一种波导型光电探测器制造技术

本申请提供一种波导型光电探测器法。该波导型光电探测器包括：形成于绝缘体上的硅衬底的顶层硅中的第一掺杂硅区；形成于第一掺杂硅区表面的本征硅层；形成于本征硅层表面的第二掺杂硅层，第二掺杂硅层为N型掺杂；形成于第二掺杂硅层表面的本征材料层；形成于本征材料层表面的第三掺杂层；形成于绝缘体上的硅衬底的顶层硅中的第四掺杂硅区；以及光波导，其形成于绝缘体上的硅衬底的埋氧层表面。本申请通过将两个探测波长范围不同的光电探测器背对背串联，实现对不同波段的光的探测，由此，该波导型光电探测器能够实现器件的光谱响应带宽的可调节；此外，能够克服垂直入射型光电探测器的带宽和响应度之间的相互制约关系，同时也便于与其它器件集成。

A waveguide photodetector

【技术实现步骤摘要】
一种波导型光电探测器
本申请涉及半导体
，尤其涉及一种波导型光电探测器。
技术介绍
光电探测器是半导体光电子器件领域的关键器件之一，近年来被广泛应用于光通信、光学传感、光学成像、自动驾驶等领域。尤其在光学传感、远距离成像等应用领域中，不仅要求光电探测器具有高的响应度、高的速率，而且要求器件具有宽的光谱范围。由于光电探测器的光谱响应范围是受探测器材料的禁带宽度以及光生载流子的寿命限制的，因此目前常用的半导体光电探测器仅能工作在一定的波长范围内，如近红外波段，可见光波段等。在硅基光电子集成
，人们通常选择锗(Ge)作为探测材料，来实现1550nm波段的光的探测。应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的
技术介绍
部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。
技术实现思路
近年来，国内外很多研究小组和单位都报道了高性能的硅基锗光电探测器，但是，本申请的专利技术人发现，目前被报道的这些光电探测器仅能覆盖近红外波段，目前，很难找到一种光电探测器，其工作波段能够同时覆盖可见光到近红外波段。本申请实施例提供一种波导型光电探测器及其制备方法，该波导型光电探测器通过将两个探测波长范围不同的光电探测器背对背串联，实现对不同波段的光的探测，例如，可以实现对可见光到近红外光波段的探测，由此，该波导型光电探测器能够实现器件的光谱响应带宽的可调节；此外，由于设置有波导，并且探测器本身也具有光波导的结构，因而本实施例能够克服垂直入射型光电探测器的带宽和响应度之间的相互制约关系，同时也便于与硅基调制器等有源、无源器件实现片上集成。根据本申请实施例的一个方面，提供一种波导型光电探测器，包括：形成于绝缘体上的硅(SOI)衬底的顶层硅中的第一掺杂硅区，所述第一掺杂硅区为P型掺杂；形成于所述第一掺杂硅区表面的本征硅层；形成于所述本征硅层表面的第二掺杂硅层，所述第二掺杂硅层为N型掺杂；形成于所述第二掺杂硅层表面的本征材料层；形成于所述本征材料层表面的第三掺杂层，所述第三掺杂层为P型掺杂，其中，所述本征材料层和所述第三掺杂层的材料相同，并且，所述本征材料层和所述第三掺杂层的材料不同于硅；形成于所述绝缘体上的硅衬底的顶层硅中的第四掺杂硅区，所述第四掺杂硅区为P型掺杂，所述第四掺杂硅区的掺杂浓度高于所述第一掺杂硅区的掺杂浓度，所述第四掺杂区位于所述第一掺杂硅区的横向的第一方向的至少一侧，并与所述第一掺杂硅区连接；以及光波导，其形成于所述绝缘体上的硅衬底的埋氧层表面，所述光波导在横向上的与所述第一方向垂直的第二方向上延伸，并且，所述光波导的第二方向上的端面与所述第一掺杂硅区连接。根据本申请实施例的另一个方面，其中，所述第四掺杂硅区的数量为2，分别位于所述第一掺杂硅区在所述第一方向的两侧。根据本申请实施例的另一个方面，其中，所述光波导的材料的折射率高于所述埋氧层的材料的折射率，并且，所述光波导的材料对于所述波导型光电探测器所能响应的波长范围的光的吸收系数低于预定值，该预定值例如是10m-1。根据本申请实施例的另一个方面，其中，所述光波导的材料为氮化硅(Si3N4)。根据本申请实施例的另一个方面，其中，所述波导型光电探测器还包括：第一电极，其形成于所述第三掺杂层表面；以及第二电极，其形成于所述第四掺杂硅区表面。根据本申请实施例的另一个方面，其中，所述本征材料层和所述第三掺杂层的材料为包含锗(Ge)的材料。根据本申请实施例的另一个方面，其中，所述波导型光电探测器还包括：偏置电源，其连接于所述第一电极和所述第二电极之间，其中，所述偏置电源能够切换施加给所述第一电极和所述第二电极之间偏压的极性。根据本申请实施例的另一个方面，提供一种波导型光电探测器的制备方法，包括：刻蚀绝缘体上的硅衬底的顶层硅的一部分，以露出埋氧层；在所述埋氧层表面沉积光波导材料，刻蚀所述光波导材料以形成光波导，所述光波导在横向沿着与第一方向垂直的第二方向延伸；在所述绝缘体上的硅衬底的顶层硅中形成第一掺杂硅区，所述第一掺杂硅区为P型掺杂，并且，所述第一掺杂硅区与所述光波导的第二方向上的端面连接；在所述第一掺杂硅区表面形成叠层，所述叠层自下而上依次包括本征硅层、第二掺杂硅层、本征材料层和第三掺杂层，其中，所述第二掺杂硅层为N型掺杂，所述第三掺杂层为P型掺杂，所述本征材料层和所述第三掺杂层的材料相同，并且，所述本征材料层和所述第三掺杂层的材料不同于硅；以及在所述绝缘体上的硅衬底的顶层硅中形成第四掺杂硅区，所述第四掺杂硅区为P型掺杂，所述第四掺杂硅区的掺杂浓度高于所述第一掺杂硅区的掺杂浓度，所述第四掺杂硅区位于所述第一掺杂硅区的横向的第一方向的至少一侧，并与所述第一掺杂硅区连接。本申请的有益效果在于：波导型光电探测器通过将两个探测波长范围不同的光电探测器背对背串联，实现对不同波段的光的探测，例如，可以实现对可见光到近红外光波段的探测，由此，该波导型光电探测器能够实现器件的光谱响应带宽的可调节；此外，由于设置有波导，并且探测器本身也具有光波导的结构，因而本实施例能够克服垂直入射型光电探测器的带宽和响应度之间的相互制约关系，同时也便于与硅基调制器等有源、无源器件实现片上集成。参照后文的说明和附图，详细公开了本申请的特定实施方式，指明了本申请的原理可以被采用的方式。应该理解，本申请的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本申请的实施方式包括许多改变、修改和等同。针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。附图说明所包括的附图用来提供对本申请实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本申请的实施方式，并与文字描述一起来阐释本申请的原理。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。在附图中：图1是本申请实施例1的波导型光电探测器的一个三维结构示意图；图2是本申请实施例1的波导型光电探测器的一个截面示意图；图3是本申请实施中，第一光电探测二极管和第二光电探测二极管的一个等效电路示意图；图4是本实施例的波导型光电探测器的制备方法的一个示意图。具体实施方式参照附图，通过下面的说明书，本申请的前述以及其它特征将变得明显。在说明书和附图中，具体公开了本申请的特定实施方式，其表明了其中可以采用本申请的原则的部分实施方式，应了解的是，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.波导型光电探测器，包括：/n形成于绝缘体上的硅(SOI)衬底的顶层硅中的第一掺杂硅区，所述第一掺杂硅区为P型掺杂；/n形成于所述第一掺杂硅区表面的本征硅层；/n形成于所述本征硅层表面的第二掺杂硅层，所述第二掺杂硅层为N型掺杂；/n形成于所述第二掺杂硅层表面的本征材料层；/n形成于所述本征材料层表面的第三掺杂层，所述第三掺杂层为P型掺杂，其中，所述本征材料层和所述第三掺杂层的材料相同，并且，所述本征材料层和所述第三掺杂层的材料不同于硅；/n形成于所述绝缘体上的硅衬底的顶层硅中的第四掺杂硅区，所述第四掺杂硅区为P型掺杂，所述第四掺杂硅区的掺杂浓度高于所述第一掺杂硅区的掺杂浓度，所述第四掺杂区位于所述第一掺杂硅区的横向的第一方向的至少一侧，并与所述第一掺杂硅区连接；以及/n光波导，其形成于所述绝缘体上的硅衬底的埋氧层表面，所述光波导在横向上的与所述第一方向垂直的第二方向上延伸，并且，所述光波导的第二方向上的端面与所述第一掺杂硅区连接。/n

