一种雪崩光电探测器及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种雪崩光电探测器，包括硅衬底，埋层氧化硅形成于硅衬底上，硅台面区形成于埋层氧化硅上，硅接触区形成于硅台面区两侧的埋层氧化硅上，锗外延层形成于硅台面区上，第一电极与锗外延层欧姆接触，第二电极与硅接触区欧姆接触。该雪崩光电探测器中，锗外延层的面积小于硅台面区，且在锗外延层和硅台面区的同侧均刻蚀出直角结构，在锗外延层和硅台面区直角结构的相对一侧为光传入侧。该雪崩光电探测器具有吸收效率高、尺寸小、易于集成、损耗均匀性较好、加温控后热稳定性好、可与有源器件集成、强抗辐射能力和易于封装的优势。本发明专利技术还提供了该雪崩光电探测器的制备方法，该方法具有操作简单和重复性好的优点。法具有操作简单和重复性好的优点。法具有操作简单和重复性好的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种雪崩光电探测器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体光电器件领域，具体涉及一种雪崩光电探测器及其制备方法。

技术介绍

[0002]光电探测器是将入射的辐射信号转变成电信号输出的一种重要的光电器件，是光电系统的重要组成部分。由于光电探测器件在国防和人民生活中有重要的应用，其发展非常迅速。随着科技的发展，各种新型光电材料不断涌现，同时由于制造工艺的提高，光电探测器的性能有了很大的改善。光电探测器在光通信系统中除了传输光纤信号，还可以组合传输电信号，具有传输速度快、容量高等优点。
[0003]雪崩光电探测器作为一种应用于弱光探测的探测器，具有高倍增因子，吸收效率高，耐压性能好，寿命长等优势，在光通信和激光雷达等方面有非常重要的应用。雪崩光电探测器采用与CMOS工艺兼容的制备方法，具有易与微电子电路大面积单片集成，易构成大面积线阵和面阵系统的优势。雪崩光电探测器利用光电效应将入射光信号转换成半导体器件内的光电子，并可以通过雪崩击穿过程对光电子进行雪崩式的放大，因此它具有响应度高、响应速度快，体积小等突出优点。正是因为雪崩光电探测器的上述优点，使得雪崩光电探测器对光的响应非常敏感，大大提高了光电探测系统的作用距离，从而雪崩光电探测器被广泛应用于激光测距、激光制导和激光雷达系统等领域。
[0004]近年来，硅基电子学发展十分迅速，与集成电路完全兼容，未来硅基光电子芯片成本将会降低，硅基光电子产品应用市场将非常大。目前的技术为锗材料与硅进行集成，锗材料作为硅基光电探测器的吸收层材料被广泛应用，但存在吸收效率低，暗电流大等一系列问题。如何提供一种吸收效率高的锗硅雪崩光电探测器是亟需解决的问题。

