CN206370429U - 一种用于可见光通信的InGaN量子点光电探测器 - Google Patents
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Abstract
一种用于可见光通信的InGaN量子点光电探测器,包括由下往上依次设置的衬底、n型GaN层、InGaN/GaN量子点结构层和p型GaN层,在p型GaN层的表面上设置有p型GaN欧姆接触结构,在n型GaN层露出的表面上设置有n型GaN欧姆接触结构,所述InGaN/GaN量子点结构层为(InGaN)n/(GaN)(n+1)的周期性结构,周期数n为1‑20,每层InGaN量子点的厚度为1‑5nm。本实用新型通过较薄的InGaN量子点即可以实现较高吸收系数,从而提高器件的量子效率和响应度,避免了传统InGaN基光电探测器中因为吸收系数低,需要外延厚膜InGaN层的工艺缺点,从而解决了InGaN材料生长中的一系列难题。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体光电子器件技术领域,具体是涉及一种用于可见光通信的InGaN量子点光电探测器。
背景技术
近年来,随着白光发光二极管被应用于通信系统的信号发射端,可见光通信技术(Visible-Light Communication,VLC)成为半导体照明向超越照明发展的重要趋势之一,同时VLC作为物联网领域的一种新技术、作为短距离通信方式的一种补充,引起了越来越多的关注。VLC技术是以可见光波(波长为380~780nm)作为传输媒介的一种短距离光无线通信方式,与通常采用的WiFi、ZigBee、RFID 等无线电波通信方式相比,具有对传输速率快、保密性好、无电磁污染、频谱无需授权等诸多优点。
然而,现行的VLC技术中,仍存在一些突出的问题,需要进一步的研究。目前可见光通信常用的光电探测器主要有三种:普通光电二极管(PD)(常用材料为Si和GaP)、雪崩光电二极管(APD)、图像传感器(阵列集成式PD),这些光电探测器虽然具有材料体系成熟、工艺技术稳定的优点、能够满足现有调制带宽与传输速率要求。但是这些探测器也存在光电转换效率不高、容易受到环境光背景干扰、灵敏度低、体积大、不利于集成等不足,严重限制了可见光通信技术的进一步发展。
相对于传统的Si、GaP材料,InGaN半导体因其较高的饱和电子迁移速率、波长可调范围广等的优点成为新型光电探测器的理想材料。同时,目前在VLC系统中用作发射端光源的白光LED主要有两种形式:1)InGaN/GaN多重量子阱蓝光LED激发黄光荧光粉发出白光;2)InGaN蓝光LED与红、绿LED组合发出白光,因此以InGaN为感光材料能够使探测器的吸收光谱与光源的发射光谱保持一致,由此可见,InGaN基可见光探测器在高速高效可见光通信中具有极大潜力。
InGaN基光电探测器主要有肖特基型、MSM型、p-i-n多量子阱型等结构类型,为保证量子效率和响应度,均需要生长比较厚的InGaN材料以增加对光子的吸收率。然而,由于InGaN的面内晶格常数比GaN大,在GaN上生长InGaN时,存在着因晶格失配引起的压应力,且随着InGaN厚度的增加,压应力会逐渐增大,形成三维岛状结构或者生成大量位错,使得晶体质量严重恶化。因此,生长高质量的厚膜InGaN材料仍面临着技术挑战,限制了InGaN基光电探测器在VLC系统中的实际应用。
发明内容
本实用新型的目的在于针对上述存在问题和不足,提供一种结构简单可靠、使用安全、制造容易、材料厚度小的用于可见光通信的InGaN量子点光电探测器。
本实用新型的技术方案是这样实现的:
本实用新型所述的用于可见光通信的InGaN量子点光电探测器,包括具有p-i-n结构的InGaN量子点光电探测器本体,其特点是:所述InGaN量子点光电探测器本体包括由下往上依次设置的衬底、n型GaN层、InGaN/GaN量子点结构层和p型GaN层,其中所述p型GaN层的表面上设置有p型GaN欧姆接触结构,所述InGaN量子点光电探测器本体的一侧设置有缺口,通过所述缺口使n型GaN层露出表面,且在该表面上设置有n型GaN欧姆接触结构,所述InGaN/GaN量子点结构层为(InGaN)n/(GaN)(n+1)的周期性结构,周期数n为1-20,每层InGaN量子点的厚度为1-5nm。
