度以加速光生电子。
示例性地，过渡层6的材料包括InGaAsP。过渡层6沿朝向收集层4方向带隙由1.4nm逐渐变化至1.1nm。过渡层6通过设置组分梯度渐变实现在吸收层7与崖层5之间晶格匹配，并可利用带隙逐渐变化实现减弱空间电荷效应、降低器件热失效风险、提升饱和输出电流的效果。示例性地，电子阻挡层8的带隙不小于过渡层6的带隙。
参考图5，崖层5包括沿朝向收集层4方向依次堆叠的第一子层501、第二子层502和第三子层503。在另一些实施方式中，崖层5可包括其他数量的子层。各子层的掺杂浓度依次降低。示例性地，第一子层501的掺杂浓度大于3×1018cm-3，例如3.1×1018cm-3、3.5×1018cm-3、3.8×1018cm-3；第二子层502的掺杂浓度大于1×1018cm-3，例如1.3×1018cm-3、1.5×1018cm-3、1.8×1018cm-3、2×1018cm-3；第三子层503的掺杂浓度大于2×1016cm-3，例如2.1×1016cm-3、2.2×1016cm-3、2.3×1016cm-3。
崖层5的厚度可小于吸收层7的厚度，并可小于收集层4的厚度。示例性地，崖层5的各子层沿堆叠方向的尺寸在5nm至20nm的范围内。第二子层502沿堆叠方向的尺寸大于第一子层501沿堆叠方向的尺寸，且大第三子层503沿堆叠方向的尺寸。如此设置，有助于光生电子快速地通过崖层5，有利于高带宽的实现。
可选地，第二子层502的厚度可例如大致为20nm、17nm、14nm、10nm。第一子层501的厚度可例如大致为15nm、10nm、8nm、5nm。第三子层503的厚度可大致为15nm、10nm、8nm、5nm。示例性地，第二子层502的厚度为20nm。第一子层501的厚度为10nm，第三子层503的厚度为10nm。崖层5易于形成且性能可靠。
示例性地，吸收层7包括第四子层701、第五子层702及第六子层703。这些子层沿朝向收集层4方向依次堆叠且掺杂浓度依次减小。在另一些实施方式中，吸收层7包括其他数量的子层。示例性地，第四子层701的掺杂浓度大于2×1018cm-3，例如2.1×1018cm-3、2.5×1018cm-3、2.8×1018cm-3；第五子层702的掺杂浓度大于2×1017cm-3，例如2.5×1017cm-3、3×1017cm-3、3.5×1017cm-3；第六子层703的掺杂浓度大于1.5×1016cm-3，例如1.6×1016cm-3、1.8×1016cm-3、1.9×1016cm-3。
在一些实施方式中，第四子层701沿堆叠方向的尺寸大致为1600nm，第五子层702沿堆叠方向的尺寸大致为100nm，第六子层703沿堆叠方向的尺寸大致为20nm。通过设置第四子层701的厚度远超其他掺杂浓度较低子层的厚度，有助于保证吸收层7对光的吸收效果。
示例性地，电子阻挡层8的掺杂浓度大于2×1019cm-3，例如2.5×1019cm-3；电子阻挡层8沿堆叠方向的尺寸为40nm，电子阻挡层8的带隙为1.4nm，有利于保证电子阻挡层8的性能。
单行载流子光电探测器100的叠层结构200还包括：刻蚀阻挡层3、第一接触层2、半绝缘体衬底1以及第二接触层9。刻蚀阻挡层3、第一接触层2及半绝缘体衬底1在收集层4背离崖层5一侧依次堆叠。第二接触层9位于电子阻挡层8背向吸收层7一侧。
第一接触层2可具有N型掺杂，第二接触层9可具有P型掺杂。第一接触层2包括在延展方向(例如沿XY面)凸出于刻蚀阻挡层3的接触部202。第一接触层2和第二接触层9用于引出电流。该叠层结构200可在同一侧引出电路。继而保证半绝缘体衬底1的安装特性好。
