硅红外增强倏逝波耦合雪崩光电探测器及其制作方法技术

本发明专利技术提供一种硅红外增强倏逝波耦合雪崩光电探测器及制备方法，该探测器包括：SOI晶片；脊形单模传输波导；吸收层，具有缺陷能级，外延形成于单模传输波导上；波导与吸收层之间通过倏逝波进行光的耦合；倍增层，形成于吸收层中；P型电极接触层，形成于倍增层中；N型电极接触层，形成于吸收层的除倍增层以外的区域中；P型和N型电极，形成于P型和N型电极接触层上。本发明专利技术利用离子注入在吸收层硅上形成缺陷能级，可提高其在红外2

【技术实现步骤摘要】
硅红外增强倏逝波耦合雪崩光电探测器及其制作方法


[0001]本专利技术涉及半导体
，尤其涉及硅红外增强倏逝波耦合雪崩光电探测器及其制作方法。

技术介绍

[0002]随着信息产业的发展，全球基础通信数据量以惊人速率飞速上升。为了解决信息容量紧张问题，信息的载体
‑
光波长开始向中红外波段拓展，目前已经出现中红外波段的激光器和探测器。另外随着数据信息的海量增加，对数据传输的速度、能耗等各方面提出了挑战，目前各国大多采用单片集成芯片来实现海量数据信息传输。硅基光电集成芯片集中了硅基微电子先进成熟的工艺技术、高密度集成、成本低以及光子极高的传输速率、高抗干扰性和低功耗的优势，不仅在现代通信技术中越来越占重要比重，而且在中红外波段，其在许多领域如工业/军事成像、光谱探测和环境监测、医学诊断分析等具有潜在的应用优势。
[0003]虽然硅基光电子学在中红外窗口的应用前景十分乐观，但其发展过程中存在的挑战也不容忽视。
[0004]目前首要的限制就是缺乏真正意义上的集成，大多数的集成系统都是基于分立元件的组装而不是一系列元件的“无缝”集成。另外，对于硅基探测器，因为其禁带宽度为1.12eV，只能吸收1100nm以下的光。
[0005]专利技术人在实现本专利技术的过程中发现，现有技术中还至少存在以下几方面的问题，即工作于2
‑
3μm波段的硅基光电探测器的响应度偏低；由于器件结构的限制，响应度和响应速率之间互相牵制，不能工作于高速系统。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供了一种硅红外增强倏逝波耦合雪崩光电探测器，以期至少部分地解决上述提及的技术问题之一。
[0007]本专利技术的一个方面提供了一种硅红外增强倏逝波耦合雪崩光电探测器，包括：
[0008]SOI晶片，包括硅衬底、氧化硅和顶层硅；
[0009]单模传输波导，呈脊形；其中，上述单模传输波导通过刻蚀上述顶层硅形成；
[0010]吸收层，外延形成于上述单模传输波导上；其中，上述吸收层具有缺陷能级；上述单模传输波导与上述吸收层之间通过倏逝波的方式进行光的耦合；
[0011]倍增层，形成于上述吸收层中；
[0012]P型电极接触层，形成于上述倍增层中；
[0013]N型电极接触层，形成于上述吸收层的除上述倍增层以外的区域中；
[0014]P型电极，形成于上述P型电极接触层上；
[0015]N型电极，形成于上述N型电极接触层上。
[0016]根据本专利技术的实施例，上述硅红外增强倏逝波耦合雪崩光电探测器还包括：绝缘膜，形成于上述氧化硅的除上述顶层硅以外的裸露区域上。
[0017]根据本专利技术的实施例，上述吸收层的厚度包括2μm～10μm，宽度包括3μm～5μm，长度包括10μm～12μm；
[0018]上述单模传输波导的宽度包括2μm～4μm；
[0019]上述吸收层的外延浓度包括本征值。
[0020]根据本专利技术的实施例，上述吸收层包括缺陷能级的N型区；
[0021]上述吸收层内通过离子注入的方式注入的离子包括Se、S、He、Si中的其中之一。
[0022]根据本专利技术的实施例，上述P型电极或所述N型电极的电极材料包括：Al或TiAu。
[0023]本专利技术的另一方面还提供了一种硅红外增强倏逝波耦合雪崩光电探测器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0024]刻蚀SOI晶片，形成单模传输波导，其中上述SOI晶片包括硅衬底、氧化硅和顶层硅；
[0025]清洗刻蚀后的上述SOI晶片，在上述单模传输波导上选择性外延生长外延硅层；
[0026]清洗带有上述外延层的SOI晶片，对上述外延层进行第一离子注入，形成具有缺陷能级的吸收层；
[0027]在上述吸收层上光刻形成N型电极接触层区域，对上述N型电极接触层区域进行第二离子注入，形成N型电极接触层；
[0028]在上述吸收层上进行第三离子注入，形成倍增层；
[0029]在上述吸收层上光刻形成P型电极接触层区域，对上述P型电极接触层区域进行第四离子注入，形成P型电极接触层；
[0030]清洗带有上述P型电极接触层的SOI晶片，制作SiO2钝化膜。在上述吸收层上淀积金属并刻蚀形成N型电极和P型电极，完成探测器的制备。
[0031]根据本专利技术的实施例，上述第一离子注入的离子注入剂量包括5
×
10
12
cm
