【技术实现步骤摘要】
本申请涉及光电转换，尤其涉及一种光电二极管和晶体管单片集成的光电探测器，和包含该光电探测器的光接收模块，以及光电探测器的制备方法，还有包含光接收模块的电子设备。
技术介绍
1、光电探测器具备将光信号直接转换为电信号的能力，因此，被广泛应用在光通讯、图像传感和光谱分析等领域。
2、硅基pn结光电二极管(photoelectric detector，pd)是最基本、应用最广泛的光电探测器之一。其结构是将pn结形成在体硅衬底上，通过对pn结施加反偏电压，使得光照入射产生大量电子空穴对，载流子在耗尽区的外加电场作用下分离，形成光电流，从而实现光信号和电信号的转换。然而，随着集成光路和光电集成系统(例如：硅光网络、光开关、可见光通讯等)的发展，对光电二极管提出了低功耗、高速度、响应快的性能要求，使得建立于体硅衬底上的pn结光电二极管难以满足要求。
3、绝缘层上硅(silicon-on-insulator，soi)衬底，如图1，图1示出的是将pn结光电二极管形成在soi衬底上的结构图。在soi衬底结构中，由于在底层硅和顶层硅之间引入氧化埋层，从而具备降低功耗、减少寄生电阻、光电响应快的优势，被广泛应用。
4、但是，见图1，该种结构中的光电二极管被集成在顶层硅中，是利用顶层硅作为光吸收层，为了降低短沟道效应，通常顶层硅厚度(沿图1所示z方向尺寸)较薄(比如，22nm以下)，这样，会使得大部分入射光直接穿透顶层硅所形成的感光区，而不能被感光区有效吸收，从而导致建立在soi衬底上的光电探测器的量子效率较低、灵敏
5、为了提升量子效率和灵敏度，在一些相关技术中，可以利用雪崩倍增机制直接提升集成于soi衬底的顶层硅内的光电二极管的量子效率和探测灵敏度。该种方式需要较大的反向驱动电压(比如，大于8.2v)，这样的话，不利于降低光电探测器的功耗，即就是此技术不能在拥有高量子效率和高灵敏度，以及高响应度的同时满足低功耗特性。
6、在另外一些相关技术中，基于soi技术的深耗尽效应和界面耦合效应，可以利用位于氧化埋层下方的厚度较大的底层硅进行入射光的捕获吸收，以克服soi衬底顶层硅厚度太薄所导致的大部分入射光直接穿过顶层硅所构成的感光区，而不能被高效吸收的缺陷。启动soi衬底的深耗尽效应，需要较大的反向驱动电压(比如，大于5v)，如此的话，同样的，不利于降低光电探测器的功耗，也就是不能在拥有高量子效率和高灵敏度，以及高响应度的同时满足低功耗特性。
技术实现思路
1、本申请提供一种光电探测器，和包含有光电探测器的光接收模块，以及光电探测器的制备方法，还提供包含光接收模块的电子设备。主要目的提供一种不仅可以拥有较高的量子效率和灵敏度，以及较高的响应度，还可以实现低功耗的光电探测器。
2、为达到上述目的，本申请的实施例采用如下技术方案：
3、一方面，本申请提供了一种光电探测器，该光电探测器包括：半导体衬底、晶体管、第一光电二极管和第二光电二极管；半导体衬底的第一区域上设置有第一阱区，第一阱区中且背离半导体衬底的表层形成有第一电极掺杂区和第二电极掺杂区，第一电极掺杂区和第二电极掺杂区中的一个为阳极掺杂区，另一个为阴极掺杂区；半导体衬底的第二区域上，且沿着背离半导体衬底的方向，依次堆叠有氧化埋层和半导体层，半导体层中形成有晶体管的第一极和第二极，半导体层中的位于第一极和第二极之间的部分形成晶体管的沟道层，沟道层的背离氧化埋层的一侧设置有晶体管的栅极；第一电极掺杂区与栅极电连接；第一光电二极管包括第一电极掺杂区和第一阱区，第二光电二极管包括第一阱区和半导体衬底。
4、在本申请给出的光电探测器中，由于阳极掺杂区和阴极掺杂区形成在半导体衬底上的第一阱区中，该第一阱区可以被认为体硅衬底，通过利用体硅的厚硅(即厚度较大的第一阱区)作为光电二极管的光吸收层，从而增强对入射光吸收，以获得较高的量子效率和灵敏度。
5、另外，包含半导体衬底、氧化埋层和半导体层的结构，可以被认为绝缘层上硅soi衬底结构，该半导体衬底可以被认为是底层硅，半导体层可以被认为是顶层硅，也就是，本申请是将晶体管形成在绝缘层上硅soi衬底上，由于在绝缘层上硅soi的半导体衬底和半导体层之间被氧化埋层隔离开，如此的话，可以降低漏电流、减小寄生电容。
6、还有，在本申请中，栅极作为晶体管的一个栅极，半导体衬底可以被认为是晶体管的又一个栅极，即该晶体管为一种双栅结构，第一光电二极管的第一电极掺杂区与晶体管的栅极(可以被称为顶栅)电连接，第一阱区和半导体衬底(可以被称为底栅)电连接，并可以形成第二光电二极管的pn结，以及，第一电极掺杂区和第一阱区可以形成第一光电二极管的pn结，那么，当第一光电二极管和第二光电二极管的pn结均处于反偏状态时，耗尽区发生展宽，实现对入射光的有效吸收，并产生光生电子空穴对，光生载流子会在耗尽区内建电场的作用下，向着建立在soi衬底的顶栅和底栅聚集。与此同时，聚集在顶栅和底栅的光生载流子，会直接导致晶体管阈值电压的下降和沟道层电导的增加，从而导致晶体管漏极电流的显著增加，实现光电流的内部放大；并且，使得同样光照条件下，本申请得到的光电流远高于绝缘层上硅soi衬底上的光电探测器的光电流，即光电响应度和量子效率可以得到大幅提升。
