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CN111769168B - 窄光谱响应的光电探测器及其制作方法和设计方法 - Google Patents

窄光谱响应的光电探测器及其制作方法和设计方法 Download PDF

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CN111769168B
CN111769168B CN202010645475.1A CN202010645475A CN111769168B CN 111769168 B CN111769168 B CN 111769168B CN 202010645475 A CN202010645475 A CN 202010645475A CN 111769168 B CN111769168 B CN 111769168B
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Wuhan Guanggu Quantum Technology Co ltd
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Abstract

本申请涉及一种窄光谱响应的光电探测器及其制作方法和设计方法，所述光电探测器自上而下依次包括第一反射镜、功能区和第二反射镜；所述第一反射镜为通过气相沉积法形成的分布式布拉格DBR反射镜；所述第二反射镜为高折射率对比度的悬空反射镜，且所述第二反射镜的折射率对比度大于2。本申请提供的窄光谱响应的光电探测器，具有厚度小、制造成本低、工艺难度小的优点。

Description

窄光谱响应的光电探测器及其制作方法和设计方法
技术领域
本申请涉及光电探测器技术领域，特别涉及一种窄光谱响应的光电探测器及其制作方法和设计方法。
背景技术
光电探测器利用半导体材料的光电转换作用，将光信号的光能量吸收，并转化为电流或电压信号输出。常见的基于III-V族半导体材料的光电探测器有PIN和APD等结构。各类III-V族光电探测器的共同特点是采用带隙较宽的二元衬底材料，如GaAs，InP等，通过外延生长的方式在衬底上沉积带隙较窄的三元或四元半导体材料作为光吸收层，如InGaAs，InGaAsP等，并制成异质结结构。
根据材料的选择，光电探测器具有一定的响应光谱范围，主要由吸收层材料的吸收光谱决定，响应光谱宽度通常为数百纳米到数微米。例如，InGaAs/InP基光电探测器的响应光谱范围为920nm至1650nm，响应光谱宽度为0.7μm。在采用激光光源的传感和测量系统中，如激光雷达、激光测距仪等，光源激光器发射的波长较窄，通常小于10nm，远小于探测器响应光谱宽度。此类系统的光电探测器只需要对所采用的激光光源响应，而环境中的其他波长的光属于干扰源，一般需要采用窄光谱带通滤光片将其他波长的光过滤掉，只保留激光光源所在波长。对于此类应用场景，具有窄光谱响应的光电探测器可从探测器芯片上直接过滤其他波段干扰信号，避免使用滤光片，简化系统设计和装配，同时避免滤光片对接收信号的损耗。
现有的窄光谱响应的光电探测器通常采用谐振腔结构，将吸收层置于由两个DBR反射镜组成的谐振腔中，利用谐振腔驻波效应增强对谐振波长的吸收效率，同时降低其他波长的吸收效率，从而实现高量子效率的窄光谱响应光电探测器。其中，位于底部的DBR反射镜由两种折射率不同的材料构成，一般通过外延生长制造，对于InP衬底，需采用与衬底晶格匹配的InGaAsP、InAlGaAs等材料。
然而，由于这些材料的折射率系数与InP差异较小，即折射率对比度低，在制造DBR反射镜时通常需要采用数十组以上周期性四分之一波长薄膜通过高反射率与低反射率交替才能获得高反射率，导致制造成本较高。以In0.624Ga0.376As0.8P0.2/InP组成的DBR为例，由于折射率对比度低，达到90％反射率需要30组In0.624Ga0.376As0.8P0.2/InP薄膜组，总厚度约7μm，制造成本较高，难度大，这也是1550nm波段InP基VCSEL激光器的主要瓶颈之一。