【技术特征摘要】
1.波导型光电探测器，包括：
形成于绝缘体上的硅(SOI)衬底的顶层硅中的第一掺杂硅区，所述第一掺杂硅区为P型掺杂；
形成于所述第一掺杂硅区表面的本征硅层；
形成于所述本征硅层表面的第二掺杂硅层，所述第二掺杂硅层为N型掺杂；
形成于所述第二掺杂硅层表面的本征材料层；
形成于所述本征材料层表面的第三掺杂层，所述第三掺杂层为P型掺杂，其中，所述本征材料层和所述第三掺杂层的材料相同，并且，所述本征材料层和所述第三掺杂层的材料不同于硅；
形成于所述绝缘体上的硅衬底的顶层硅中的第四掺杂硅区，所述第四掺杂硅区为P型掺杂，所述第四掺杂硅区的掺杂浓度高于所述第一掺杂硅区的掺杂浓度，所述第四掺杂区位于所述第一掺杂硅区的横向的第一方向的至少一侧，并与所述第一掺杂硅区连接；以及
光波导，其形成于所述绝缘体上的硅衬底的埋氧层表面，所述光波导在横向上的与所述第一方向垂直的第二方向上延伸，并且，所述光波导的第二方向上的端面与所述第一掺杂硅区连接。


2.如权利要求1所述的波导型光电探测器，其中，
所述第四掺杂硅区的...

【专利技术属性】
技术研发人员：涂芝娟，汪巍，余明斌，
申请(专利权)人：上海新微技术研发中心有限公司，中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：新型
国别省市：上海;31