光电探测器制造技术

本发明专利技术实施例提供的光电探测器，包括：平板结构、波导结构、限光结构、吸收结构、第一电极结构及第二电极结构；其中，所述波导结构延伸至所述限光结构中，且所述波导结构的第一侧壁所在的第一边与所述限光结构的外侧壁中第二侧壁所在的第二边相切；所述波导结构用于将入射光以与所述第二边相切的方向导入所述限光结构中；通过所述限光结构侧壁的全反射将导入的光限制在限光结构内进行环形传输，并通过限光结构将导入的光耦合到吸收结构中；所述第一电极结构位于所述限光结构内；所述第一电极结构、第二电极结构用于收集沿所述吸收结构及所述限光结构传输的电子或空穴；所述第一电极结构与第二电极结构收集的载流子的类型不同。结构与第二电极结构收集的载流子的类型不同。结构与第二电极结构收集的载流子的类型不同。

【技术实现步骤摘要】
光电探测器


[0001]本专利技术涉及半导体
，具体地，涉及一种光电探测器。

技术介绍

[0002]借鉴于大规模集成电路的发展路线，国内外正在开展研究将有源器件(例如调制器、光电探测器等)和光波导器件(例如分光器/耦合器等)集成到一个衬底上，以实现具有类似大规模集成电路的优点的光子芯片。光子芯片具有低成本、小尺寸、低功耗、灵活扩展和高可靠性等特点。目前硅基光子芯片被业界认为是最有前景的光子芯片。硅基光子芯片可以将微电子和光电子结合起来，充分发挥硅基微电子先进成熟的工艺技术、高度集成化、低成本等优势，具有广泛的市场前景。
[0003]硅基光子芯片通常采用绝缘体上硅(Si1icon On Insulator，SOI)材料形成光波导，光波导由Si芯层和SiO2包层形成，芯层和包层间较大的折射率差异对光场有很强的限制作用，可实现小到微米量级的波导弯曲半径，从而为硅基光子芯片小型化和高密度集成化提供了实现的基础。
[0004]在光通信领域，硅基光子芯片的接收端常使用的器件为光电探测器，如锗硅波导型光电探测器。锗硅波导型光电探测器是一种将高速光信号转化为电流信号的器件，是硅基光子芯片的关键器件。锗硅波导型光电探测器主要依靠锗材料对光的吸收产生光电流。相关技术中，需要兼顾光电探测器带宽的同时进一步提高光电探测器的响应度。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术实施例期望提供一种光电探测器。
[0006]为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0007]所述光电探测器包括：平板结构、波导结构、限光结构、吸收结构、第一电极结构及第二电极结构；其中，
[0008]所述波导结构延伸至所述限光结构中，且所述波导结构的第一侧壁所在的第一边与所述限光结构的外侧壁中的第二侧壁所在的第二边相切；所述波导结构用于将入射光以与所述第一边相切的方向导入所述限光结构中；
[0009]通过所述限光结构侧壁的全反射将导入的光限制在限光结构内进行环形传输，并通过限光结构将导入的光耦合到吸收结构中；
[0010]所述吸收结构至少部分位于所述限光结构上；通过所述吸收结构侧壁的全反射将耦合的光限制在吸收结构内进行环形传输，并将耦合的光转化为电子和空穴；
[0011]所述平板结构包围所述波导结构和限光结构；
[0012]所述第一电极结构位于所述限光结构内；所述第二电极结构位于所述限光结构外侧且与所述限光结构接触；所述第一电极结构、第二电极结构用于收集沿所述吸收结构及所述限光结构传输的电子或空穴；所述第一电极结构与第二电极结构收集的载流子的类型不同。
[0013]上述方案中，所述限光结构包括第一掺杂区及包围所述第一掺杂区的第二掺杂区；其中，所述第一掺杂区与所述第二掺杂区掺杂类型相反；
[0014]所述第一电极结构位于所述第一掺杂区内侧且与所述第一掺杂区接触，所述第一电极结构用于收集沿所述吸收结构及所述第一掺杂区传输的电子或空穴；
[0015]所述第二电极结构用于收集沿所述吸收结构及所述第二掺杂区传输的电子或空穴。
[0016]上述方案中，所述光电探测器还包括位于所述第一掺杂区与所述第二掺杂区之间的本征区，其中，
[0017]所述本征区的材料与所述限光结构的材料相同；
[0018]或者，
[0019]所述本征区的材料与所述吸收结构的材料相同。
[0020]上述方案中，所述光电探测器还包括位于所述第一掺杂区与所述第二掺杂区之间沿所述限光结构厚度的方向依次层叠设置的第一本征区、第二本征区，其中，
[0021]所述第一本征区的材料与所述限光结构的材料相同；所述第二本征区的材料与所述吸收结构的材料相同。
[0022]上述方案中，所述第一掺杂区、所述本征区及所述第二掺杂区在预设平面的投影之和覆盖所述吸收结构在所述预设平面的投影；所述吸收结构在所述预设平面的投影覆盖所述本征区在所述预设平面的投影；
[0023]其中，所述预设平面垂直于所述限光结构厚度的方向。
[0024]上述方案中，所述第一电极结构包括第一电极、第一电极接触区以及第三掺杂区；其中，所述第三掺杂区位于所述第一掺杂区内侧且与所述第一掺杂区接触；所述第一电极接触区位于所述第三掺杂区表面及向下一定深度的区域，所述第一电极位于所述第一电极接触区之上；所述第一电极用于收集依次沿所述吸收结构、第一掺杂区、所述第三掺杂区以及所述第一电极接触区传输的电子或空穴；
