TWI722305B - 第二型混成吸收光偵測器 - Google Patents

Abstract

一種第二型混成吸收光偵測器，係具有高功率性能在兆赫茲頻段(THz regime)之超快速光偵測器。透過基於在InP之單載子傳輸光二極體結構中使用第二型能帶排列P⁺-GaAs_0.5Sb_0.5/i-In_0.53Ga_0.47As的混合吸收層，其響應性可以藉由第二型(type-II)界面的GaAs_0.5Sb_0.5與In_0.53Ga_0.47As第二、一吸收層之間窄帶隙與光吸收過程的增強而有效提升。此外，由於從GaAs_0.5Sb_0.5吸收層向基底InP集極層注入光電子產生的高能量可以將電流阻塞效應最小化。而由覆晶式鍵合封裝在3μm直徑的主動區元件，可在所有電信波長報導中之超快速光偵測器中表現出合理的響應度(0.11A/W)與記錄寬的3dB O-E頻寬(0.33THz)。在具有正弦之光信號與PD激發之~63%調製深度下，成功地證明了其在0.32THz之工作頻率下，超過13mA之飽和電流與連續波輸出功率高達-3dBm。

Description

第二型混成吸收光偵測器

本發明係有關於一種第二型混成吸收光偵測器，尤指涉及一種在元件中使用type-II(P⁺-GaAs_0.5Sb_0.5/i-In_0.53Ga_0.47As)p型部分空乏吸收層(PDA)，特別係指此第二型(type-II)異質結構有效帶隙之變窄可以改善內部吸收過程與響應性能者。

傳統P-I-N光偵側器係在P⁺區域與N⁺區域之間插入一層本質區域當作吸收層使用，其本質區域寬度比一個正常的PN接面之空乏電荷區域寬度大非常多，假設外加偏壓在二極體兩邊，則空乏區主要會往濃度較低之一邊延展，因此如果外加一個反向偏壓到P-I-N光偵側器，由於本質區域內自由載子濃度非常低，故在很低之逆向偏壓下，空乏電荷區域便會完全延伸至整個本質區域。在傳統P-I-N光偵側器之設計上功率與頻寬有很大取捨(trade-off)，為了要讓元件有較高之速度，在結構設計上必須將本質區做薄；然而若考慮要擁有較高之響應度或是量子效率，則需要將本質區增厚，但響應度與頻寬均為評斷光偵側器好壞之標準，因此這是在設計傳統P-I-N光偵側器上所不可避免的一個嚴重的設計牴觸。

由於P-I-N光偵測器並沒有內部之光增益，因此其最大之內部光增益為100%。除此之外，傳統P-I-N光偵測器之速度表現主要受限於傳輸時間效應及電路參數。在空乏區內之傳輸時間係由本質區域寬度及載子傳輸速度來決定。在本質區域內，載子係以漂移速度進行傳輸，因 此決定載子於本質區內之傳輸時間主要還是本質區域寬度；在P⁺與N⁺區內，載子係以擴散之方式來傳輸，由於擴散速度遠較漂移速度來得慢，此區域之傳輸時間通常會造成傳統P-I-N光偵測器響應速度之降低。另一個影響頻寬之因素為電路參數，即P-I-N光偵測器之元件電容，而此限制因素可透過元件尺寸之縮小來克服。除了上述之缺點之外，一般傳統P-I-N光偵測器存在一個最嚴重之問題：在高光功率照射操作下，傳統P-I-N光偵測器會因為外加電場被內部光激發載子所感應之空間電場遮蔽，造成速度表現變差與輸出電功率無法上升之缺點。

鑑於傳統之P-I-N吸光層係設計在本質區域吸光，由於本質區吸光後產生電子電洞對，會因為電場的關係電洞向P⁺區域漂移而電子向N⁺區域漂移，但考慮到電洞速度遠慢於電子速度，導致電洞會容易累積在本質區，形成電場遮蔽效應，導致內部電場變小，所以載子排出速度變慢，影響到輸出功率，其可由下列公式得知，最大輸出電流之大小與載子速度係呈現正比之關係。P-I-N光偵側器由於電洞速度較慢，所以特性之表現都需考慮到電洞速度之問題。