发明内容
本申请实施例提供一种窄光谱响应的光电探测器及其制作方法和设计方法，以解决相关技术中探测器厚度大、制造成本高、工艺难度大的技术问题。
第一方面，提供了一种窄光谱响应的光电探测器，其自上而下依次包括第一反射镜、功能区和第二反射镜；所述第一反射镜为通过气相沉积法形成的分布式布拉格DBR反射镜；所述第二反射镜为高折射率对比度的悬空反射镜，且所述第二反射镜的折射率对比度大于2。
一些实施例中，所述第二反射镜为InP与空气隙形成的悬空反射镜。
一些实施例中，所述功能区自下而上依次包括谐振控制层、吸收层、过渡层、电荷层、倍增层、顶层，所述谐振控制层为N型InP，所述吸收层为本征InGaAs，所述过渡层为本征InGaAsP，所述电荷层为N型InP，所述倍增层为N型InP，所述顶层具有一扩散区。
第二方面，提供了一种窄光谱响应的光电探测器的制作方法，包括步骤：
采用外延生长工艺制作功能区；
通过气相沉积法，在功能区上形成第一反射镜；
通过非选择性干法刻蚀和选择性湿法腐蚀相结合的方式，在功能区下形成高折射率对比度的第二反射镜，且所述第二反射镜的折射率对比度大于2。
一些实施例中，所述采用外延生长工艺制作功能区的具体步骤包括：
在衬底上依次生长第一牺牲层、反射层、第二牺牲层、谐振控制层、吸收层、过渡层、电荷层、倍增层、顶层；
通过窗口扩散工艺，将所述顶层部分区域进行掺杂，形成扩散区。
一些实施例中，所述通过气相沉积法，在功能区上形成第一反射镜的具体步骤包括：
在顶层上制作电极，并通过气相沉积法沉积SiO2/SiNx形成第一反射镜。
一些实施例中，所述通过非选择性干法刻蚀和选择性湿法腐蚀相结合的方式，在功能区下形成高折射率对比度的第二反射镜的具体步骤包括：
采用研磨和选择性湿法腐蚀工艺，去除衬底和第一牺牲层；
采用光刻和非选择性干法刻蚀工艺，自下而上垂直刻蚀所述反射层和第二牺牲层，形成腐蚀窗口；
采用选择性湿法腐蚀工艺，腐蚀所述腐蚀窗口内及周围的的第二牺牲层，使所述反射层的中心部分悬空，所述反射层和空气隙形成高折射率对比度的第二反射镜。
一些实施例中，采用研磨和选择性湿法腐蚀工艺，去除衬底和第一牺牲层的具体步骤包括：
采用研磨工艺将衬底的厚度减薄至100um以下；
采用第一类选择性湿法腐蚀工艺，去除衬底；
采用第二类选择性湿法腐蚀工艺，去除第一牺牲层。
第三方面，还提供了一种上述窄光谱响应的光电探测器的设计方法，包括步骤：
确定响应中心波长λc、以及InP在该中心波长的折射率nInP、空气在该中心波长的折射率nAir；
计算得到反射层的厚度为0.25λc/nInP、第二牺牲层的厚度为0.25λc/nAir；
根据所述反射层的厚度和第二牺牲层的厚度设计第二反射镜。
一些实施例中，在确定响应中心波长λc、以及反射层在该中心波长的折射率nInP、空气在该中心波长的折射率nAir之后，还包括步骤：
确定InGaAs在该中心波长的折射率nInGaAs；
计算谐振控制层(24)的厚度为(0.125+0.25p)λc/nInP、吸收层的厚度为0.125λc/nInGaAs，其中，p为正整数；
通过半导体仿真软件依次确定过渡层的厚度、电荷层的厚度和掺杂浓度、以及倍增层的厚度和掺杂浓度；
通过光学计算，确定顶层的扩散区的厚度，使所述光电探测器的谐振波长为λc。
本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：具有厚度小、制造成本低、工艺难度小的优点。
本申请实施例提供了一种窄光谱响应的光电探测器，由于第二反射镜的折射率对比度大于2，只需使用一组InP/空气薄膜，即可使得该窄光谱响应的光电探测器的量子效率接近100％，同时，该光电探测器的响应光谱降低至10nm以下，并与激光光源波长相匹配，厚度较小，制作成本更低，工艺难度较小。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的窄光谱响应的光电探测器的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的窄光谱响应的光电探测器的制作方法的流程图；
