雪崩光电探测器及其制备方法技术

提供了雪崩光电探测器及其制备方法。探测器包括：衬底，其表面包括第一半导体层；位于衬底上的第二半导体层；和光波导。第一半导体层包括第一方向上依次排列的第一P型、第二P型、第三N型掺杂区、第一本征区、第三P型掺杂区、第二本征区、第二N型和第一N型掺杂区，第一至第三P型掺杂区、第一至第三N型掺杂区浓度均依次递减；第二P型紧邻第一P型掺杂区的部分区域的第一高度低于其他区域的第二高度以形成槽，光波导位于该槽中且布置成大体沿第二方向延伸且与第二方向成预设夹角，第二半导体层依次覆盖部分第二P型、第三N型掺杂区、第一本征区和第三P型掺杂区；第一N型、第三P型、第一N型掺杂区均连接有电极。区均连接有电极。区均连接有电极。

【技术实现步骤摘要】
雪崩光电探测器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及光子集成芯片探测
，具体涉及一种雪崩光电探测器及其制备方法。

技术介绍

[0002]雪崩光电探测器作为硅光子架构的核心器件之一，具有实现低功率光信号到电信号转换的功能，其工作原理是通过光电效应产生的光生载流子(空穴电子对)，在高电场区运动时被迅速加速，运动过程中可能发生一次或多次碰撞，通过碰撞电离效应产生二次、三次新的空穴电子对，产生雪崩倍增效应，使载流子数量迅速增加，从而形成比较大的光信号电流。
[0003]目前，在硅光子集成芯片中广泛采用兼容CMOS工艺的锗硅材料实现雪崩光电探测，它是利用硅材料作为光波导，同时作为雪崩增益区(也称为倍增区)，而锗材料吸收光子。目前该锗硅雪崩光电探测器结构的不足如下：一是需要外延单晶硅工艺，制作相对复杂；二是吸收区通常会被P或N型掺杂，这些掺杂都会造成光吸收损耗，继而降低探测器量子效率；三是吸收区和倍增区不易独立调节，对掺杂区浓度精度要过较高，工艺容忍度低，容易导致增益带宽不理想。因此采用锗硅材料的雪崩光电探测器有待进一步的改进。
专本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种雪崩光电探测器，其特征在于，包括：衬底，所述衬底的表面包括第一半导体层；位于所述第一半导体层之上的第二半导体层，所述第二半导体层的材料不同于所述第一半导体层的材料；和位于所述第一半导体层之上的光波导，包括靠近光入射端的前端和远离所述光入射端的末端，其中，所述第一半导体层包括在第一方向上依次排列的第一P型掺杂区、第二P型掺杂区、第三N型掺杂区、第一本征区、第三P型掺杂区、第二本征区、第二N型掺杂区和第一N型掺杂区，所述第一至第三P型掺杂区的掺杂剂浓度依次递减，且所述第一至第三N型掺杂区的掺杂剂浓度依次递减，所述第一方向为所述雪崩光电探测器的电子流动方向；所述第一半导体层中的第二P型掺杂区的紧邻所述第一P型掺杂区的部分区域具有的第一高度H1低于第一半导体层中其他区域具有第二高度H2以形成沿第二方向上延伸的槽，所述第二方向为垂直于所述第一方向且平行于所述衬底表面的方向；所述第二半导体层沿所述第一方向依次覆盖所述第二P型掺杂区的第二高度H2的部分区域、所述第三N型掺杂区、所述第一本征区和所述第三P型掺杂区的部分区域；所述光波导位于所述槽中且布置成大体沿第二方向延伸且与第二方向成预设夹角，以使其前端靠近所述第一P型掺杂区且末端靠近所述第二P型掺杂区的第二高度H2的部分；且所述第一N型掺杂区连接有第一电极；所述第三P型掺杂区连接有第二电极；所述第一P型掺杂区连接有第三电极。2.根据权利要求1所述雪崩光电探测器，其特征在于，所述光波导是未掺杂的或轻掺杂的。3.根据权利要求1所述雪崩光电探测器，其特征在于，所述第一电极和第三电极之间设置有第一反向偏置电压V1，且所述第一电极和第二电极之间设置有第二反向偏置电压V2。4.根据权利要求1所述雪崩光电探测器，其特征在于，所述第一半导体层的材料为硅，且所述第二半导体层的材料为锗、锗硅合金、III
‑
V族材料及其合金。5.根据权利要求1所述雪崩光电探测器，其特征在于，所述第一P型掺杂区或所述第一N型掺杂区的掺杂剂浓度为1
×
10
20
/cm3～5
×
10
20
/cm3，所述第二P型掺杂区或所述第二N型掺杂区的掺杂剂浓度为2
×
10
17
/cm3～5
×
10
18
/cm3，所述第三P型掺杂区或所述第三N型掺杂区的掺杂剂浓度为1.2
×
10
17
～4
×
10
17
/cm3。6.根据权利要求1所述雪崩光电探测器，其特征在于，所述第二本征区在所述第一方向上的尺寸为50nm至800nm。7.根据权利要求1所述雪崩光电探测器，其特征在于，所述第二半导体层在所述第一方向上的尺寸为150nm至1500nm，在所述第二方向上的尺寸为1μm...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡晓，陈代高，张宇光，王磊，肖希，
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：