波导型光电探测器的制备方法技术

本发明专利技术提供一种波导型光电探测器的制备方法，包括：1)提供一衬底，对衬底进行刻蚀，形成探测器区域；2)对探测器区域的进行N型轻掺杂形成N型掺杂区，再对局部区域进行N型重掺杂形成N型重掺杂区；3)于N型掺杂区上形成第一锗光吸收层，于第一锗光吸收层上形成P型重掺杂的锗材料层；4)于P型重掺杂的锗材料层上形成第二锗光吸收层以及位于第二锗光吸收层上的N型重掺杂的锗材料层。本发明专利技术通过采用双端输入的光电探测器和背对背的PN结结构，可以明显减小空间电荷效应的影响，实现高饱和输出功率的光电探测器。光电探测器。光电探测器。

【技术实现步骤摘要】
波导型光电探测器的制备方法


[0001]本专利技术属于集成微波光子学
，特别是涉及一种高功率的波导型光电探测器的制备方法。

技术介绍

[0002]片上集成近年来成为微波光子学的必然发展趋势之一，由于硅基光电子集成技术可充分利用成熟的CMOS工艺技术，将硅基器件如调制器、光电探测器、及其他无源器件用硅波导实现连接，实现大规模的集成，从而减小光电子器件及集成系统的尺寸、降低其成本，因此利用硅基光电子技术，研究高性能、低成本的集成微波光子系统成为十分有潜力的发展方向。高性能的光电探测器是微波光子系统用来接收光信号的关键器件，为了提高系统的链路增益，需要增大输入光功率，进而要求光电探测器能够具有高的饱和输出功率。
[0003]应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的
技术介绍
部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