單載子傳輸光二極體(Uni-Traveling-Carrier Photodiode,UTC-PD)之本質層係由一個P型窄能帶之吸光層以及一非摻雜(或N型輕摻雜)寬能帶之集極區(Collector layer)所構成，由於在P型摻雜區吸光後產生電子電洞對，電洞在P型摻雜區屬於多數載子，所以電洞可以很快地弛張到接觸金屬上，因此在單載子傳輸光偵測器中，電子係唯一的工作電荷，並且由電子之傳輸時間來決定單載子傳輸光偵測器之延 遲時間，這與傳統之P-I-N光偵側器電子電洞均為工作電荷之情況相比係非常不同的。由上述公式可以看出由於載子速度係由電子所主導，與P-I-N由電洞所主導係有明顯的不同，所以單載子傳輸光偵測器會擁有比傳統P-I-N更大的最大輸出電流。另外單載子傳輸光偵測器所形成之空間電荷遮蔽效應也與傳統P-I-N光偵側器有明顯的不同。在單載子傳輸光二極體中由電子決定元件表現之特性，讓電子速度較電洞速度快之特點得到完全發揮，此項電子之基本特性使單載子傳輸光二極體在響應速度之表現上擁有驚人之成果，且同時擁有超高之輸出飽和電流與高速之表現。在單載子傳輸光二極體設計上，由於P型光吸收層之出現，使得可分開決定P型吸光層厚度及本質層厚度，讓元件在頻寬與響應度上都有很好之表現，而不再需要考慮傳統P-I-N光偵測器在響應度與頻寬上之設計牴觸。雖然結構將傳統P-I-N光偵測器中之吸光區域，從本質層轉移到P型摻雜層，並將原本之本質層取代為不吸光之磷化銦(InP)材料，此種結構不但解決了空間電場遮蔽效應，也減緩傳統P-I-N結構中因電洞累積所造成之飽和現象，更讓單載子傳輸光偵測器擁有如此傑出之3dB頻寬與輸出飽和電流。惟其在實際使用上卻仍存在一些問題，單載子傳輸光二極體需在低偏壓下才能發揮彈道傳輸之效果，然而在低偏壓操作下外部之負載電阻效應將會主導元件之功率表現，當高功率產生時大量的光電流將流經負載電阻並形成與元件偏壓極性相反之電場，所以為求有高之功率表現，一般將單載子傳輸光偵測器元件操作在較高之偏壓下，但卻需犧牲載子之飄移速度。

此外，當單載子傳輸光偵測器操作在極高功率下時，在原本的未摻雜層出現了電流阻斷(Current Blocking)之效應，電子開始累積在能帶 之邊緣，元件因而產生飽和及速度降低之現象，因此為了解決這個問題最直接之方法即是在其中加入N型之摻雜，藉以提高其功率表現，然而此舉卻犧牲了崩潰電壓，因此崩潰電壓與輸出功率在此層之摻雜上存在設計之牴觸。故，一般習用者係無法符合使用者於實際使用時之所需。

本發明之主要目的係在於，克服習知技藝所遭遇之上述問題並提供一種透過在基底為InP之單載子傳輸光二極體結構中使用第二型能帶排列(type-II band alignment)P⁺-GaAs_0.5Sb_0.5/i-In_0.53Ga_0.47As的混合吸收層，俾以該第二型(type-II)界面的GaAs_0.5Sb_0.5與In_0.53Ga_0.47As第二、一吸收層之間窄帶隙與光吸收過程的增強而有效提升響應性之第二型混成吸收光偵測器。

本發明之次要目的係在於，提供一種由於從GaAs_0.5Sb_0.5吸收層向基底InP集極層注入光電子產生的高能量可以將電流阻塞效應最小化之第二型混成吸收光偵測器。

本發明之另一目的係在於，提供一種經由覆晶式鍵合(flip-chip bonding)封裝，可在所有通信波長(1.3~1.55μm)報導中之超快速光偵測器中表現出合理的響應度(0.11A/W)與記錄寬的3dB O-E頻寬(0.33THz)之第二型混成吸收光偵測器。

本發明之再一目的係在於，提供一種在具有正弦之光信號與光偵測器激發之~63%調製深度下，成功地證明了其在0.32THz之工作頻率下，超過13mA之飽和電流與連續波(CW)輸出功率高達-3dBm之第二型混成吸收光偵測器。