图3为本申请实施例提供的窄光谱响应的光电探测器的制作方法的详细步骤流程图；
图4为本申请实施例提供的窄光谱响应的光电探测器的制作方法的详细步骤A1的示意图；
图5为本申请实施例提供的窄光谱响应的光电探测器的制作方法的详细步骤A3的示意图；
图6为本申请实施例提供的窄光谱响应的光电探测器的设计方法的流程图。
图中：1、第一反射镜；2、功能区；20、衬底；21、第一牺牲层；22、反射层；23、第二牺牲层；24、谐振控制层；25、吸收层；26、过渡层；27、电荷层；28、倍增层；29、顶层；3、第二反射镜；4、电极。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
参见图1所示，本申请提供了一种窄光谱响应的光电探测器，其自上而下依次包括第一反射镜1、功能区2和第二反射镜3；所述第一反射镜1为通过气相沉积法形成的分布式布拉格DBR反射镜；所述第二反射镜3为高折射率对比度的悬空反射镜，且所述第二反射镜3的折射率对比度大于2。
在本申请实施例中，由于折射率对比度大于2，只需使用一组InP/空气薄膜，即可使得该窄光谱响应的光电探测器的量子效率接近100％，同时，该光电探测器的响应光谱降低至10nm以下，并与激光光源波长相匹配，厚度较小，制作成本更低，工艺难度较小。
更进一步地，在本申请实施例中，所述第二反射镜3为InP与空气隙形成的悬空反射镜，即形成的第二反射镜3为InP/空气反射镜，具有较高折射率对比度，使用较少组数，即可实现高反射率，性能更优。
更进一步地，在本申请实施例中，所述功能区2自下而上依次包括谐振控制层24、吸收层25、过渡层26、电荷层27、倍增层28、顶层29，所述谐振控制层24为N型InP，所述吸收层25为本征InGaAs，所述过渡层26为本征InGaAsP，所述电荷层27为N型InP，所述倍增层28为N型InP，所述顶层29具有一扩散区。本申请实施例的扩散区由顶层29通过锌扩散而成。
参见图2所示，本申请实施例还提供了一种窄光谱响应的光电探测器的制作方法，包括步骤：
S1：采用外延生长工艺制作功能区2；
S2：通过气相沉积法，在功能区2上形成第一反射镜1；
S3：通过非选择性干法刻蚀和选择性湿法腐蚀相结合的方式，在功能区2下形成高折射率对比度的第二反射镜3，且所述第二反射镜3的折射率对比度大于2。
本申请实施例提供了的窄光谱响应的光电探测器的制作方法，由于第二反射镜的折射率对比度大于2，只需使用一组InP/空气薄膜，即可使得该窄光谱响应的光电探测器的量子效率接近100％，同时，该光电探测器的响应光谱降低至10nm以下，并与激光光源波长相匹配，厚度较小，制作成本更低，工艺难度较小。
更进一步地，在本申请实施例中，所述采用外延生长工艺制作功能区2的具体步骤包括：
在衬底20上依次生长第一牺牲层21、反射层22、第二牺牲层23、谐振控制层24、吸收层25、过渡层26、电荷层27、倍增层28、顶层29；
通过窗口扩散工艺，将所述顶层29部分区域进行掺杂，形成扩散区。
更进一步地，在本申请实施例中，所述通过气相沉积法，在功能区2上形成第一反射镜1的具体步骤包括：
在顶层29上制作电极4，并通过气相沉积法沉积SiO2/SiNx形成第一反射镜1。
更进一步地，在本申请实施例中，所述通过非选择性干法刻蚀和选择性湿法腐蚀相结合的方式，在功能区2下形成高折射率对比度的第二反射镜3的具体步骤包括：
采用研磨和选择性湿法腐蚀工艺，去除衬底20和第一牺牲层21；
采用光刻和非选择性干法刻蚀工艺，自下而上垂直刻蚀所述反射层22和第二牺牲层23，形成腐蚀窗口；
采用选择性湿法腐蚀工艺，腐蚀所述腐蚀窗口内及周围的的第二牺牲层23，使所述反射层22的中心部分悬空，所述反射层22和空气隙形成高折射率对比度的第二反射镜3。
更进一步地，在本申请实施例中，采用研磨和选择性湿法腐蚀工艺，去除衬底20和第一牺牲层21的具体步骤包括：
