全硅掺杂多结电场增强型锗光波导探测器制造技术

本发明专利技术提供一种全硅掺杂多结电场增强型锗光波导探测器，涉及硅基光电子器件技术领域。本发明专利技术中沿第一方向依次堆叠的金属电极、硅氧化上包层、波导层和硅氧化下包层；所述波导层包括锗吸收层和薄硅层，所述锗吸收层位于所述薄硅层和硅氧化上包层之间；所述锗吸收层下方的薄硅层设有多结型掺杂区结构；所述硅氧化上包层包括通孔结构，所述通孔结构连接所述金属电极和所述薄硅层。实现在不增加工艺难度的情况下，同时抑制暗电流、提高探测器响应度、并大范围的提高探测器带宽，即极大地提高了探测器的综合性能。测器的综合性能。测器的综合性能。

【技术实现步骤摘要】
全硅掺杂多结电场增强型锗光波导探测器


[0001]本专利技术涉及硅基光电子器件
，具体涉及一种全硅掺杂多结电场增强型锗光波导探测器。

技术介绍

[0002]硅基光子学是一种具有广阔前景的片上技术，主要依赖于绝缘体硅(SOI)平台，广泛应用于光通信、互连和传感。高响应度、高响应速度、低暗电流,响应波长在通信波段的近红外光电探测器是实现光互连芯片的重要组成部分。
[0003]SOI技术可以直接用于硅衬底上的探测器，但SOI平台的一个固有缺点是硅不能吸收波长大于1.1μm的光子，即不能实现通信波段的探测。从这个角度来看，截止波长接近1.8μm的锗是片上通信波段光探测的理想选择，波导耦合的硅基锗探测器由于其高性能和片上集成而备受关注和广泛研究。传统的硅基锗光波导探测器需要金属与锗接触并掺杂锗形成P
‑
I
‑
N结。然而，在这些器件中，金属接触对锗的光吸收会导致响应度下降，另外，标准CMOS工艺中锗与金属的欧姆接触技术也不成熟。相比之下，通过只在硅上掺杂并与本征锗形成异质结的横向光波导结构探测器，即使全硅掺杂器件，由于无需锗掺杂也不需要锗金属接触，工艺简单成本较低，同时可以避免金属电极对光的吸收。
[0004]然而，目前所知的全硅掺杂的横向光波导结构探测器还没有在不增加工艺难度的情况下，能够同时抑制暗电流、提高响应度、并大范围的提高带宽，从整体上提高器件的综合性能。