為達以上之目的，本發明係一種第二型混成吸收光偵測器，係包括： 一N型接觸層(Contact layer)，係為N⁺-型摻雜之第一半導體；一集極層(Collector layer)，係為無摻雜之第二半導體，設置於該N型接觸層上；一漸變層(Graded layer)，係為N型摻雜之第三半導體，設置於該集極層上；一第一吸收層(Absorption layer)，係為無摻雜之第四半導體，設置於該漸變層上；一第二吸收層，係為P⁺-型摻雜之第五半導體，設置於該第一吸收層上，且與該第一吸收層之間的界面形成一窄帶隙；一電子阻擋層(Electron blocking layer)，係為P⁺-型摻雜之第六半導體，設置於該第二光吸收層上；以及一P型漸變接觸層(Field Control Layer)，係為P⁺-型摻雜之第七半導體，設置於該電子阻擋層上；該第二型混成吸收光偵測器係由上述N型接觸層、收集層、漸變層、第一吸收層、第二吸收層、電子阻擋層以及P型漸變接觸層所組成之磊晶結構，且該第二吸收層係具有90±2nm厚度與漸變摻雜分佈的P⁺-型砷銻化鎵(P⁺-GaAs_0.5Sb_0.5)吸收層，該第一吸收層係具有70±2nm厚度未摻雜的砷化銦鎵(i-In_0.53Ga_0.47As)吸收層，基於在單載子傳輸光二極體(Uni-Traveling-Carrier Photodiode,UTC-PD)結構中使用第二型能帶排列(type-II band alignment)P⁺-GaAs_0.5Sb_0.5/i-In_0.53Ga_0.47As的混合吸收層，俾以該第二型(type-II)界面的GaAs_0.5Sb_0.5與In_0.53Ga_0.47As第二、一吸收層之間窄帶隙與光吸收過程的增強而有效提升響應性。

於本發明上述實施例中，該磊晶結構係成長於一半絕緣之半導體基板上。

於本發明上述實施例中，更進一步包含一金屬導電層，係設置於該P型漸變接觸層上。

於本發明上述實施例中，該N型接觸層之厚度係為700±20nm。

於本發明上述實施例中，該集極層之厚度係為100±20nm。

於本發明上述實施例中，該漸變層之厚度係為20±2nm。

於本發明上述實施例中，該電子阻擋層之厚度係為7±1nm。

於本發明上述實施例中，該P型漸變接觸層之厚度係為15±2nm。

於本發明上述實施例中，該N型接觸層為N⁺-型磷化銦(InP)、該集極層為無摻雜之InP、該漸變層為N型砷化鋁銦鎵(InAlGaAs)、該第一吸收層為無摻雜之砷化銦鎵(InGaAs)、該第二吸收層為P⁺-型砷銻化鎵(GaAsSb)、該電子阻擋層為P⁺-型砷銻化鋁鎵(AlGaAsSb)、以及該P型漸變接觸層為P⁺-型InGaAs。