采用研磨工艺将衬底20的厚度减薄至100um以下；
采用第一类选择性湿法腐蚀工艺，去除衬底20；
采用第二类选择性湿法腐蚀工艺，去除第一牺牲层21。
在本申请实施例中，衬底20为InP，第一牺牲层21为本征InGaAs，第一类选择性湿法腐蚀工艺中，可以选用盐酸，能够快速腐蚀InP，而不会腐蚀InGaAs，在第二类选择性湿法腐蚀工艺中，可以选择磷酸双氧水混合溶液，能够腐蚀InGaAs，而不会腐蚀InP。
参见图3所示，本申请实施例还提供了一种窄光谱响应的光电探测器的制作方法的详细步骤包括：
A1：在衬底20上依次生长第一牺牲层21、反射层22、第二牺牲层23、谐振控制层24、吸收层25、过渡层26、电荷层27、倍增层28、顶层29，如图4所示；
其中，衬底20为InP，第一牺牲层21为本征InGaAs，反射层22为N型InP，第二牺牲层23为本征InGaAs、谐振控制层24为N型InP，吸收层25为本征InGaAs，过渡层26为本征InGaAsP，电荷层27为N型InP，倍增层28为N型或本征InP，顶层29为InGaAs；
A2：通过窗口扩散工艺，将所述顶层29部分区域进行掺杂，形成扩散区；
A3：在顶层29上制作电极4，并通过气相沉积法沉积SiO2/SiNx形成第一反射镜1，如图5所示。
A4：采用研磨和选择性湿法腐蚀工艺，去除衬底20和第一牺牲层21；
A5：采用光刻和非选择性干法刻蚀工艺，自下而上垂直刻蚀所述反射层22和第二牺牲层23，形成腐蚀窗口；
A6：采用选择性湿法腐蚀工艺，腐蚀所述腐蚀窗口内及周围的的第二牺牲层23，使所述反射层22的中心部分悬空，所述反射层22和空气隙形成高折射率对比度的第二反射镜3，如图1所示。
在本申请实施例中，步骤A5中成的腐蚀窗口优选为对称分布的扇形结构，腐蚀窗口包括三个扇形区域，相邻扇形区域之间间隔一定距离，可以使得在腐蚀后，起到悬空支撑的作用。
本申请以InP/空气反射镜为例，即第二反射镜3为InP与空气隙形成的悬空反射镜，第二反射镜3由反射层22和第二牺牲层23通过非选择性干法刻蚀和选择性湿法腐蚀相结合的方式制作而成。
本申请实施例提供了一种上述窄光谱响应的光电探测器的设计方法，包括步骤：
确定响应中心波长λc、以及InP在该中心波长的折射率nInP、空气在该中心波长的折射率nAir；
计算得到反射层22的厚度为0.25λc/nInP、第二牺牲层23的厚度为0.25λc/nAir；
根据所述反射层22的厚度和第二牺牲层23的厚度设计第二反射镜3。
本申请实施例提供的窄光谱响应的光电探测器的设计方法，设计的光电探测器中，只需使用一组InP/空气薄膜，即可使得该窄光谱响应的光电探测器的量子效率接近100％，同时，该光电探测器的响应光谱降低至10nm以下，并与激光光源波长相匹配，厚度较小，制作成本更低，工艺难度较小。
更进一步地，在本申请实施例中，在确定响应中心波长λc、以及反射层在该中心波长的折射率nInP、空气在该中心波长的折射率nAir之后，还包括步骤：
确定InGaAs在该中心波长的折射率nInGaAs；
计算谐振控制层24的厚度为(0.125+0.25p)λc/nInP、吸收层25的厚度为0.125λc/nInGaAs，其中，P为正整数；
通过半导体仿真软件依次确定过渡层26的厚度、电荷层27的厚度和掺杂浓度、以及倍增层28的厚度和掺杂浓度；
通过光学计算，确定顶层29的扩散区的厚度，使所述光电探测器的谐振波长为λc。
参见图6所示，本申请实施例还提供了一种窄光谱响应的光电探测器的设计方法的详细流程图：
B1：根据应用场景需求的激光光源波长范围确定响应中心波长λc、以及InP在该中心波长的折射率nInP、空气在该中心波长的折射率nAir、InGaAs在该中心波长的折射率nInGaAs；
B2：计算得到反射层22的厚度为0.25λc/nInP、第二牺牲层23的厚度为0.25λc/nAir；并根据所述反射层22的厚度和第二牺牲层23的厚度设计第二反射镜3，其中，反射层22为本征InP，第二牺牲层23为本征InGaAs；