其中,所述衬底为蓝宝石衬底、SiC衬底、GaN衬底、AlN衬底、MoW衬底或其它可以生长GaN材料的衬底。
所述n型GaN层、InGaN/GaN量子点结构层和p型GaN层采用金属有机物化学气相衬底外延法(MOCVD)、分子束外延法(MBE)或氢化物气相外延法(HVPE)进行设置。
本实用新型所述的p-i-n结构InGaN基量子点光电探测器工作原理如下:当光子能量大于InGaN禁带宽度时,将激发InGaN产生电子-空穴对,电子和空穴作为光生载流子,一部分在量子点中弛豫到基态并进行辐射复合或非辐射复合;另一部分则逸出量子点并在电场的作用下作漂移运动,其中电子移向n区,空穴移向p区,形成光生电流。本实用新型所述的量子点光电探测器结构中,光激发产生的电子回到基态需要几百ps,而电子逃逸出量子点的时间只需要fs量级,因而电子更容易逸出量子点;本实用新型所述的量子点光电探测器具有p-i-n结构,通过调整p区和n区的掺杂浓度,其电场分布能够平衡电子的传输速率去匹配空穴的传输速率,有利于空穴的输运,减少由于空穴累积而产生的电流阻塞效应,使光生载流子可以持续从量子点传输出来,对光子吸收具有正反馈作用,从而提高了InGaN量子点光电探测器的吸收系数。
本实用新型与现有技术相比,具有以下优点:
本实用新型提出的一种具有p-i-n结构的InGaN量子点光电探测器,因为其具有高的光电吸收系数,从而提高了系统的量子效率,增加了器件的响应度,实现了InGaN基可见光探测器在VLC中的应用,而且只需很薄的InGaN的量子点就可以实现可见光通信中光电探测器的需求,这就避免了传统InGaN基光电探测器中因为吸收系数低,需要较厚的InGaN层作为光吸收层的缺点,从而解决了InGaN材料生长中的一系列难题。
下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。
附图说明
图1为本实用新型实施例一制备InGaN量子点光电探测器的工艺流程图。
图2为本实用新型实施例一制备的InGaN量子点光电探测器的结构示意图。
具体实施方式
实施例一:
如图1-2所示,本实用新型实施例提供了一种InGaN量子点光电探测器的制造方法和通过该方法制备的芯片的结构,其制备方法包括以下步骤:
步骤一:在衬底1(该衬底1为蓝宝石衬底)上采用MOCVD依次外延生长n型GaN层2、InGaN/GaN量子点结构层3和p型GaN层4,具体的量子点结构为一层GaN/InGaN/GaN量子点结构,该InGaN量子点结构的厚度为5nm;
步骤二:通过光刻和干法刻蚀的方法去除部分的p型GaN层、InGaN/GaN量子点结构层和n型GaN层,使n型GaN层2露出表面21;
步骤三:在p型GaN层4的表面41上制备p型GaN欧姆接触结构6,并在n型GaN层2露出的表面21上制备n型GaN欧姆接触结构7,即完成InGaN/GaN量子点光电探测器的制备。
通过上述步骤制备的InGaN量子点光电探测器如图2所示,包括蓝宝石衬底、n型GaN层2、InGaN/GaN量子点结构层3、p型GaN层4、p型GaN欧姆接触结构6和n型GaN欧姆接触结构7。由于在上述步骤二中,通过光刻和干法刻蚀的方法去除了部分的p型GaN层、InGaN/GaN量子点结构层和n型GaN层,因此在InGaN量子点光电探测器的一侧形成有缺口5,而该缺口5的底面即为n型GaN层2露出的表面21。
实施例二:
该实施例与实施例一的不同之处在于:
步骤一:在SiC衬底上采用MBE依次外延生长n型GaN层、InGaN/GaN量子点结构层和p型GaN层,具体的量子点结构为一层(InGaN)5/(GaN)6量子点结构,该InGaN量子点结构的厚度为4nm。
实施例三:
