[发明专利]具有弯曲吸收区的雪崩光电二极管器件

说明书

本公开提出了一种雪崩光电二极管(APD)器件，具体而言，横向分离式吸收电荷倍增(SACM)APD器件，以及一种用于制造该APD器件的方法。该APD器件包括在半导体层中形成的第一接触区和第二接触区。此外，该APD器件包括形成在该半导体层上的吸收区，其中该吸收区至少部分地形成在该半导体层的第一区上，其中该第一区被布置在第一接触区和第二接触区之间。该APD器件进一步包括在该半导体层中被形成在第一区和第二接触区之间的电荷区，以及在该半导体层中被形成在该电荷区和第二接触区之间的放大区。至少该吸收区在该半导体层上是弯曲的。

技术领域

本公开涉及光电探测器，尤其涉及雪崩光电探测器，并针对用于光通信、光感测或量子通信的应用。本公开提出了一种雪崩光电二极管(APD)器件，具体而言，分离式吸收电荷倍增(SACM)APD器件，以及一种用于制造该APD器件的方法。本公开所提出的APD器件可以是具有弯曲吸收区的横向SACM APD器件。

背景技术

在以上给出的APD器件(例如，用作用于光通信、光感测或量子通信的光电探测器)的技术领域中，接收器灵敏度和工作数据率是关键性能要求，因为它们确定光通信链路的功耗。APD器件由很大的潜力来满足这些要求，并由此实现允许高工作数据率的灵敏接收器。

APD器件通常在两个器件架构中实现。第一个器件架构是标准引脚形式，并且也被称为引脚APD器件。第二个器件架构是p+/p-/n+形式，这也被称为SACM APD器件。在标准引脚APD器件中，由于雪崩效应而导致的光吸收和载流子倍增发生在二极管的本征区中。然而，在SACM APD器件中，二极管的吸收区和倍增区被电荷区(例如，p+/p-/n+二极管的p型掺杂区)隔开。虽然标准引脚APD器件对于低工作电压是有潜力的，但SACM APD器件具有更高灵敏度并且能以更高的速度工作。由此，SACM APD器件对于光互连、光通信、局部光量子计算、量子通信、太赫兹通信、太赫兹成像、或传感是更有吸引力的。

影响接收器灵敏度的两个参数是APD器件的暗电流和增益带宽积。准确地说，具有低暗电流、高增益和高带宽的APD器件将是理想的。然而，表面照明和波导集成式雪崩光电二极管始终具有暗电流和带宽之间的折衷。具有较低暗电流的器件也具有较低带宽(对于固定增益而言)。暗电流和带宽之间的折衷是缩放器件性能以用于将来系统目标的瓶颈。

因此，需要在增加(或至少不减少)带宽的同时允许较低暗电流的SACM APD器件的新器件构思。

发明内容

本公开进一步基于关于SACM APD器件的以下考虑事项。常规地，SACM APD器件以垂直形式实现，这需要吸收区上的专用的外延生长堆叠或接触部。具有专用外延生长堆叠的这一垂直SACM APD器件由于外延复杂性而难以集成到现有的硅光子平台中。此外，垂直设计还需要吸收区上的接触方案，这可能是个良率问题。此外，外延生长堆叠限制了设计器件的自由度，因为每一项设计都需要专门的外延研究和外延分割。

不同的器件设计的示例是横向SACM APD器件10，如图1所示。APD器件10包括半导体层13(例如，硅)，其中形成第一接触区11(例如，p型掺杂区)、第二接触区12(例如，n型掺杂区)、电荷区16(例如，p型掺杂区)和倍增区17(或放大区，例如本征区)以及第一区15(例如，本征区)。吸收区14(例如，锗)被形成在第一区15上。在第一接触区11上(特别是在第一接触区11的高掺杂区11a上)提供第一接触部18(例如，金属接触部)，并且在第二接触区12上(特别是在第二接触区12的高掺杂区12a上)提供第二接触部19(例如，金属接触部)。

在SACM APD器件10中，在吸收区14中吸收光，并且由于在接触部18和19之间施加反向偏压而产生的电场分隔光生载流子，且一种类型的载流子(通常是电子)移动至倍增区17。高反向偏压还允许倍增区17中的载流子雪崩。电荷区16被用来分别对吸收区14和倍增区17中的电场进行控制/平衡，并由此保护吸收区14中的典型的低带隙半导体材料(例如，锗)免受倍增区17中所需的高电场的影响。