技术实现思路

[0005]针对上述问题中存在的不足之处，本专利技术提供一种雪崩光电探测器。该雪崩光电探测器包括硅衬底，埋层氧化硅形成于硅衬底上，硅台面区形成于埋层氧化硅上，硅接触区形成于硅台面区两侧的埋层氧化硅上，锗外延层形成于硅台面区上，分别在硅接触区和锗外延层进行离子注入，第一电极与锗外延层欧姆接触，第二电极与硅接触区欧姆接触。该雪崩光电探测器中，锗外延层的面积小于硅台面区，且在锗外延层和硅台面区的同侧均刻蚀出直角结构，在锗外延层和硅台面区直角结构的相对一侧为光传入侧。
[0006]作为本专利技术进一步的改进，锗外延层表面进行离子注入，注入硼离子形成p
++
型掺杂区；并在锗外延层表面沉积金属形成第一电极。
[0007]作为本专利技术进一步的改进，硅接触区表面进行离子注入，注入磷离子形成n
++
型掺杂区；并在硅接触区表面沉积金属形成第二电极。
[0008]作为本专利技术进一步的改进，该雪崩光电探测器还包括介质膜，硅接触区、硅台面区和锗外延层的表面被介质膜所覆盖。介质膜的材料选自：氧化硅或者氮化硅。
[0009]本专利技术还提供一种制备上述雪崩光电探测器的方法，该方法包括：
[0010]步骤1、对SOI材料进行刻蚀，形成硅台面区，并在硅台面区的两侧形成离子注入区，硅台面区的另外一个侧面为光传入侧面，与硅台面区光传入侧面相对的另一个侧面刻蚀呈直角；
[0011]步骤2、对离子注入区进行离子注入，形成硅接触区；
[0012]步骤3、在硅台面区和硅接触区表面覆盖介质膜，并刻蚀硅台面区上方的介质膜露出锗外延区；
[0013]步骤4、在露出的锗外延区外延生长锗外延层，锗外延层的面积小于硅台面区，且在锗外延层与硅台面区直角结构的同侧也刻蚀出直角结构，在锗外延层直角结构的相对一侧为光传入侧，并在锗外延层进行离子注入，再进行高温退火，并修复注入缺陷，激活注入离子；
[0014]步骤5、在锗外延层表面覆盖介质膜，并在硅接触区和锗外延层上方腐蚀介质膜，形成接触孔；
[0015]步骤6、沉积金属层，并刻蚀金属层在接触孔中形成电极；
[0016]步骤7、进行热退火处理。
[0017]作为本专利技术进一步的改进，步骤1中SOI材料的厚度为220nm。
[0018]作为本专利技术进一步的改进，步骤2中由离子注入，注入磷离子，掺杂浓度为1
×
10
17
cm
‑3。
[0019]作为本专利技术进一步的改进，步骤4中由离子注入，注入硼离子，掺杂浓度为1
×
10
19
cm
‑3。
[0020]作为本专利技术进一步的改进，步骤3和5中介质膜的材料选自：氧化硅或者氮化硅。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0022]本专利技术提供的雪崩光电探测器由于直角结构直角形反射的引入和光并行传输，使探测器的光吸收效率得到提高；还因为在硅台面区形成雪崩倍增区是大电场，锗外延层作为光吸收区是小电场，使探测器在多种光吸收的同时，降低了暗电流，增大了光电转换效率，从而提高光吸收效率和响应度。
附图说明
[0023]图1为本专利技术实施例一种雪崩光电探测器的x
‑
z正视示意图
[0024]图2为本专利技术实施例一种雪崩光电探测器在不显示介质膜的情况下的x
‑
y轴俯视示意图；
[0025]图3为本专利技术实施例一种雪崩光电探测器的光传播示意图；
[0026]图4为本专利技术实施例一种雪崩光电探测器的仿真结构和电场分布示意图。
[0027]图中：
[0028]1衬底；2埋层氧化硅；3硅接触区；4第二电极；5硅台面区；6锗外延层；7第一电极；8介质膜；9端口。
具体实施方式
[0029]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是
本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0030]下面结合附图对本专利技术做进一步的详细描述：
[0031]如图1所示，本专利技术提供一种雪崩光电探测器，该雪崩光电探测器包括硅衬底1，埋层氧化硅2形成于硅衬底1上，硅台面区5形成于埋层氧化硅2上，硅接触区3形成于硅台面区5两侧的埋层氧化硅2上。锗外延层6形成于硅台面区5上，锗外延层6表面进行离子注入，注入硼离子形成p
++
型掺杂区，并在锗外延层6表面沉积金属形成第一电极7，第一电极7与锗外延层6欧姆接触。硅接触区3表面进行离子注入，注入磷离子形成n
++
型掺杂区，并在硅接触区3表面沉积金属形成第二电极4，第二电极4与硅接触区3欧姆接触。第一电极7和第二电极4之间形成电势差，实现光电转换。如图2所述，在该雪崩光电探测器中，锗外延层6的面积小于硅台面区5，且在锗外延层6和硅台面区5的同侧均刻蚀出直角结构，在锗外延层6和硅台面区5直角结构的相对一侧为光传入侧。锗外延层6和硅台面区5的直角结构可以有效地增加光的吸收，有效降低雪崩光电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种雪崩光电探测器，包括硅衬底，其特征在于，埋层氧化硅形成于所述硅衬底上，所述埋层氧化硅上设置硅台面区，硅接触区形成于所述硅台面区两侧的埋层氧化硅上，所述硅台面区上设置锗外延层，分别在所述硅接触区和锗外延层进行离子注入，设置第一电极与所述锗外延层欧姆接触，设置第二电极与所述硅接触区欧姆接触，其中，所述锗外延层的面积小于所述硅台面区，且在所述锗外延层和所述硅台面区的同侧均刻蚀出直角结构，在所述锗外延层和所述硅台面区直角结构的相对一侧为光传入侧。2.根据权利要求1所述的雪崩光电探测器，其特征在于，所述锗外延层表面进行离子注入，注入硼离子形成p
++
型掺杂区。3.根据权利要求1所述的雪崩光电探测器，其特征在于，所述硅接触区表面进行离子注入，注入磷离子形成n
++
型掺杂区。4.根据权利要求1所述的雪崩光电探测器，其特征在于，还包括介质膜，所述硅接触区、硅台面区和锗外延层的表面被所述介质膜所覆盖。5.一种如权利要求1
‑
4任一项所述雪崩光电探测器的制备方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1、在硅衬底上设置埋层氧化硅形成SOI材料，对SOI材料进行刻蚀，形成硅台面区，并在所述硅台面区的两侧形成离子注入区，所述硅台面区...

【专利技术属性】
技术研发人员：李冲，杨帅，李占杰，高昕元，刘芮汐，于书伟，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：