B3：计算谐振控制层24的厚度为(0.125+0.25p)λc/nInP、吸收层25的厚度为0.125λc/nInGaAs，其中，P为正整数，谐振控制层24为N型InP，吸收层25为本征InGaAs；
B4：通过半导体仿真软件依次确定过渡层26的厚度、电荷层27的厚度和掺杂浓度、以及倍增层28的厚度和掺杂浓度；
其中，过渡层26为本征InGaAsP，过渡层26的厚度为40～100nm，电荷层27为N型InP，电荷层27的厚度为60～200nm，电荷层27的掺杂浓度为0.1～10×1017cm-3，倍增层28为N型或本征InP，倍增层28的厚度为60～300nm，倍增层28的掺杂浓度小于1016cm-3；
B5：通过光学计算，如传输矩阵法，确定顶层29的扩散区的厚度，使所述光电探测器的谐振波长为λc，其中，在本申请实施例中的扩散区为锌扩散区。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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申请和简化描述，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申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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，可以是两个元件内部的连通。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申请中的具体含义。
需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种窄光谱响应的光电探测器的制作方法，其特征在于，
所述窄光谱响应的光电探测器，其自上而下依次包括第一反射镜(1)、功能区(2)和第二反射镜(3)；所述第一反射镜(1)为通过气相沉积法形成的分布式布拉格DBR反射镜；所述第二反射镜(3)为高折射率对比度的悬空反射镜，且所述第二反射镜(3)的折射率对比度大于2；
所述制作方法包括步骤：
采用外延生长工艺制作功能区(2)；
通过气相沉积法，在功能区(2)上形成第一反射镜(1)；
通过非选择性干法刻蚀和选择性湿法腐蚀相结合的方式，在功能区(2)下形成高折射率对比度的第二反射镜(3)，且所述第二反射镜(3)的折射率对比度大于2；
所述采用外延生长工艺制作功能区(2)的具体步骤包括：
在衬底(20)上依次生长第一牺牲层(21)、反射层(22)、第二牺牲层(23)、谐振控制层(24)、吸收层(25)、过渡层(26)、电荷层(27)、倍增层(28)、顶层(29)；
通过窗口扩散工艺，将所述顶层(29)部分区域进行掺杂，形成扩散区；
所述通过非选择性干法刻蚀和选择性湿法腐蚀相结合的方式，在功能区(2)下形成高折射率对比度的第二反射镜(3)的具体步骤包括：
采用研磨和选择性湿法腐蚀工艺，去除衬底(20)和第一牺牲层(21)；
采用光刻和非选择性干法刻蚀工艺，自下而上垂直刻蚀所述反射层(22)和第二牺牲层(23)，形成腐蚀窗口；
采用选择性湿法腐蚀工艺，腐蚀所述腐蚀窗口内及周围的第二牺牲层(23)，使所述反射层(22)的中心部分悬空，所述反射层(22)和空气隙形成高折射率对比度的第二反射镜(3)。
2.如权利要求1所述的窄光谱响应的光电探测器的制作方法，其特征在于：所述第二反射镜(3)为InP与空气隙形成的悬空反射镜。
3.如权利要求1所述的窄光谱响应的光电探测器的制作方法，其特征在于：所述功能区(2)自下而上依次包括谐振控制层(24)、吸收层(25)、过渡层(26)、电荷层(27)、倍增层(28)、顶层(29)，所述谐振控制层(24)为N型InP，所述吸收层(25)为本征InGaAs，所述过渡层(26)为本征InGaAsP，所述电荷层(27)为N型InP，所述倍增层(28)为N型InP，所述顶层(29)具有一扩散区。