7、所以，本申请给出的光电探测器中，将晶体管和第一光电二极管，以及第二光电二极管在单片衬底上共集成，同时实现感光和放大，并且，不仅可以满足高量子效率、高灵敏度，高光电响应度，还具有低漏电流、低功耗、高增益、抗辐射，以及高可靠性的特性。
8、在一种可能的实现方式中，第二光电二极管还包括第二阱区；第二阱区设置在第二区域上，且位于半导体衬底和氧化埋层之间；第二阱区的掺杂类型与半导体衬底的掺杂类型相同，第二阱区的掺杂浓度大于半导体衬底的掺杂浓度。
9、在一种可能的实现方式中，第一阱区和第二阱区形成第二光电二极管的pn结；第二阱区、半导体衬底和第一阱区形成第二光电二极管的pin结。
10、通过在在半导体衬底和氧化埋层之间设置第二阱区，以使得第二光电二极管不仅包括pn结，还包括了pin结，使得该光电探测器具有更宽的有效探测区域。这样的话，当外加电压使得pin结和pn结反偏时，光生载流子会在电场作用下向半导体衬底和栅极聚集，导致晶体管阈值电压的明显下降和沟道层电导的明显增加。
11、在一种可能的实现方式中，光电探测器还包括浅槽隔离层；半导体层与第一阱区之间，以及氧化埋层和第一阱区之间均被浅槽隔离层电隔离开，且第一阱区和第二阱区接触。
12、通过浅槽隔离层将半导体层与第二阱区，以及将氧化埋层与第二阱区进行物理和电隔离，除外，浅槽隔离层并未贯通至第一阱区和第二阱区之间，也就是，第一阱区和第二阱区接触，光生载流子会朝着第二阱区聚集，并与聚集在栅极(顶栅)的光生载流子共同作用，实现光电流的放大。
13、在一种可能的实现方式中，浅槽隔离层的深度为h，且200nm≤h≤10本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种光电探测器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，所述第二光电二极管还包括第二阱区；
3.根据权利要求2所述的光电探测器，其特征在于，
4.根据权利要求2或3所述的光电探测器，其特征在于，所述光电探测器还包括浅槽隔离层；
5.根据权利要求2-4中任一项所述的光电探测器，其特征在于，
6.根据权利要求2-5中任一项所述的光电探测器，其特征在于，
7.根据权利要求1-6中任一项所述的光电探测器，其特征在于，所述第一电极掺杂区背离所述半导体衬底的一侧形成有第一电极金属接触层；
8.根据权利要求1-7中任一项所述的光电探测器，其特征在于，
9.根据权利要求1-8中任一项所述的光电探测器，其特征在于，所述半导体衬底的掺杂浓度为ρ5，1015cm-3≤ρ5≤1017cm-3。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的光电探测器，其特征在于，所述第一光电二极管的耗尽区宽度为100nm≤l≤10μm。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的
12.一种光电探测器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
13.根据权利要求12所述的光电探测器的制备方法，其特征在于，将所述绝缘层上硅衬底的底层硅上的部分氧化埋层和部分顶层硅去除之前，所述制备方法还包括：
14.根据权利要求13所述的光电探测器的制备方法，其特征在于，形成所述第二阱区之后，所述制备方法还包括：
15.根据权利要求12-14中任一项所述的光电探测器的制备方法，其特征在于，形成所述第一电极掺杂区和所述第二电极掺杂区之后，所述制备方法还包括：
16.一种光接收模块，其特征在于，包括：
17.根据权利要求16所述的光接收模块，其特征在于，所述光接收模块是图像传感器、光谱分析仪、光开关中的一种。
18.一种电子设备，其特征在于，包括：
19.一种光电探测器，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种光电探测器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，所述第二光电二极管还包括第二阱区；
3.根据权利要求2所述的光电探测器，其特征在于，
4.根据权利要求2或3所述的光电探测器，其特征在于，所述光电探测器还包括浅槽隔离层；
5.根据权利要求2-4中任一项所述的光电探测器，其特征在于，
6.根据权利要求2-5中任一项所述的光电探测器，其特征在于，
7.根据权利要求1-6中任一项所述的光电探测器，其特征在于，所述第一电极掺杂区背离所述半导体衬底的一侧形成有第一电极金属接触层；
8.根据权利要求1-7中任一项所述的光电探测器，其特征在于，
9.根据权利要求1-8中任一项所述的光电探测器，其特征在于，所述半导体衬底的掺杂浓度为ρ5，1015cm-3≤ρ5≤1017cm-3。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的光电探测器，其特征在于，所述第一光电二极管的耗尽区宽度为100nm≤l≤1...
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