本发明专利技术公开了一种水平拉通型锗硅雪崩光电探测器。包括第一无源区、第二无源区和有源区，第一无源区通过有源区连接到第二无源区，第一无源区、第二无源区均由输入条形波导与锥形模式转换区构成；有源区中，锗吸收区从硅本征区中生长出来，作为探测器的吸收区；锗吸收区一侧依次与第一电荷收集区和第一欧姆接触层相连，另一侧依次与电荷区/雪崩放大区、第二电荷收集区和第二欧姆接触层相连，第一欧姆接触层和第二欧姆接触层分别与第一电极和第二电极相连。本发明专利技术采用水平结构，能够降低加工成本，提高探测器的响应度，获得片上水平拉通型锗硅雪崩光电探测器，具有工艺简单、高响应度、大带宽、高灵敏度等优点。高灵敏度等优点。高灵敏度等优点。
【技术实现步骤摘要】
一种水平拉通型锗硅雪崩光电探测器
[0001]本专利技术涉及了光电探测领域的一种光电探测器，尤其涉及一种水平拉通型锗硅雪崩光电探测器。
技术介绍
[0002]雪崩光电二极管，因其能实现内部增益常用于弱光探测，降低系统整体功耗，被广泛应用于光通信，光学成像等等领域。
[0003]硅基光电子器件具有与硅基集成电路完全兼容的工艺，同时具有大带宽，低功耗等等优势，在未来具有广阔的应用前景。硅Si材料的吸收截止波长为1.1μm，而基于III
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V族材料的器件制作成本高，不易与硅集成。锗Ge薄膜可与硅集成，且在1260
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1600nm的通信波段内具有较好的吸收，锗Ge/硅Si雪崩光电二极管在硅基光电子学领域具有独特的优势。
[0004]目前锗Ge/硅Si雪崩光电二极管有些能够简单工艺实现，但却牺牲器件工作性能；有些能够实现优良性能，但加工工艺复杂。在未来大规模硅基光电子的集成应用中，迫切需要具有工作性能优良，同时加工工艺简单且与其他硅基器件工艺兼容的锗Ge/硅Si雪崩光电二极管。
技术实现思路
[0005]为解决上述问题，本专利技术采用水平设计，引入双层锥形基板，两侧硅浅刻蚀槽和锗嵌入硅等结构提高探测器的响应度，具有工艺简单、高响应度、大带宽、高灵敏度等优点。
[0006]本专利技术采用的技术方案是：
[0007]本探测器包括第一输入条形波导、第一双层锥形基板、第二输入条形波导、第二双层锥形基板、第一电极和第二电极；第一输入条形波导和第二输入条形波导沿同一直线依次连接形成整条输入条形波导，整条输入条形波导的两侧对称设置有第一双层锥形基板、第二双层锥形基板，第一双层锥形基板和第二双层锥形基板均通过自身的一个端面与整条输入条形波导接触连接，且第一双层锥形基板和第二双层锥形基板的另一个端面均小于自身与整条输入条形波导接触连接的端面，第一双层锥形基板、第二双层锥形基板各自在靠近整条输入条形波导一侧的顶面开设有一个平行于整条输入条形波导的条形凹槽，分别作为第一浅刻蚀槽、第二浅刻蚀槽；第一双层锥形基板位于第一浅刻蚀槽外侧的部分作为第一欧姆接触层，第二双层锥形基板位于第二浅刻蚀槽外侧的部分作为第二欧姆接触层，第一双层锥形基板在第一浅刻蚀槽处的部分和整条输入条形波导靠近第一浅刻蚀槽处的部分共同构成第一电荷收集区，第二双层锥形基板在第二浅刻蚀槽处的部分和整条输入条形波导靠近第二浅刻蚀槽处的部分沿从第二欧姆接触层到整条输入条形波导的方向依次分为第二电荷收集区和电荷区/雪崩倍增区；所述第一欧姆接触层、第一电荷收集区、硅本征区、电荷区/雪崩倍增区、第二电荷收集区和第二欧姆接触层的两端均分别与第一双层锥形基板远离整条输入条形波导的端面的两端齐平，整条输入条形波导在第一电荷收集区和电荷区/雪崩倍增区之间的部分作为硅本征区，所述第一双层锥形基板和第二双层锥形基板