技术实现思路

[0005](一)解决的技术问题
[0006]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种全硅掺杂多结电场增强型锗光波导探测器，解决了现有锗光波导探测器在不增加工艺难度的情况下综合性能差的技术问题。
[0007](二)技术方案
[0008]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：
[0009]一种全硅掺杂多结电场增强型锗光波导探测器，包括：沿第一方向依次堆叠的金属电极、硅氧化上包层、波导层和硅氧化下包层；
[0010]所述波导层包括锗吸收层和薄硅层，所述锗吸收层位于所述薄硅层和硅氧化上包层之间；
[0011]所述锗吸收层下方的薄硅层设有多结型掺杂区结构；
[0012]所述硅氧化上包层包括通孔结构，所述通孔结构连接所述金属电极和所述薄硅层。
[0013]优选的，所述多结型掺杂区结构至少包括一对P
‑
I
‑
N重掺杂区结构，所述P
‑
I
‑
N重掺杂区结构沿第二方向包括P型重掺杂区和N型重掺杂区，所述P型重掺杂区与N型重掺杂区之间由非掺杂区区域相隔。
[0014]优选的，所述多结型掺杂区结构至少还包括一对N
‑
I
‑
P重掺杂区结构，所述N
‑
I
‑
P重掺杂区结构沿所述第二方向包括N型重掺杂区和P型重掺杂区，所述N
‑
I
‑
P重掺杂区结构位于所述非掺杂区区域。
[0015]优选的，所述薄硅层还包括沿所述第二方向排列的P型重掺杂区、P型轻掺杂区、N型轻掺杂区和N型重掺杂区；
[0016]两轻掺杂区各有一部分与所述锗吸收层沿第一方向的下表面重叠，所述多结型掺杂区结构沿所述第二方向的宽度小于所述锗吸收层减去所述锗吸收层与两轻掺杂区重叠区的宽度。
[0017]优选的，所述通孔结构连接所述金属电极和所述P型重掺杂区、N型重掺杂区；
[0018]所述金属电极和P型重掺杂连接的为P电极，所述金属电极和N型重掺杂连接的为N电极，其中P电极加反向偏压、N电极接地。
[0019]优选的，所述薄硅层还包括刻蚀形成的波导结构；
[0020]所述波导结构的一端沿光传播方向连接光栅耦合器或端面耦合器，另一端连接所述多结型掺杂区结构和锗吸收层。
[0021]优选的，所述全硅掺杂多结电场增强型锗光波导探测器还包括硅衬底层，所述硅衬底层位于所述硅氧化下包层下方。
[0022]优选的，所述锗吸收层为采用低温缓冲层技术生长的锗材料。
[0023](三)有益效果
[0024]本专利技术提供了一种全硅掺杂多结电场增强型锗光波导探测器。与现有技术相比，具备以下有益效果：
[0025]本专利技术中沿第一方向依次堆叠的金属电极、硅氧化上包层、波导层和硅氧化下包层；所述波导层包括锗吸收层和薄硅层，所述锗吸收层位于所述薄硅层和硅氧化上包层之间；所述锗吸收层下方的薄硅层设有多结型掺杂区结构；所述硅氧化上包层包括通孔结构，所述通孔结构连接所述金属电极和所述薄硅层，极大地提高了探测器的综合性能，具体包括：
[0026]1、无需增加额外工艺步骤、加工容易，且与CMOS工艺完美兼容。
[0027]2、多结型结构能够提高锗吸收区的电场，增加载流子的迁移速度，提高器件带宽，同时本专利技术结构可以使整个载流子的输运尽量在单晶锗材料中完成，由于锗具有更高的迁移率，同样也是增加器件带宽的因素。
[0028]3、多结型结构能将电场调节进入锗吸收层，光生载流子更容易被快速分立并被电极收集。降低了电子空穴对被复合的概率，增加了载流子的收集效率，提高了探测器的响应度。
[0029]4、多结型结构能够阻断或减弱锗硅界面附近及缺陷密度较高的缓冲层的电场，进而阻断或消减主要漏电传输通道，降低漏电流。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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专利技术的一些实施例，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。
[0031]图1(a)为本专利技术实施例提供的一种全硅掺杂多结电场增强型锗光波导探测器的立体结构示意图；
[0032]图1(b)本专利技术实施例提供的一种全硅掺杂多结电场增强型锗光波导探测器的沿垂直光传播方向的截面结构示意图；
[0033]图1(c)本专利技术实施例提供的另一种全硅掺杂多结电场增强型锗光波导探测器的沿垂直光传播方向的截面结构示意图；
[0034]图2为本专利技术实施例提供的一种全硅掺杂多结电场增强型锗光波导探测器与传统的锗光波导探测的工作原理对比图；
[0035]图3为本专利技术实施例提供的一种全硅掺杂多结电场增强型锗光波导探测器锗吸收区的光场分布；
[0036]图4为本专利技术实施例提供的一种全硅掺杂多结电场增强型锗光波导探测器的漏电流与传统结构的对比图；
[0037]图5为本专利技术实施例提供的一种全硅掺杂多结电场增强型锗光波导探测器的光电流与传统结构的对比图；
[0038]图6为本专利技术实施例提供的一种全硅掺杂多结电场增强型锗光波导探测器的带宽与传统结构的对比图；
[0039]图7(a)～(c)为本专利技术实施例提供的一种全硅掺杂多结电场增强型锗光波导探测器的沿光传播垂直方向截面的电场分布图；
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全硅掺杂多结电场增强型锗光波导探测器，其特征在于，包括：沿第一方向依次堆叠的金属电极(06)、硅氧化上包层(05)、波导层和硅氧化下包层(02)；所述波导层包括锗吸收层(04)和薄硅层(03)，所述锗吸收层(04)位于所述薄硅层(03)和硅氧化上包层(05)之间；所述锗吸收层(04)下方的薄硅层(03)设有多结型掺杂区结构；所述硅氧化上包层(05)包括通孔结构(06a)，所述通孔结构(06a)连接所述金属电极(06)和所述薄硅层(03)。2.如权利要求1所述的全硅掺杂多结电场增强型锗光波导探测器，其特征在于，所述多结型掺杂区结构至少包括一对P
‑
I
‑
N重掺杂区结构，所述P
‑
I
‑
N重掺杂区结构沿第二方向包括P型重掺杂区(03f)和N型重掺杂区(03g)，所述P型重掺杂区(03f)与N型重掺杂区(03g)之间由非掺杂区区域相隔。3.如权利要求2所述的全硅掺杂多结电场增强型锗光波导探测器，其特征在于，所述多结型掺杂区结构至少还包括一对N
‑
I
‑
P重掺杂区结构，所述N
‑
I
‑
P重掺杂区结构沿所述第二方向包括N型重掺杂区(03h)和P型重掺杂区(03i)，所述N
‑
I
‑
P重掺杂区结构位于所述非掺杂区区域。4.如权利要求2...

【专利技术属性】
技术研发人员：王俊，崔乃迪，郭进，冯俊波，胡洋，谢峰，
申请(专利权)人：联合微电子中心有限责任公司，
类型：发明
国别省市：