於本發明上述實施例中，該漸變層為N^--型In_0.52Al_yGa_(0.48-y)As，且y係為0.04~0.25。

於本發明上述實施例中，該電子阻擋層為P⁺-型之Al_0.3Ga_0.7As_0.5Sb_0.5。

於本發明上述實施例中，該P型漸變接觸層為P⁺-型之In_0.53Ga_0.47As。

1:磊晶結構

10:半導體基板

11:N型接觸層

12:集極層

13:漸變層

14:第一吸收層

15:第二吸收層

16:電子阻擋層

17:P型漸變接觸層

18:金屬導電層

第1A圖，係本發明第二型混成吸收光偵測器之概念剖面示意圖。

第1B圖，係本發明第二型混成吸收光偵測器之能階示意圖。

第2圖，係本發明以具有3μm有效直徑之光偵測器A在不同輸出光電流下測量之偏壓依賴O-E頻率響應圖。

第3圖，係本發明以具有5μm有效直徑之光偵測器A在不同輸出光電流下測量之偏壓依賴O-E頻率響應圖。

第4圖，係本發明以具有8μm有效直徑之光偵測器A在不同輸出光電流下測量之偏壓依賴O-E頻率響應圖。

第5圖，係本發明提取之RC頻寬量測結果示意圖

第6圖，係本發明在不同的反向偏壓下測量之光生MMW功率對具 有3μm有效直徑之光偵測器A之輸出光電流示意圖。

請參閱『第1A圖~第6圖』所示，係分別為本發明第二型混成吸收光偵測器之概念剖面示意圖、本發明第二型混成吸收光偵測器之能階示意圖、本發明以具有3μm有效直徑之光偵測器A在不同輸出光電流下測量之偏壓依賴O-E頻率響應圖、本發明以具有5μm有效直徑之光偵測器A在不同輸出光電流下測量之偏壓依賴O-E頻率響應圖、本發明以具有8μm有效直徑之光偵測器A在不同輸出光電流下測量之偏壓依賴O-E頻率響應圖、本發明提取之RC頻寬量測結果示意圖、以及本發明在不同的反向偏壓下測量之光生MMW功率對具有3μm有效直徑之光偵測器A之輸出光電流示意圖。如圖所示：本發明係一種第二型混成吸收光偵測器，其由下至上係由一N型接觸層(Contact layer)11、一集極層(Collector layer)12、一漸變層(Graded layer)13、一第一吸收層(Absorption layer)14、一第二吸收層15、一電子阻擋層(Electron blocking layer)16、一P型漸變接觸層(Field Control Layer)17所組成之磊晶結構1，藉由基於在單載子傳輸光二極體(Uni-Traveling-Carrier Photodiode,UTC-PD)結構中使用第二型能帶排列(type-II band alignment)P⁺-GaAs_0.5Sb_0.5/i-In_0.53Ga_0.47As的混合吸收層，俾以該第二型(type-II)界面的GaAs_0.5Sb_0.5與In_0.53Ga_0.47As吸收層之間窄帶隙與光吸收過程的增強而有效提升響應性。

上述所提N型接觸層11係為N⁺-型摻雜之InP，用以作為N型電極；其中該N型歐姆接觸層23之厚度係為700±20nm。

該集極層12係為無摻雜之InP，設置於該N型接觸層11上；其中該集極層12之厚度係為100±20nm。

該漸變層13係為N型摻雜之砷化鋁銦鎵(InAlGaAs)，設置於該集極層12上；其中該漸變層13之厚度係為20±2nm。

該第一吸收層14係為無摻雜之砷化銦鎵(InGaAs)，設置於該漸變層13上；其中該第一吸收層14之厚度係為70±2nm。

該第二吸收層15係為P⁺-型摻雜之砷銻化鎵(GaAsSb)，設置於該第一吸收層14上，且與該第一吸收層14之間的界面形成一窄帶隙；其中該第二吸收層15之厚度係為90±2nm。

該電子阻擋層16係為P⁺-型摻雜之砷銻化鋁鎵(AlGaAsSb)，設置於該第二光吸收層15上；其中該電子阻擋層16之厚度係為7±1nm。

該P型漸變接觸層17係為P⁺-型摻雜之InGaAs，設置於該電子阻擋層16上，用以作為P型電極，且在該P型漸變接觸層17上係可進一步包含一金屬導電層18；其中該P型漸變接觸層17之厚度係為15±2nm。

本發明磊晶結構1係成長於一半絕緣之半導體基板10上，該半導體基板10可由化合物半導體，如砷化鎵(GaAs)、銻化鎵(GaSb)、InP或氮化鎵(GaN)所形成，亦或可由四族元素半導體，如矽(Si)所形成。如是，藉由上述揭露之結構構成一全新之第二型混成吸收光偵測器。

上述漸變層13係為N^--型In_0.52Al_yGa_(0.48-y)As，且y係為0.04~0.25；該第一吸收層14係為未摻雜的In_0.53Ga_0.47As(i-In_0.53Ga_0.47As)；該第二吸收層15係為漸變摻雜分佈的P⁺-型GaAs_0.5Sb_0.5(P⁺-GaAs_0.5Sb_0.5)；該電子阻擋層16係為P⁺-型摻雜之Al_0.3Ga_0.7As_0.5Sb_0.5；以及該P型漸變接觸層17係為P⁺-型摻雜之In_0.53Ga_0.47As。