示例性地，第一接触层2的材料包括InP，第一接触层2的掺杂浓度大于1×1016cm-3，例如1.1×1016cm-3、1.3×1016cm-3、1.5×1016cm-3，第一接触层2沿堆叠方向的尺寸为300nm。示例性地，第二接触层9的材料包括InGaAs，第二接触层9的掺杂浓度大于2×1019cm-3，第二接触层9沿堆叠方向的尺寸为50nm。
示例性地，刻蚀阻挡层3的材料包括InGaAsP。半绝缘体衬底1包括在延展方向凸出于第一接触层2的辅助承载部102。刻蚀阻挡层3用以保证收集层4和第一接触层2的电连接性能，并在制造过程中保证台阶形状的形成。半绝缘体衬底1的材料包括InP，可以为N型掺杂。
示例性地，单行载流子光电探测器100还包括第一电极16和第二电极14。第一电极16的一端与接触部202欧姆接触，第一电极16的另一端连接于辅助承载部102。第二电极14的一端与第二接触层9欧姆接触，第二电极14的另一端连接于辅助承载部102。通过设置第一电极16可第二电极14，便于电流的输出。
参考图6，本公开实施方式提供的单行载流子光电探测器100的截止频率-f3db＝86GHz。该单行载流子光电探测器100可应用于高频环境，带宽较大。
以上公开的各实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上公开的实施例中，除非另有明确的规定和限定，否则不限制各步骤的执行顺序，例如可以并行执行，也可以不同次序地先后执行。各步骤的子步骤还可以交错地执行。可以使用上述各种形式的流程，还可重新排序、增加或删除步骤，只要能够实现本公开实施方式提供的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
以上公开的实施例仅表达了本发明创造的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明创造的专利保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明创造要求的专利保护范围。因此，本发明创造的专利保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.单行载流子光电探测器，其特征在于，包括：依次堆叠的收集层、崖层、过渡层、吸收层及电子阻挡层；
其中，所述收集层的材料和所述电子阻挡层的材料分别包括InP；
所述崖层的材料为N型掺杂的InP，所述崖层沿朝向所述收集层方向掺杂浓度逐渐减小；
所述过渡层的材料包括InGaAsP，所述过渡层沿朝向所述收集层方向带隙由1.4nm逐渐变化至1.1nm；及
所述吸收层的材料包括InGaAs，所述吸收层沿朝向所述收集层方向掺杂浓度逐渐减小。
2.根据权利要求1所述的单行载流子光电探测器，其中，所述崖层的材料为掺锌InP，所述崖层包括沿朝向所述收集层方向依次堆叠的第一子层、第二子层和第三子层；
所述第一子层的掺杂浓度大于3×1018cm-3，所述第二子层的掺杂浓度大于1×1018cm-3，所述第三子层的掺杂浓度大于2×1016cm-3；
所述第一子层、所述第二子层及所述第三子层各自沿堆叠方向的尺寸分别在5nm至20nm的范围内，所述第二子层沿所述堆叠方向的尺寸大于所述第一子层沿所述堆叠方向的尺寸，且大于所述第三子层沿所述堆叠方向的尺寸。
3.根据权利要求2所述的单行载流子光电探测器，其中，所述第二子层沿所述堆叠方向的尺寸为20nm，所述第一子层沿所述堆叠方向的尺寸为10nm，所述第三子层沿所述堆叠方向的尺寸为10nm。
4.根据权利要求1所述的单行载流子光电探测器，其中，所述吸收层包括沿朝向所述收集层方向依次堆叠的第四子层、第五子层和第六子层；
