[发明专利]平面型光敏器件及其制作方法

说明书

本发明提供了一种平面型光敏器件及其制作方法，涉及光电技术领域。平面型光敏器件包括光学耦合器和APD，APD包括本征型衬底层以及间隔设置的N型掺杂层、P型掺杂层和P型电荷控制层，衬底上设置钝化层以及吸收层，吸收层靠近本征型衬底层的一侧分别与P型掺杂层和P型电荷控制层接触、背离本征型衬底层的一侧露出于钝化层表面；光学耦合器与吸收层之间包括有相互接触的投影重叠区域。将光学耦合器的光入射面与APD在水平方向上分离，从而可以在保证整个器件的光量子效率基本不变的条件下，大幅的降低APD的尺寸，减小吸收层的厚度，提升整个平面型光敏器件的工作速率与带宽，降低器件的暗电流与功耗，提升器件的灵敏度。

技术领域

本发明涉及光电技术领域，具体而言，涉及一种平面型光敏器件及其制作方法。

背景技术

雪崩光电二极管(APD)通过利用光生载流子的碰撞电离来实现光信号的探测。与光电二极管(PD)相比，由于载流子的碰撞电离，APD可以在器件内部实现光电信号的放大，具有可观的内部增益，这会增加APD的光响应灵敏度，提升光信号的传输距离。

在近红外通信波段(1310nm和1550nm)，Ge/Si APD具有更大的优势。与传统的III-V族材料(如InGaAs/InP)APD相比，Ge/Si APD与CMOS工艺相兼容，有着很好的成本优势，同时可以与CMOS工艺相结合开发出光电子集成器件或系统。另外，Si材料有着更大电子空穴碰撞电离系数比，使得Ge/Si APD有着更小的碰撞电离噪声；而产业界已经成功开发出的高低温Ge外延，可以较好的克服Ge-Si晶格系数差异带来的缺陷。

APD可广泛应用于光通信、激光测距、激光雷达、3D传感、微弱光检测和单光子探测等领域。随着光通信速率的提升和对单个光子探测能力的要求，器件的尺寸需不断减小，而传统器件结构中光垂直入射到APD表面，器件的减小会造成光敏面的减小，增加了APD与光纤或透镜的耦合难度，也降低了APD的光量子效率。另外，传统器件的光垂直入射，吸收层的厚度需要几微米才能确保光的充分吸收，这极大限制了器件带宽的提升。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种平面型光敏器件及其制作方法，以提供一种低成本、高量子效率的高速 APD器件。

本发明采用的技术方案如下：

本发明实施例提供了一种平面型光敏器件，包括光学耦合器和雪崩光电二极管，所述雪崩光电二极管包括本征型衬底层以及间隔设置在所述本征型衬底层上的N型掺杂层、P型掺杂层和P型电荷控制层，在设置有所述N型掺杂层、所述P型掺杂层和所述P型电荷控制层的所述本征型衬底层上设置钝化层以及吸收层，所述吸收层靠近所述本征型衬底层的一侧分别与所述P型掺杂层和所述P型电荷控制层接触、背离所述本征型衬底层的一侧露出于所述钝化层表面；所述光学耦合器与所述吸收层之间包括有相互接触的投影重叠区域。

进一步地，所述光学耦合器包括光接收部以及与所述光接收部连接并凸出于所述光接收部的光波导结构，其中，所述光波导结构与所述吸收层之间投影重叠或部分重叠，所述光接收部由光栅结构或光子晶体结构组成，所述光波导结构与所述吸收层接触，所述光波导结构与光接收部通过Taper结构连接。

进一步地，所述平面型雪崩光电二极管器件包括钝化层，钝化层设置于衬底上以保护N型掺杂层、P型掺杂层和P型电荷控制层，所述钝化层将所述吸收层显露。

进一步地，在所述钝化层上还设置有N型接触电极和P型接触电极，所述N型接触电极和所述P型接触电极分别通过过孔与所述N型掺杂层以及所述P型掺杂层接触。