技术实现思路

[0004]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种波导型光电探测器的制备方法，用于解决现有技术中光电探测器的输出功率易于达到饱和，不能满足微波光子系统的需求的问题。
[0005]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种波导型光电探测器的制备方法，所述制备方法包括：1)提供一衬底，对所述衬底进行刻蚀，形成探测器区域；2)对探测器区域的进行N型轻掺杂形成N型掺杂区，再对局部区域进行N型重掺杂形成N型重掺杂区；3)于所述N型掺杂区上形成第一锗光吸收层，于所述第一锗光吸收层上形成P型重掺杂的锗材料层；4)于所述P型重掺杂的锗材料层上形成第二锗光吸收层以及位于所述第二锗光吸收层上的N型重掺杂的锗材料层。
[0006]可选地，所述波导型光电探测器具有第一输入端和第二输入端。
[0007]可选地，步骤1)对所述衬底进行刻蚀形成所述探测器区域的同时，在所述衬底中形成硅波导，所述硅波导与所述探测器区域连接。
[0008]可选地，所述硅波导包括与所述探测器区域一端连接的第一锥形波导、与所述第一锥形波导相连的第一直波导、与所述探测器区域另一端的第二锥形波导以及与所述第二锥形波导相连的第二直波导。
[0009]可选地，步骤3)包括：3
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1)于所述衬底上沉积第一包覆层，并对所述第一包覆层进行刻蚀，形成第一锗生长窗口，所述第一锗生长窗口显露所述N型掺杂区，所述第一锗生长窗口的宽度小于所述N型掺杂区的宽度；3
‑
2)于所述第一锗生长窗口中生长第一锗光吸收层；3
‑
3)于所述第一锗生长窗口中的所述第一锗光吸收层上原位生长P型重掺杂的锗材料层。
[0010]可选地，步骤4)包括：4
‑
1)于所述衬底上沉积第二包覆层，并对所述第二包覆层进行刻蚀，形成第二锗生长窗口，所述第二锗生长窗口显露所述P型重掺杂的锗材料层，所述第二锗生长窗口的宽度小于所述P型重掺杂的锗材料层的宽度；4
‑
2)于所述第二锗生长窗口中生长第二锗光吸收层；4
‑
3)对所述于所述第二锗光吸收层进行N型重掺杂，以在所述第二锗光吸收层上形成N型重掺杂的锗材料层。
[0011]可选地，所述制备方法还包括步骤：5)于所述衬底上沉积第三包覆层，于所述第三包覆层中形成多个接触孔，多个所述接触孔分别显露所述N型重掺杂区、所述P型重掺杂的锗材料层和所述N型重掺杂的锗材料层，在所述接触孔中沉积金属层，以形成金属电极。
[0012]可选地，所述制备方法还包括步骤：6)于所述衬底上沉积第四包覆层，于所述第四包覆层中形成多个引出孔，多个所述引出孔分别显露所述金属电极，于所述引出孔中沉积金属连线，以实现所述金属电极的引出。
[0013]可选地，所述N型掺杂区、所述N型重掺杂区、所述第一锗光吸收层、所述P型重掺杂的锗材料层、所述第二锗光吸收层、所述N型重掺杂的锗材料层的延伸方向与所述波导型光电探测器的第一输入端与第二输入端的连线方向平行。
[0014]可选地，所述衬底为硅衬底及SOI衬底中的一种，所述第一锗光吸收层为本征锗材料，所述第二锗光吸收层的材料为本征锗材料。
[0015]本专利技术还提供一种双边输入波导型光电探测器结构的制备方法，所述制备方法包括步骤：
[0016]如上任意一项方案所述的制备方法制备波导型光电探测器；于所述衬底上集成光耦合器与光分束器，所述光分束器的输入端与所述光耦合器的输出端连接，所述光分束器的第一输出端连接所述波导型光电探测器的第一输入端，所述光分束器的第二输出端连接所述波导型光电探测器的第二输入端。
[0017]可选地，所述光耦合器包括一维光栅耦合器及端面耦合器中的一种，所述分束器包括基于多模干涉仪结构的一分二分束器。
[0018]如上所述，本专利技术的波导型光电探测器的制备方法，具有以下有益效果：
[0019]本专利技术通过采用背靠背PN结结构，将锗光吸收区分成两部分，可显著提高锗光吸收区中的电场强度，平衡光生载流子的空间分布，减小空间电荷效应的影响。
[0020]本专利技术通过设计双端输入光的结构，可以改善锗光吸收区中的输入光功率的分布，使得光场分布更均匀，进一步减少空间电荷效应的产生，提高器件的饱和输出功率。
[0021]本专利技术采用所提供的波导集成型的结构设计可以在硅衬底上与其他功能器件实现片上集成，实现高性能、低成本的集成微波光子系统。
附图说明
[0022]所包括的附图用来提供对本申请实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于说明本申请的实施方式，并与文字描述一起来阐释本申请的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例。
[0023]图1～图7显示为本专利技术实施例1的波导型光电探测器的制备方法各步骤所呈现的结构示意图。
[0024]图8显示为本专利技术实施例2的波导型光电探测器的制备方法步骤所呈现的结构示
意图。
[0025]图9显示为本专利技术实施例2的双边输入波导型光电探测器结构的结构框图。
[0026]元件标号说明
[0027]10
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波导型光电探测器
[0028]101
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衬底硅
[0029]102
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绝缘层
[0030]103
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顶层硅
[0031]104
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N型掺杂区
[0032]105
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N型重掺杂区
[0033]106
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第一锗光吸收层
[0034]10本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种波导型光电探测器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：1)提供一衬底，对所述衬底进行刻蚀，形成探测器区域；2)对探测器区域的进行N型轻掺杂形成N型掺杂区，再对局部区域进行N型重掺杂形成N型重掺杂区；3)于所述N型掺杂区上形成第一锗光吸收层，于所述第一锗光吸收层上形成P型重掺杂的锗材料层；4)于所述P型重掺杂的锗材料层上形成第二锗光吸收层以及位于所述第二锗光吸收层上的N型重掺杂的锗材料层。2.根据权利要求1所述的波导型光电探测器的制备方法，其特征在于：所述波导型光电探测器具有第一输入端和第二输入端。3.根据权利要求2所述的波导型光电探测器的制备方法，其特征在于：步骤1)对所述衬底进行刻蚀形成所述探测器区域的同时，在所述衬底中形成硅波导，所述硅波导与所述探测器区域连接。4.根据权利要求3所述的波导型光电探测器的制备方法，其特征在于：所述硅波导包括与所述探测器区域一端连接的第一锥形波导、与所述第一锥形波导相连的第一直波导、与所述探测器区域另一端的第二锥形波导以及与所述第二锥形波导相连的第二直波导。5.根据权利要求1所述的波导型光电探测器的制备方法，其特征在于：步骤3)包括：3
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1)于所述衬底上沉积第一包覆层，并对所述第一包覆层进行刻蚀，形成第一锗生长窗口，所述第一锗生长窗口显露所述N型掺杂区；3
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2)于所述第一锗生长窗口中生长第一锗光吸收层；3
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3)于所述第一锗生长窗口中的所述第一锗光吸收层上原位生长P型重掺杂的锗材料层。6.根据权利要求1所述的波导型光电探测器的制备方法，其特征在于：步骤4)包括：4
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1)于所述衬底上沉积第二包覆层，并对所述第二包覆层进行刻蚀，形成第二锗生长窗口，所述第二锗生长窗口显露所述P型重掺杂的锗材料层，所述第二锗生长窗口的宽度小于所述P型重掺杂的锗材料层的宽度；4
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2)于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：涂芝娟，汪巍，蔡艳，余明斌，
申请(专利权)人：上海新微技术研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：