所述第四子层的掺杂浓度大于2×1018cm-3，所述第四子层沿堆叠方向的尺寸为1600nm，所述第五子层的掺杂浓度大于2×1017cm-3，所述第五子层沿所述堆叠方向的尺寸为100nm，所述第六子层的掺杂浓度大于1.5×1016cm-3，所述第六子层沿所述堆叠方向的尺寸为20nm。
5.根据权利要求1所述的单行载流子光电探测器，其中，所述电子阻挡层的掺杂浓度大于2×1019cm-3，所述电子阻挡层沿堆叠方向的尺寸为40nm，所述电子阻挡层的带隙为1.4nm。
6.根据权利要求1所述的单行载流子光电探测器，其中，还包括：在所述收集层背离所述崖层一侧依次堆叠的刻蚀阻挡层、第一接触层及半绝缘体衬底，以及位于所述电子阻挡层背向所述吸收层一侧的第二接触层；
所述刻蚀阻挡层的材料包括InGaAsP；
所述第一接触层具有N型掺杂，所述第二接触层具有P型掺杂；
所述第一接触层包括在延展方向凸出于所述刻蚀阻挡层的接触部，所述延展方向垂直于堆叠方向；
所述半绝缘体衬底的材料包括InP，所述半绝缘体衬底包括在所述延展方向凸出于所述第一接触层的辅助承载部。
7.根据权利要求6所述的单行载流子光电探测器，其中，所述第一接触层的材料包括InP，所述第一接触层的掺杂浓度大于1×1016cm-3，所述第一接触层沿所述堆叠方向的尺寸为300nm。
8.根据权利要求6所述的单行载流子光电探测器，其中，所述第二接触层的材料包括InGaAs，所述第二接触层的掺杂浓度大于2×1019cm-3，所述第二接触层沿所述堆叠方向的尺寸为50nm。
9.根据权利要求6所述的单行载流子光电探测器，其中，还包括：第一电极和第二电极，
所述第一电极的一端与所述接触部欧姆接触，所述第一电极的另一端连接于所述辅助承载部，
所述第二电极的一端与所述第二接触层欧姆接触，所述第二电极的另一端连接于所述辅助承载部。
10.用于制造单行载流子光电探测器的方法，其特征在于，包括：
形成收集层，其中，所述收集层的材料包括InP；
形成崖层，其中，所述崖层的材料为N型掺杂的InP，所述崖层沿朝向所述收集层方向掺杂浓度逐渐减小；
形成过渡层，其中，所述过渡层堆叠于所述崖层背向所述收集层的一侧，所述过渡层的材料包括InGaAsP，所述过渡层沿朝向所述收集层方向带隙由1.4nm逐渐变化至1.1nm；
形成吸收层，其中，所述吸收层堆叠于所述过渡层背向所述收集层的一侧，所述吸收层的材料包括InGaAs，所述吸收层沿朝向所述收集层方向掺杂浓度逐渐减小；以及
形成电子阻挡层，其中，所述电子阻挡层堆叠于所述吸收层背向所述收集层一侧，所述电子阻挡层的材料包括InP。
11.根据权利要求10所述的用于制造单行载流子光电探测器的方法，其中，还包括：
形成依次堆叠于半绝缘体衬底的预制第一接触层、预制刻蚀阻挡层、预制收集层、预制崖层、预制过渡层、预制吸收层、预制电子阻挡层及预制第二接触层；
形成欧姆接触于所述预制第二接触层的第一接触电极层；
刻蚀所述预制第二接触层至所述预制收集层形成第二接触层及至所述收集层，及刻蚀所述预制刻蚀阻挡层形成刻蚀阻挡层，其中，所述第一接触层包括在延展方向凸出于所述刻蚀阻挡层的接触部，所述延展方向垂直于堆叠方向；
形成欧姆接触于所述接触部的第二接触电极层；
刻蚀所述预制第一接触层形成第一接触层，所述半绝缘体衬底包括在所述延展方向凸出于所述第一接触层的辅助承载部；
形成保护层；
刻蚀所述保护层，形成暴露出所述第一接触电极层的第一接触孔和暴露出所述第二接触电极层的第二接触孔；
形成包括所述第二接触电极层的第一电极，所述第一电极连接于所述辅助承载部；及形成包括所述第一接触电极层的第二电极，所述第二电极连接于所述辅助承载部。
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