[发明专利]横向PiN结构光电探测器

说明书

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种横向PiN结构光电探测器。

背景技术

在光纤通信系统中，光电探测器是必不可少的关键器件。0.8μm～0.9μm波段的短距离、高密度光纤通信系统、数据传输系统常采用Si单晶衬底或GaAs基PIN光电探测器、雪崩光电探测器与硅前置放大器混合集成的光接收器探测。而1.06μm～1.55μm波段光纤通信网则通常采用Ge单晶衬底或InP基PIN光电探测器、雪崩光电探测器与硅前置放大器混合集成的光接收器探测。

近年来，随着光通信技术的发展，高速光纤通信系统要求半导体光探测器也具有更高的速率，集成化的发展趋势要求半导体光探测与其他光电器件集成。所以高性能光探测器的研究有着非常重要的意义。

以现有的工艺技术，Si基光电集成接收芯片一直是人们追求的目标。目前，市场上大部分的半导体探测器都是使用直接带隙的III-V族材料制作的，如InGaAs和InSb等材料。其具有探测器量子效率高、暗电流小并等优点并已进入产业化阶段，但其价格昂贵、导热性能和机械性能较差以及与现有的成熟的Si工艺兼容性差等缺点限制了其在Si基光电集成技术中的应用。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种横向PiN结构光电探测器。

本发明的一个实施例提供了一种横向PiN结构光电探测器，包括：SOI衬底11和晶化Ge层12；其中，

所述SOI衬底11包括依次层叠设置的Si衬底层110、SiO₂层120和Si层，所述Si层包括水平方向依次排列N型掺杂区111、i型区112和P型掺杂区113，所述晶化Ge层12设置于所述i型区112表面上。

在本发明的一个实施例中，还包括金属电极13，所述金属电极13分别设置于所述N型掺杂区111和所述P型掺杂区113之上。

在本发明的一个实施例中，所述N型掺杂区111的掺杂离子为P，掺杂浓度为1×10²⁰cm^-3。

在本发明的一个实施例中，所述P型掺杂区113的掺杂离子为B，掺杂浓度为1×10²⁰cm^-3。

在本发明的一个实施例中，所述晶化Ge层12厚度为190～300nm。

在本发明的一个实施例中，所述晶化Ge层12包括Ge晶籽层和Ge主体层。

在本发明的一个实施例中，所述晶化Ge层12是所述Ge晶籽层和所述Ge主体层经过激光再晶化工艺形成的；其中，所述激光再晶化工艺的参数包括：激光波长为808nm，激光光斑尺寸100μm×100μm，激光功率为1.5kW/cm²，曝光时间40ms。

在本发明的一个实施例中，所述金属电极13材料为Cr或者Au或者Ni。

在本发明的一个实施例中，所述光电探测器还包括设置于所述晶化Ge层12和所述Si层之上的SiO₂钝化层14。

在本发明的一个实施例中，所述SiO₂钝化层14的厚度为300～350nm。

本发明提供的光电探测器，相对于现有技术至少具有如下优点：

1本发明采用晶化Ge层，可有效降低Ge外延层的位错密度和表面粗糙度，具有Ge外延层晶体质量高，且工艺步骤简单，工艺周期短，热预算低等优点；

2本发明提供的光电探测器，可降低Ge/Si界面缺陷密度，进而减小探测器的暗电流，有利于提高器件的量子效率；

3本发明提供的光电探测器，P区和N区为Si半导体，相较于其他Ge探测器采用Ge半导体作为探测器的P区和N区，本结构Si半导体欧姆接触工艺成熟，接触效果更好。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种横向PiN结构光电探测器的结构示意图；

图2a-图2j为本发明实施例提供的一种横向PiN结构光电探测器的制备工艺示意图；

图3为本发明实施例提供的一种激光晶化工艺的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一

请参见图1，图1为本发明实施例提供的一种横向PiN结构光电探测器的结构示意图。该光电探测器包括：SOI衬底11和晶化Ge层12；其中，