4.如权利要求1所述的窄光谱响应的光电探测器的制作方法，其特征在于，所述通过气相沉积法，在功能区(2)上形成第一反射镜(1)的具体步骤包括：
在顶层(29)上制作电极，并通过气相沉积法沉积SiO2/SiNx形成第一反射镜(1)。
5.如权利要求1所述的窄光谱响应的光电探测器的制作方法，其特征在于，采用研磨和选择性湿法腐蚀工艺，去除衬底(20)和第一牺牲层(21)的具体步骤包括：
采用研磨工艺将衬底(20)的厚度减薄至100um以下；
采用第一类选择性湿法腐蚀工艺，去除衬底(20)；
采用第二类选择性湿法腐蚀工艺，去除第一牺牲层(21)。
6.一种如权利要求1所述的窄光谱响应的光电探测器的制备方法的设计方法，其特征在于，包括步骤：
确定响应中心波长λc、以及InP在该中心波长的折射率nInP、空气在该中心波长的折射率nAir；
计算得到反射层(22)的厚度为0.25λc/nInP、第二牺牲层(23)的厚度为0.25λc/nAir；
根据所述反射层(22)的厚度和第二牺牲层(23)的厚度设计第二反射镜(3)。
7.如权利要求6所述的窄光谱响应的光电探测器的制备方法的设计方法，其特征在于，在确定响应中心波长λc、以及反射层在该中心波长的折射率nInP、空气在该中心波长的折射率nAir之后，还包括步骤：
确定InGaAs在该中心波长的折射率nInGaAs；
计算谐振控制层(24)的厚度为(0.125+0.25p)λc/nInP、吸收层(25)的厚度为0.125λc/nInGaAs，其中，p为正整数；
通过半导体仿真软件依次确定过渡层(26)的厚度、电荷层(27)的厚度和掺杂浓度、以及倍增层(28)的厚度和掺杂浓度；
通过光学计算，确定顶层(29)的扩散区的厚度，使所述光电探测器的谐振波长为λc。
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1414642A (zh) * 2002-11-25 2003-04-30 厦门大学 InGaAs/InP PIN光电探测器及其制造工艺

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8629986B2 (en) * 2006-08-09 2014-01-14 Biozoom Technologies, Inc. Optical filter and method for the production of the same, and device for the examination of electromagnetic radiation
CN103681898A (zh) * 2013-12-12 2014-03-26 南京大学 基于SiO2/Si3N4分布式布拉格反射镜的紫外带通滤波器及制备
CN106299016B (zh) * 2016-11-07 2018-01-12 重庆文理学院 一种雪崩光电二极管及其制备方法
US20190371956A1 (en) * 2018-05-31 2019-12-05 National Central University Avalanche Photodetector with Single Mesa Shape

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1414642A (zh) * 2002-11-25 2003-04-30 厦门大学 InGaAs/InP PIN光电探测器及其制造工艺

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GaAs/GaInNAs多量子阱谐振腔增强型长波长光探测器;周震等;《光电子.激光》;20050215;第16卷(第02期);159-163 *
InP/空气隙结构的制作与特性;刘成等;《光电子.激光》;20080915;第19卷(第09期);1188-1191 *

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