本發明第二型混成吸收光偵測器所需求之磊晶結構1成長方法無限制，可為任何習知之磊晶成長方法及其條件，較佳為使用分子束磊晶(Molecular Beam Epitaxy,MBE)、有機金屬化學氣相磊晶(Metalorganic Chemical Vapor Deposition,MOCVD)或氫化物氣相磊晶(Hydride Vapor Phase Epitaxy,HVPE)等磊晶成長方法形成於半導體基板10上。

由第1A圖與第1B圖分別顯示了本發明演示之器件結構之概念剖面圖與在-1V偏壓下顯示之混合吸收層UTC-PD之模擬帶圖。可以看出，在第二型能帶排列(P⁺-GaAs_0.5Sb_0.5/i-In_0.53Ga_0.47As)之混合吸收區域中有兩個主要部分。一個係具有90nm厚度與漸變摻雜分佈(頂部：5×10¹⁹cm^-3至底部：1×10¹⁷cm^-3)之P⁺-GaAs_0.5Sb_0.5吸收層15，以加速電子擴散過程。另一種係厚度為70nm之i-In_0.53Ga_0.47As吸收層14如第1B圖所示。這種未摻雜之In_0.53Ga_0.47As吸收層14用於使傳統UTC-PD之p型吸收體中之電子重組過程最小化。雖然這樣的本質層(intrinsic layer)可能有助於不期望之電洞傳輸，電洞之相應的傳輸時間限制頻寬高達約0.5THz。該數字大於本發明元件的測量網絡光-電(optical-to-electrical,O-E)頻寬(~0.33THz)。

此外，GaAs_0.5Sb_0.5與In_0.53Ga_0.47As層的界面之間第二型能帶排列將使有效帶隙窄至0.5eV(約2.4μm截止波長)，在本發明之集極層，採用具有超低背景摻雜濃度之本質i-InP層，以便在高功率操作下減少所需之偏壓與元件加熱。具有In_0.52Al_yGa_(0.48-y)As(y：0.04~0.25)帶隙結構之薄(20nm)N型漸變層，插入本質i-In_0.53Ga_0.47As與i-InP層之間以產生電子電位下降，並進一步抑制電流阻塞效應。

當運用時，本發明製造具有三種不同主動區直徑之3、5及8μm(器件) 之光偵測器A、B及C，並且光偵測器之詳細製造過程可以參考本案申請人先前所提之技術，在此茲不贅述。

第2、3及4圖分別顯示不同輸出光電流下測量之偏壓相關O-E頻率響應分別為光偵測器A至C之3與5mA。如第2圖(a)、(b)分別顯示具有3μm有效直徑之光偵測器A在3mA與5mA輸出光電流下，高速性能之最佳偏壓發生在-0.5V。反向偏壓進一步增加到-2V將導致O-E頻寬之降低，這可歸因於高應用電場下之電子谷間散射效應。此外，在相同之反向偏壓下，當輸出光電流從3mA增加到5mA時，可以觀察到輕微的頻寬增強，這種現象通常發生在UTC-PD，並且可歸因於p型吸收體中光生空穴之自感應場，這可以加速電子擴散過程並增強光偵測器之淨O-E頻寬。由第2圖可以看出，對於光偵測器A在最佳工作條件與50Ohm負載情況下，其最大3dB O-E頻寬可以達到0.33THz。這樣的頻寬應該是在電信波長(telecommunication wavelengths)(1.3~1.55μm)之超快速光偵測器中所報導中最高的。

由於本發明之磊晶結構以具有接近THz頻寬之超快速性能為目標，因此採用薄的空乏層厚度(~190nm)來縮短內部載波傳輸時間，當設備主動區域被放大時這將導致小的RC限制頻寬。如第3、4圖(a)、(b)所示，對於具有5、8μm有效直徑之光偵測器B與C，3-dB O-E頻寬分別降低到大約150GHz與75GHz。與以THz方式(~0.33THz)運行之光偵測器A相反，光偵測器C之高速性能的最佳偏壓從-0.5V變化到-2V，如第4圖所示。這表明由於空乏區域之擴大而不是內部載子通過時間，反向偏壓的增加將逐漸增加的RC限制頻寬主導測量的淨O-E頻寬。

