[发明专利]全硅掺杂多结电场增强型锗光波导探测器

说明书

本发明提供一种全硅掺杂多结电场增强型锗光波导探测器，涉及硅基光电子器件技术领域。本发明中沿第一方向依次堆叠的金属电极、硅氧化上包层、波导层和硅氧化下包层；所述波导层包括锗吸收层和薄硅层，所述锗吸收层位于所述薄硅层和硅氧化上包层之间；所述锗吸收层下方的薄硅层设有多结型掺杂区结构；所述硅氧化上包层包括通孔结构，所述通孔结构连接所述金属电极和所述薄硅层。实现在不增加工艺难度的情况下，同时抑制暗电流、提高探测器响应度、并大范围的提高探测器带宽，即极大地提高了探测器的综合性能。

技术领域

本发明涉及硅基光电子器件技术领域，具体涉及一种全硅掺杂多结电场增强型锗光波导探测器。

背景技术

硅基光子学是一种具有广阔前景的片上技术，主要依赖于绝缘体硅(SOI)平台，广泛应用于光通信、互连和传感。高响应度、高响应速度、低暗电流,响应波长在通信波段的近红外光电探测器是实现光互连芯片的重要组成部分。

SOI技术可以直接用于硅衬底上的探测器，但SOI平台的一个固有缺点是硅不能吸收波长大于1.1μm的光子，即不能实现通信波段的探测。从这个角度来看，截止波长接近1.8μm的锗是片上通信波段光探测的理想选择，波导耦合的硅基锗探测器由于其高性能和片上集成而备受关注和广泛研究。传统的硅基锗光波导探测器需要金属与锗接触并掺杂锗形成P-I-N结。然而，在这些器件中，金属接触对锗的光吸收会导致响应度下降，另外，标准CMOS工艺中锗与金属的欧姆接触技术也不成熟。相比之下，通过只在硅上掺杂并与本征锗形成异质结的横向光波导结构探测器，即使全硅掺杂器件，由于无需锗掺杂也不需要锗金属接触，工艺简单成本较低，同时可以避免金属电极对光的吸收。

然而，目前所知的全硅掺杂的横向光波导结构探测器还没有在不增加工艺难度的情况下，能够同时抑制暗电流、提高响应度、并大范围的提高带宽，从整体上提高器件的综合性能。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种全硅掺杂多结电场增强型锗光波导探测器，解决了现有锗光波导探测器在不增加工艺难度的情况下综合性能差的技术问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种全硅掺杂多结电场增强型锗光波导探测器，包括：沿第一方向依次堆叠的金属电极、硅氧化上包层、波导层和硅氧化下包层；

所述波导层包括锗吸收层和薄硅层，所述锗吸收层位于所述薄硅层和硅氧化上包层之间；

所述锗吸收层下方的薄硅层设有多结型掺杂区结构；

所述硅氧化上包层包括通孔结构，所述通孔结构连接所述金属电极和所述薄硅层。

优选的，所述多结型掺杂区结构至少包括一对P-I-N重掺杂区结构，所述P-I-N重掺杂区结构沿第二方向包括P型重掺杂区和N型重掺杂区，所述P型重掺杂区与N型重掺杂区之间由非掺杂区区域相隔。

优选的，所述多结型掺杂区结构至少还包括一对N-I-P重掺杂区结构，所述N-I-P重掺杂区结构沿所述第二方向包括N型重掺杂区和P型重掺杂区，所述N-I-P重掺杂区结构位于所述非掺杂区区域。

优选的，所述薄硅层还包括沿所述第二方向排列的P型重掺杂区、P型轻掺杂区、N型轻掺杂区和N型重掺杂区；

两轻掺杂区各有一部分与所述锗吸收层沿第一方向的下表面重叠，所述多结型掺杂区结构沿所述第二方向的宽度小于所述锗吸收层减去所述锗吸收层与两轻掺杂区重叠区的宽度。

优选的，所述通孔结构连接所述金属电极和所述P型重掺杂区、N型重掺杂区；

所述金属电极和P型重掺杂区连接的为P电极，所述金属电极和N型重掺杂区连接的为N电极，其中P电极加反向偏压、N电极接地。