[0025]所述第二电极结构包括第二电极、第二电极接触区以及第四掺杂区；其中，所述第四掺杂区包围所述限光结构，所述第二电极接触区位于所述第四掺杂区表面及向下一定深度的区域，所述第二电极位于所述第二电极接触区之上；所述第二电极用于收集依次沿所述吸收结构、所述第二掺杂区及所述第四掺杂区传输的电子或空穴。
[0026]上述方案中，所述第二掺杂区的掺杂浓度小于等于所述第四掺杂区的掺杂浓度，所述第四掺杂区的掺杂浓度小于所述第二电极接触区的掺杂浓度；所述第一掺杂区的掺杂浓度小于等于所述第三掺杂区的掺杂浓度，所述第三掺杂区的浓度小于所述第一电极接触区的掺杂浓度。
[0027]上述方案中，所述第一电极接触区远离所述吸收结构，且所述第三掺杂区的厚度小于等于所述限光结构的厚度；所述波导结构的厚度与所述限光结构的厚度相同。
[0028]上述方案中，所述波导结构在预设平面的投影的形状包括长条状；
[0029]所述限光结构的外侧壁在所述预设平面的投影的形状包括由至少一段直线和/或至少一段曲线形成的封闭图形，且所述限光结构的外侧壁中的第二侧壁所在的第二边和外侧壁中第三侧壁所在的第三边形成的角度为钝角；
[0030]其中，所述第三侧壁为所述入射光进入所述限光结构后第一次发生反射处的侧
壁。
[0031]上述方案中，所述限光结构的外侧壁在所述预设平面的投影的形状包括以下之一：
[0032]圆形；
[0033]多段曲线连接形成的封闭形状；
[0034]多段直线和多段曲线连接形成的封闭形状；
[0035]多边形。
[0036]本专利技术实施例提供的光电探测器，通过波导结构将入射光沿与所述限光结构的第二侧壁所在的第二边相切地进入限光结构并通过限光结构将入射光耦合到吸收结构而被吸收。同时，限光结构和吸收结构的外侧壁所在的边采用例如圆形、优化变形的类圆形或多边形结构，这种结构能够将光限制在封闭结构内稳定传输，同时减少所述入射光在限光结构和吸收结构传播过程中向高阶模激发，如此，能够减少光的泄露，从而提高光电探测器的响应度。同时，所述入射光在限光结构中由于侧壁的全反射作用在第一方向无法逃离限光结构，最后全部耦合到吸收结构中，而在吸收结构中也将由于侧壁的全反射作用入射光将被限制在吸收结构中，也就是说，入射光在限光结构和吸收结构中呈环形传播直至被完全吸收，环形传播可以减少限光结构和吸收结构的尺寸需求，即可以减小光电探测器尺寸需求，而较小的光电探测器尺寸可以带来较小本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光电探测器，其特征在于，包括：平板结构、波导结构、限光结构、吸收结构、第一电极结构及第二电极结构；其中，所述波导结构延伸至所述限光结构中，且所述波导结构的第一侧壁所在的第一边与所述限光结构的外侧壁中的第二侧壁所在的第二边相切；所述波导结构用于将入射光以与所述第二边相切的方向导入所述限光结构中；通过所述限光结构侧壁的全反射将导入的光限制在限光结构内进行环形传输，并通过限光结构将导入的光耦合到吸收结构中；所述吸收结构至少部分位于所述限光结构上；通过所述吸收结构侧壁的全反射将耦合的光限制在吸收结构内进行环形传输，并将耦合的光转化为电子和空穴；所述平板结构包围所述波导结构和限光结构；所述第一电极结构位于所述限光结构内；所述第二电极结构位于所述限光结构外侧且与所述限光结构接触；所述第一电极结构、第二电极结构用于收集沿所述吸收结构及所述限光结构传输的电子或空穴；所述第一电极结构与第二电极结构收集的载流子的类型不同。2.根据权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，所述限光结构包括第一掺杂区及包围所述第一掺杂区的第二掺杂区；其中，所述第一掺杂区与所述第二掺杂区掺杂类型相反；所述第一电极结构位于所述第一掺杂区内侧且与所述第一掺杂区接触，所述第一电极结构用于收集沿所述吸收结构及所述第一掺杂区传输的电子或空穴；所述第二电极结构用于收集沿所述吸收结构及所述第二掺杂区传输的电子或空穴。3.根据权利要求2所述的光电探测器，其特征在于，所述光电探测器还包括位于所述第一掺杂区与所述第二掺杂区之间的本征区，其中，所述本征区的材料与所述限光结构的材料相同；或者，所述本征区的材料与所述吸收结构的材料相同。4.根据权利要求2所述的光电探测器，其特征在于，所述光电探测器还包括位于所述第一掺杂区与所述第二掺杂区之间沿所述限光结构厚度的方向依次层叠设置的第一本征区、第二本征区，其中，所述第一本征区的材料与所述限光结构的材料相同；所述第二本征区的材料与所述吸收结构的材料相同。5.根据权利要求3或4所述的光电探测器，其特征在于，所述第一掺杂区、所述本征区及所述第二掺杂区在预设平面的投影之和覆盖所述吸收结构在所述预设平面的投影；...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈代高，肖希，王磊，刘敏，周佩奇，胡晓，张宇光，余少华，
申请(专利权)人：武汉光谷信息光电子创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：