在量測光偵測器之前為了要先得知這些光偵測器A、B及C之3-dB頻寬 ，因此建立一雙埠(two-port)等效電路模型，藉此提取每個光偵測器之RC限制頻率響應。光偵測器之總體O-E 3-dB頻寬(f _3dB )由載子傳輸時間(1/f _t )與RC時間常數(1/f _RC )決定。為了研究光偵測器元件內部之載子傳輸時間，採用以下方程式(1)：

其中R係寄生電阻與負載電阻(50Ω)之和，C係總電容。透過使用提取之RC限制頻寬與本發明光偵測器之測量淨O-E頻寬，可以獲得本發明光偵測器內部之傳輸時間。

第5圖顯示具有三種不同有效直徑(3、5與8μm)之光偵測器A至C之(2πRC)² vs.(

)值。根據上述方程式(1)，可以通過使用該圖中之y軸的截距來確定本發明光偵測器中之內部載子瞬態時間，所獲得之f _t 可以高達470GHz。

第6圖顯示透過使用雙道雷射外插節拍量測法(two-laser heterodyne-beating setup)，在不同的反向偏壓(-1V與-1.5V)下測量之光生MMW功率對具有3μm有效直徑之光偵測器A之輸出光電流。測量頻率選擇為其3-dB O-E頻寬為320GHz。在50Ω負載下，具有100%光調製深度之MMW功率與平均光電流(實線)之間的理想關係也被繪製為參考。由圖中可以清楚地看到，光偵測器A(3μm)在-1V偏壓下之飽和電流約為13mA，對應的最大輸出功率在0.32THz工作頻率下約為-3dBm。當反向偏壓進一步提高至-1.5V時，最大輸出電流受熱故障之限制。此外，如第6圖所示，在相同量之輸出光電流下，測量與理想之光生THz功率之間總共有7dB之差異，其主要由兩個因素組成，第一個係光偵測器本身接近3dB之高頻滾降，其在接近3dB 頻寬(0.33THz)頻率點之情況下工作；而另外4dB之損耗係源自於在接近THz頻率分離之two-laser heterodyne-beating系統中之光調製深度僅為63%左右。

藉此，本發明提出一種具有高功率性能在兆赫茲頻段(THz regime)之超快速光偵測器。透過基於在InP之單載子傳輸光二極體結構中使用第二型能帶排列P⁺-GaAs_0.5Sb_0.5/i-In_0.53Ga_0.47As的混合吸收層，其響應性可以藉由第二型(type-II)界面的GaAs_0.5Sb_0.5與In_0.53Ga_0.47As第二、一吸收層之間窄帶隙與光吸收過程的增強而有效提升。此外，電流阻塞效應通常是UTC-PD輸出功率的主要限制因素之一，但在這裡可以被忽略，由於從GaAs_0.5Sb_0.5吸收層向基底InP集極層注入光電子產生的高能量可以將其最小化。而由覆晶式鍵合(flip-chip bonding)封裝在3μm直徑的主動區元件，可在所有電信波長(1.3~1.55μm)報導中之超快速光偵測器中表現出合理的響應度(0.11A/W)與記錄寬的3dB O-E頻寬(0.33THz)。在具有正弦之光信號與PD激發之~63%調製深度下，成功地證明了其在0.32THz之工作頻率下，超過13mA之飽和電流與連續波(CW)輸出功率高達-3dBm。

綜上所述，本發明係一種第二型混成吸收光偵測器，可有效改善習用之種種缺點，透過在元件中使用type-II(P⁺-GaAs_0.5Sb_0.5/i-In_0.53Ga_0.47As)p型部分空乏吸收層，此第二型(type-II)異質結構有效帶隙的變窄可以改善內部吸收過程與響應性能；此外，來自P⁺-GaAs_0.5Sb_0.5吸收層之具有高過剩能量的光電子可以有效地最小化集極層處之電流阻塞效應。在50Ω負載下，具有合理響應度(0.11A/W)之元件可以在電信波長(1.3~1.55μm)之所有報導的光偵測器中獲得0.33THz之記錄、寬的3dB O-E頻寬與5mA輸出光電流。並且，在0.32THz工作頻 率下，-3dBm(13mA輸出光電流)之高連續波輸出功率已經在two-laser heterodyne-beating系統有~63%調製深度之光學正弦信號之激發下得到成功的證明，進而使本發明之產生能更進步、更實用、更符合使用者之所須，確已符合發明專利申請之要件，爰依法提出專利申請。惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍；故，凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1:磊晶結構