‑2～1
×
10
13
cm
‑2；
[0032]上述第一离子注入的离子注入能量包括200KeV～400KeV；
[0033]其中，上述第一离子注入的离子包括：Se、S、He、Si中的其中之一；
[0034]其中，在进行上述第一离子注入后，上述制备方法还包括：
[0035]进行第一退火，其中，上述第一退火温度包括1000℃～1050℃，第一退火时间包括4小时～8小时。
[0036]根据本专利技术的实施例，上述第二离子注入的离子注入剂量包括3
×
10
14
cm
‑2～6
×
10
14
cm
‑2；上述第二离子注入的离子注入能量包括40KeV～70KeV；
[0037]其中，上述第二离子注入的离子包括P或As；
[0038]其中，在进行上述第二离子注入后，上述制备方法还包括：
[0039]进行第二退火，其中，上述第二退火温度包括850℃～900℃，第二退火时间2小时～3小时。
[0040]根据本专利技术的实施例，上述第三离子注入的离子注入剂量包括5
×
10
13
cm
‑2～1
×
10
14
cm
‑2；上述第三离子注入的离子注入能量包括80KeV～120KeV；
[0041]其中，上述第三离子注入的离子包括B；
[0042]其中，在进行上述第三离子注入后，上述制备方法还包括：
[0043]进行第三退火，其中，上述第三退火温度包括1050℃～1100℃，第三退火时间包括
12小时～16小时。
[0044]根据本专利技术的实施例，上述第四离子注入的离子注入剂量包括5
×
10
14
cm
‑2～2
×
10
15
cm
‑2；上述第四离子注入的离子注入能量包括40KeV～70KeV；
[0045]其中，上述第四离子注入的离子包括B；
[0046]其中，在进行上述第四离子注入后，上述制备方法还包括：
[0047]进行第四退火；其中，上述第四退火温度包括900℃～1000℃，第四退火时间包括1小时～1.5小时。
[0048]对于上述技术方案，相比于现有技术，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅红外增强倏逝波耦合雪崩光电探测器，其特征在于，包括：SOI晶片，包括硅衬底、氧化硅和顶层硅；单模传输波导，呈脊形；其中，所述单模传输波导通过刻蚀所述顶层硅形成；吸收层，外延形成于所述单模传输波导上；其中，所述吸收层具有缺陷能级；所述单模传输波导与所述吸收层之间通过倏逝波的方式进行光的耦合；倍增层，形成于所述吸收层中；P型电极接触层，形成于所述倍增层中；N型电极接触层，形成于所述吸收层的除所述倍增层以外的区域中；P型电极，形成于所述P型电极接触层上；N型电极，形成于所述N型电极接触层上。2.根据权利要求1所述的硅红外增强倏逝波耦合雪崩光电探测器，其特征在于，所述硅红外增强倏逝波耦合雪崩光电探测器还包括：绝缘膜，形成于所述氧化硅的除所述顶层硅以外的裸露区域上。3.根据权利要求1所述的硅红外增强倏逝波耦合雪崩光电探测器，其特征在于，所述吸收层的厚度包括2μm～10μm，宽度包括3μm～5μm，长度包括10μm～12μm；所述单模传输波导的宽度包括2μm～4μm；所述吸收层的外延浓度包括本征值。4.根据权利要求1所述的硅红外增强倏逝波耦合雪崩光电探测器，其特征在于，所述吸收层包括缺陷能级的N型区；所述吸收层内通过离子注入的方式注入的离子包括Se、S、He、Si中的其中之一。5.根据权利要求1所述的硅红外增强倏逝波耦合雪崩光电探测器，其特征在于，所述P型电极或所述N型电极的电极材料包括：Al或TiAu。6.一种如权利要求1～5任一项所述的硅红外增强倏逝波耦合雪崩光电探测器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：刻蚀SOI晶片，形成单模传输波导，其中所述SOI晶片包括硅衬底、氧化硅和顶层硅；清洗刻蚀后的所述SOI晶片，在所述单模传输波导上选择性外延生长外延硅层；清洗带有所述外延层的SOI晶片，对所述外延层进行第一离子注入，形成具有缺陷能级的吸收层；在所述吸收层上光刻形成N型电极接触层区域，对所述N型电极接触层区域进行第二离子注入，形成N型电极接触层；在所述吸收层上进行第三离子注入，形成倍增层；在所述吸收层上光刻形成P型电极接触层区域，对所述P型电极接触层区域进行第四离子注入，形成P型电极接触层；清洗带有所述P型电极接触层的SOI晶片，制作SiO2钝化膜。在所述吸收层上淀积金属并刻蚀形成N型电极和P型电极，完成探测器的制备。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述第一离子注入的离子注入...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑婉华，彭红玲，王天财，石涛，孟然哲，齐爱谊，李晶，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：