【技术实现步骤摘要】
本技术属于半导体器件领域，特别涉及一种可见光及近红外片上传感结构，可用于单光子飞行时间测距、单光子量子通信与计算等要求探测器具有高灵敏度和低偏置电压的工作场景。
技术介绍
1、随着单光子成像、量子通信系统的发展，可见光及近红外传感器件受到广泛关注。如何实现低噪声、高响应率以及低偏置电压的单光子探测器是一个十分重要的课题。传统光电倍增管需要超过千伏的操作电压，而且量子效应低、体积大、性能稳定性差。面接收型的硅基半导体雪崩二极管需要极厚的硅吸收层来提高量子效应，导致其盖革模式下的偏置电压过高，不利于高速响应。基于化合物半导体的面接收型雪崩二极管由于材料缺陷过高，盖革模式下的暗计数过高，需要利用低温环境提高灵敏度，但加剧了后脉冲效应。基于超导材料和量子点的单光子探测器都在超低温环境工作，需承担复杂的降温与保温系统成本。
2、与之相对，硅材料制备工艺成熟，价格低廉，可对400nm～1100nm波长的单光子实现有效探测。且随着硅光子学近二十年的发展，工程师们已经可以基于12英寸标准cmos工艺实现硅的各种光信号处理功能。硅基波导型雪崩二极管探测器具有体积小、功耗低、量子效应高、响应速度快的特点，利用cmos工艺实现硅基波导型雪崩二极管探测器是一种十分具有吸引力的选择。
3、然而，对于可见光和近红外波段，硅材料本身就是一种良好的吸收层材料，因此无法适用于波导制备。若需要在cmos工艺中实现导波功能，必须引入其他导波材料，如掺杂氧化硅、掺杂氮氧化硅以及氮化硅材料。此时，为重新引入硅材料，往往采用沉积或外延生长的方式，这
技术实现思路
1、本技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种可见光及近红外片上传感结构。
2、本技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种可见光及近红外片上传感结构，包括形成在衬底上的吸收区，吸收区将光信号转化为电信号，吸收区顶部具有导波结构。为了保证传感器件的响应率和响应速度，吸收区底部通过悬浮窗口与衬底形成悬空结构，其作用一方面在于进一步局限光模式的传播，避免光子在通过吸收区后进入衬底造成过低的响应度，另一方面在于形成具有特定结构的吸收区，避免吸收区过厚从而使得响应速率降低。
3、进一步地，吸收区顶部形成光隔离层，导波结构嵌入在光隔离层中，光隔离层可以实现光波模式的局域化。
4、进一步地，导波结构可以为脊型波导、条形波导、间隙型波导或光子晶体波导。
5、进一步地，导波结构底部对应的衬底区域通过阻挡层掺杂实现刻蚀截止。
6、进一步地，吸收区的掺杂结构基于光电倍增效应或光栅闸/光电导效应实现；具体地，可以采用如下三种方式但不限于此：
7、1.吸收区基于光电倍增效应形成掺杂结构，具体为：第一类空穴掺杂的掺杂区域包括导波结构中轴线，并与第一类电子掺杂所在区域形成二极管结构；第二类空穴掺杂和第二类电子掺杂位于导波结构中轴线两侧，并分别包含第三类空穴掺杂和第三类电子掺杂以实现与电极的良接触。
8、2.吸收区基于光栅闸/光电导效应形成电子-空穴-电子结，导波结构中轴线被包含于第一类空穴掺杂的掺杂区域，第二类电子掺杂的掺杂区域分别位于导波结构中轴线两侧，第三类电子掺杂的掺杂区域包含于第二类电子掺杂的掺杂区域中，并在随后与电极形成良接触。
9、3.吸收区基于光栅闸/光电导效应形成空穴-电子-空穴结，导波结构中轴线被包含于第一类电子掺杂的掺杂区域，第二类空穴掺杂的掺杂区域分别位于导波结构中轴线两侧，第三类空穴掺杂的掺杂区域包含于第二类空穴掺杂的掺杂区域中，并在随后与电极形成良接触。