10:半導體基板

11:N型接觸層

12:集極層

13:漸變層

14:第一吸收層

15:第二吸收層

16:電子阻擋層

17:P型漸變接觸層

18:金屬導電層

Claims (12)

1. 一種第二型混成吸收光偵測器，係包括：一N型接觸層(Contact layer)，係為N⁺-型摻雜之第一半導體；一集極層(Collector layer)，係為無摻雜之第二半導體，設置於該N型接觸層上；一漸變層(Graded layer)，係為N型摻雜之第三半導體，設置於該集極層上；一第一吸收層(Absorption layer)，係為無摻雜之第四半導體，設置於該漸變層上；一第二吸收層，係為P⁺-型摻雜之第五半導體，設置於該第一吸收層上，且與該第一吸收層之間的界面形成一窄帶隙；一電子阻擋層(Electron blocking layer)，係為P⁺-型摻雜之第六半導體，設置於該第二光吸收層上；以及一P型漸變接觸層(Field Control Layer)，係為P⁺-型摻雜之第七半導體，設置於該電子阻擋層上；該第二型混成吸收光偵測器係由上述N型接觸層、收集層、漸變層、第一吸收層、第二吸收層、電子阻擋層以及P型漸變接觸層所組成之磊晶結構，且該第二吸收層係具有90±2nm厚度與漸變摻雜分佈的P⁺-型砷銻化鎵(P⁺-GaAs_0.5Sb_0.5)吸收層，該第一吸收層係具有70±2nm厚度未摻雜的砷化銦鎵(i-In_0.53Ga_0.47As)吸收層，基於在單載子傳輸光二極體(Uni-Traveling-Carrier Photodiode,UTC-PD)結構中使用第二型能帶排列(type-II band alignment)P⁺-GaAs_0.5Sb_0.5/i-In_0.53Ga_0.47As的混合吸收層，俾以該第二型(type-II)界面的GaAs_0.5Sb_0.5與In_0.53Ga_0.47As第二、一吸收層之間窄帶隙與光吸 收過程的增強而有效提升響應性。
2. 依申請專利範圍第1項所述之第二型混成吸收光偵測器，其中，該磊晶結構係成長於一半絕緣之半導體基板上。
3. 依申請專利範圍第1項所述之第二型混成吸收光偵測器，其中，更進一步包含一金屬導電層，係設置於該P型漸變接觸層上。
4. 依申請專利範圍第1項所述之第二型混成吸收光偵測器，其中，該N型接觸層之厚度係為700±20nm。
5. 依申請專利範圍第1項所述之第二型混成吸收光偵測器，其中，該集極層之厚度係為100±20nm。
6. 依申請專利範圍第1項所述之第二型混成吸收光偵測器，其中，該漸變層之厚度係為20±2nm。
7. 依申請專利範圍第1項所述之第二型混成吸收光偵測器，其中，該電子阻擋層之厚度係為7±1nm。
8. 依申請專利範圍第1項所述之第二型混成吸收光偵測器，其中，該P型漸變接觸層之厚度係為15±2nm。
9. 依申請專利範圍第1項所述之第二型混成吸收光偵測器，其中，該N型接觸層為N⁺-型磷化銦(InP)、該集極層為無摻雜之InP、該漸變層為N型砷化鋁銦鎵(InAlGaAs)、該第一吸收層為無摻雜之砷化銦鎵(InGaAs)、該第二吸收層為P⁺-型砷銻化鎵(GaAsSb)、該電子阻擋層為P⁺-型砷銻化鋁鎵(AlGaAsSb)、以及該P型漸變接觸層為P⁺-型InGaAs。
10. 依申請專利範圍第9項所述之第二型混成吸收光偵測器，其中，該漸變層為N^--型In_0.52Al_yGa_(0.48-y)As，且y係為0.04~0.25。
11. 依申請專利範圍第9項所述之第二型混成吸收光偵測器，其中， 該電子阻擋層為P+-型之Al0.3Ga0.7As0.5Sb0.5。
12. 依申請專利範圍第9項所述之第二型混成吸收光偵測器，其中，該P型漸變接觸層為P+-型之In0.53Ga0.47As。

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