的两侧的端部均为三角形，且所述第一双层锥形基板两侧的端部均通过三角形部分分别与第一输入条形波导和第二输入条形波导过渡连接，且所述第二双层锥形基板两侧的端部均通过三角形部分分别与第一输入条形波导和第二输入条形波导过渡连接，所述第一双层锥形基板靠近第一输入条形波导的三角形部分、所述第二双层锥形基板靠近第一输入条形波导的三角形部分以及第一双层锥形基板靠近第一输入条形波导的三角形部分与第二双层锥形基板靠近第一输入条形波导的三角形部分之间的第一输入条形波导部分构成第一锥形模式转换区，所述第一双层锥形基板靠近第二输入条形波导的三角形部分、所述第二双层锥形基板靠近第二输入条形波导的三角形部分以及第一双层锥形基板靠近第二输入条形波导的三角形部分与第二双层锥形基板靠近第二输入条形波导的三角形部分之间的第二输入条形波导部分构成第二锥形模式转换区，第一欧姆接触层、第一电荷收集区、电荷区/雪崩倍增区、第二电荷收集区和第二欧姆接触层均通过离子注入掺杂制备形成，且离子注入掺杂的离子浓度不同；硅本征区、第一锥形模式转换区和第二锥形模式转换区均未进行离子注入掺杂处理；硅本征区顶面开设有一个平行于整条输入条形波导的第二条形凹槽，第二条形凹槽内布置锗材料形成锗吸收区，所述第一电极和第二电极分别设置在第一欧姆接触层和第二欧姆接触层的顶面。
[0008]第一欧姆接触层的离子浓度大于第一电荷收集区的离子浓度，第二欧姆接触层的离子浓度大于第二电荷收集区的离子浓度，第一电荷收集区的离子浓度大于电荷区/雪崩倍增区的离子浓度，第二电荷收集区的离子浓度大于电荷区/雪崩倍增区的离子浓度。
[0009]整条输入条形波导在硅本征区所在槽两侧的部分的上表面分别形成高于第一浅刻蚀槽和第二浅刻蚀槽的台阶，两个所述台阶的宽度均为50
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100nm。
[0010]第一电荷收集区和锗吸收区之间直接连接布置。
[0011]所述的硅本征区的槽内向上外延生长锗而形成锗吸收区。
[0012]所述第一电荷收集区、电荷区/雪崩倍增区和第二电荷收集区的宽度根据各自的离子浓度的设定而定。
[0013]所述第一输入条形波导和第一锥形模式转换区构成第一无源区；第一欧姆接触层、第一电极、第一电荷收集区、锗吸收区、硅本征区、电荷区/雪崩倍增区、第二电荷收集区、第二欧姆接触层和第二电极构成有源区；第二锥形模式转换区和第二输入条形波导构成第二无源区，所述第一无源区通过有源区连接到第二无源区，待输入光源从所述的第一无源区输入或第二无源区输入，或者从第一无源区和第二无源区同时输入。
[0014]所述锗吸收区位于有源区中心位置。
[0015]所述第一欧姆接触层、第一电荷收集区、硅本征区、电荷区/雪崩倍增区、第二电荷收集区和第二欧姆接触层平行于整条输入条形波导方向的长度均相同，且所述锗吸收区平行于整条输入条形波导方向的长度小于硅本征区的长度，所述锗吸收区的一端与相邻的硅本征区的一端的距离等于所述锗吸收区的另一端与相邻的硅本征区的另一端的距离，所述距离为50
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100nm。
[0016]所述第一欧姆接触层、第一电荷收集区和电荷区/雪崩倍增区均采用P型离子注入掺杂，第二电荷收集区和第二欧姆接触层均采用N型离子注入掺杂。
[0017]本专利技术的有益效果是：
[0018]本专利技术通过引入双层锥形基板，两侧硅浅刻蚀槽和锗嵌入硅等结构，提升锗硅雪
崩光电探测器的响应度。
[0019]本专利技术通过引入水平电荷区/雪崩倍增区的拉通型锗硅结构，能够实现大电光带宽，高增益带宽积的锗硅雪崩光电探测器。
[0020]本专利技术实现了加工工艺简单且与硅基平台其他器件工艺兼容的一种水平拉通型锗硅雪崩光电探测器，具有与其他器件大规模集成的潜力。
附图说明
[0021]图1是水平拉通型锗硅探测器的整体结构示意图；