10、本技术的有益效果在于：传感结构的吸收区可由单晶材料制备，可利用光电倍增效应或光栅闸/光电导效应实现高灵敏度、高响应速率的片上传感功能。
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1.一种可见光及近红外片上传感结构，其特征在于，包括形成在衬底上的吸收区，所述吸收区顶部具有导波结构，所述吸收区底部通过悬浮窗口与衬底形成悬空结构。
2.根据权利要求1所述的一种可见光及近红外片上传感结构，其特征在于，所述吸收区的掺杂结构基于光电倍增效应或光栅闸/光电导效应实现。
3.根据权利要求1所述的一种可见光及近红外片上传感结构，其特征在于，所述导波结构底部对应的衬底区域通过阻挡层掺杂实现刻蚀截止。
4.根据权利要求1所述的一种可见光及近红外片上传感结构，其特征在于，所述吸收区顶部形成光隔离层，所述导波结构嵌入在所述光隔离层中。
5.根据权利要求1所述的一种可见光及近红外片上传感结构，其特征在于，所述导波结构为脊型波导、条形波导、间隙型波导或光子晶体波导。
6.根据权利要求1所述的一种可见光及近红外片上传感结构，其特征在于，所述吸收区基于光电倍增效应形成掺杂结构，具体为：第一类空穴掺杂的掺杂区域包括导波结构中轴线，并与第一类电子掺杂所在区域形成二极管结构；第二类空穴掺杂和第二类电子掺杂位于导波结构中轴线两侧，并分别
7.根据权利要求1所述的一种可见光及近红外片上传感结构，其特征在于，所述吸收区基于光栅闸/光电导效应形成电子-空穴-电子结，导波结构中轴线被包含于第一类空穴掺杂的掺杂区域，第二类电子掺杂的掺杂区域分别位于导波结构中轴线两侧，第三类电子掺杂的掺杂区域包含于第二类电子掺杂的掺杂区域中，并在随后与电极形成良接触。
8.根据权利要求1所述的一种可见光及近红外片上传感结构，其特征在于，所述吸收区基于光栅闸/光电导效应形成空穴-电子-空穴结，导波结构中轴线被包含于第一类电子掺杂的掺杂区域，第二类空穴掺杂的掺杂区域分别位于导波结构中轴线两侧，第三类空穴掺杂的掺杂区域包含于第二类空穴掺杂的掺杂区域中，并在随后与电极形成良接触。
...【技术特征摘要】
1.一种可见光及近红外片上传感结构，其特征在于，包括形成在衬底上的吸收区，所述吸收区顶部具有导波结构，所述吸收区底部通过悬浮窗口与衬底形成悬空结构。
2.根据权利要求1所述的一种可见光及近红外片上传感结构，其特征在于，所述吸收区的掺杂结构基于光电倍增效应或光栅闸/光电导效应实现。
3.根据权利要求1所述的一种可见光及近红外片上传感结构，其特征在于，所述导波结构底部对应的衬底区域通过阻挡层掺杂实现刻蚀截止。
4.根据权利要求1所述的一种可见光及近红外片上传感结构，其特征在于，所述吸收区顶部形成光隔离层，所述导波结构嵌入在所述光隔离层中。
5.根据权利要求1所述的一种可见光及近红外片上传感结构，其特征在于，所述导波结构为脊型波导、条形波导、间隙型波导或光子晶体波导。
6.根据权利要求1所述的一种可见光及近红外片上传感结构，其特征在于，所述吸收区基于光电倍增效应形成掺杂结构，具体为：...
【专利技术属性】
技术研发人员：潘泽鹏，黄锦熙，
申请(专利权)人：杭州视光半导体科技有限公司，
类型：新型
国别省市：
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