该实施例与实施例一的不同之处在于:
步骤一:在GaN衬底上采用HVPE依次外延生长n型GaN层、InGaN/GaN量子点结构层和p型GaN层,具体的量子点结构为一层(InGaN)10/(GaN)11量子点结构,该InGaN量子点结构的厚度为3nm。
实施例四:
该实施例与实施例一的不同之处在于:
步骤一:在AlN衬底上采用MBE依次外延生长n型GaN层、InGaN/GaN量子点结构层和p型GaN层,具体的量子点结构为一层(InGaN)15/(GaN)16量子点结构,该InGaN量子点结构的厚度为2nm。
实施例五:
该实施例与实施例一的不同之处在于:
步骤一:在MoW衬底上采用MOCVD依次外延生长n型GaN层、InGaN/GaN量子点结构层和p型GaN层,具体的量子点结构为一层(InGaN)20/(GaN)21量子点结构,该InGaN量子点结构的厚度为1nm。
本实用新型是通过实施例来描述的,但并不对本实用新型构成限制,参照本实用新型的描述,所公开的实施例的其他变化,如对于本领域的专业人士是容易想到的,这样的变化应该属于本实用新型权利要求限定的范围之内。
Claims (3)
1.一种用于可见光通信的InGaN量子点光电探测器,包括具有p-i-n结构的InGaN量子点光电探测器本体,其特征在于:所述InGaN量子点光电探测器本体包括由下往上依次设置的衬底(1)、n型GaN层(2)、InGaN/GaN量子点结构层(3)和p型GaN层(4),其中所述p型GaN层(4)的表面(41)上设置有p型GaN欧姆接触结构(6),所述InGaN量子点光电探测器本体的一侧设置有缺口(5),通过所述缺口(5)使n型GaN层(2)露出表面(21),且在该表面(21)上设置有n型GaN欧姆接触结构(7),所述InGaN/GaN量子点结构层(3)为(InGaN)n/(GaN)(n+1)的周期性结构,周期数n为1-20,每层InGaN量子点的厚度为1-5nm。
2.根据权利要求1所述的用于可见光通信的InGaN量子点光电探测器,其特征在于:所述衬底(1)为蓝宝石衬底、SiC衬底、GaN衬底、AlN衬底或MoW衬底。
3.根据权利要求1所述的用于可见光通信的InGaN量子点光电探测器,其特征在于:所述n型GaN层(2)、InGaN/GaN量子点结构层(3)和p型GaN层(4)采用金属有机物化学气相衬底外延法(MOCVD)、分子束外延法(MBE)或氢化物气相外延法(HVPE)进行设置。
Priority Applications (1)
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CN201720003605.5U CN206370429U (zh) | 2017-01-04 | 2017-01-04 | 一种用于可见光通信的InGaN量子点光电探测器 |
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Publications (1)
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN106653896A (zh) * | 2017-01-04 | 2017-05-10 | 广东省半导体产业技术研究院 | 一种用于可见光通信的InGaN量子点光电探测器及其制备方法 |
CN111200029A (zh) * | 2020-01-13 | 2020-05-26 | 五邑大学 | 一种光电探测器及其制备方法与应用 |
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2017
- 2017-01-04 CN CN201720003605.5U patent/CN206370429U/zh not_active Withdrawn - After Issue
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