[0022]图2是水平拉通型锗硅探测器俯视图；
[0023]图3是水平拉通型锗硅探测器有源区截面图；
[0024]图4是水平拉通型锗硅探测器左视图；
[0025]图5是水平拉通型锗硅探测器响应度本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种水平拉通型锗硅雪崩光电探测器，其特征在于：包括第一输入条形波导(1)、第一双层锥形基板(2)、第二输入条形波导(7)、第二双层锥形基板(8)、第一电极(4)和第二电极(11)；第一输入条形波导(1)和第二输入条形波导(7)沿同一直线依次连接形成整条输入条形波导，整条输入条形波导的两侧对称设置有第一双层锥形基板(2)、第二双层锥形基板(8)，第一双层锥形基板(2)和第二双层锥形基板(8)均通过自身的一个端面与整条输入条形波导接触连接，且第一双层锥形基板(2)和第二双层锥形基板(8)的另一个端面均小于自身与整条输入条形波导接触连接的端面，第一双层锥形基板(2)、第二双层锥形基板(8)各自在靠近整条输入条形波导一侧的顶面开设有一个平行于整条输入条形波导的条形凹槽，分别作为第一浅刻蚀槽(14)、第二浅刻蚀槽(15)；第一双层锥形基板(2)位于第一浅刻蚀槽(14)外侧的部分作为第一欧姆接触层(3)，第二双层锥形基板(8)位于第二浅刻蚀槽(15)外侧的部分作为第二欧姆接触层(12)，第一双层锥形基板(2)在第一浅刻蚀槽(14)处的部分和整条输入条形波导靠近第一浅刻蚀槽(14)处的部分共同构成第一电荷收集区(5)，第二双层锥形基板(8)在第二浅刻蚀槽(15)处的部分和整条输入条形波导靠近第二浅刻蚀槽(15)处的部分沿从第二欧姆接触层(12)到整条输入条形波导的方向依次分为第二电荷收集区(10)和电荷区/雪崩倍增区(9)；所述第一欧姆接触层(3)、第一电荷收集区(5)、硅本征区(13)、电荷区/雪崩倍增区(9)、第二电荷收集区(10)和第二欧姆接触层(12)的两端均分别与第一双层锥形基板(2)远离整条输入条形波导的端面的两端齐平，整条输入条形波导在第一电荷收集区(5)和电荷区/雪崩倍增区(9)之间的部分作为硅本征区(13)，所述第一双层锥形基板(2)和第二双层锥形基板(8)两侧的端部均为三角形，且所述第一双层锥形基板(2)两侧的端部均通过三角形部分分别与第一输入条形波导(1)和第二输入条形波导(7)过渡连接，且所述第二双层锥形基板(8)两侧的端部均通过三角形部分分别与第一输入条形波导(1)和第二输入条形波导(7)过渡连接，所述第一双层锥形基板(2)靠近第一输入条形波导(1)的三角形部分、所述第二双层锥形基板(8)靠近第一输入条形波导(1)的三角形部分以及第一双层锥形基板(2)靠近第一输入条形波导(1)的三角形部分与第二双层锥形基板(8)靠近第一输入条形波导(1)的三角形部分之间的第一输入条形波导(1)部分构成第一锥形模式转换区，所述第一双层锥形基板(2)靠近第二输入条形波导(7)的三角形部分、所述第二双层锥形基板(8)靠近第二输入条形波导(7)的三角形部分以及第一双层锥形基板(2)靠近第二输入条形波导(7)的三角形部分与第二双层锥形基板(8)靠近第二输入条形波导(7)的三角形部分之间的第二输入条形波导(7)部分构成第二锥形模式转换区，第一欧姆接触层(3)、第一电荷收集区(5)、电荷区/雪崩倍增区(9)、第二电荷收集区(10)和第二欧姆接触层(12)均通过离子注入掺杂制备形成，且离子注入掺杂的离子浓度不同；硅本征区(13)、第一锥形模式转换区和第二锥形模...
【专利技术属性】
技术研发人员：戴道锌，项宇銮，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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