[发明专利]集成有双吸收区的光电探测器及其制备方法

说明书

本发明涉及集成芯片领域，公开了一种集成有双吸收区的光电探测器及其制备方法，包括自下而上设置的基底、第二吸收有源区、光传输波导区和第一吸收有源区；第一吸收有源区中横向依次设置第一P++掺杂区、第一P+掺杂区、第一本征I区、第一N+掺杂区以及第一N++掺杂区，第一P++掺杂区与第一金属电极电性连接；第二吸收有源区中横向依次设置第二P++掺杂区、第二P+掺杂区、第二本征I区、第二N+掺杂区以及第二N++掺杂区，第二P++掺杂区与第二金属电极电性连接；第一与第二N++掺杂区通过金属通孔电性连接。本光电探测器具有两个不同的光吸收区，能够探测出高功率和多波段的光信号，响应度较高，光‑电响应带宽较大。

技术领域

本发明涉及集成芯片领域，特别涉及一种集成有双吸收区的光电探测器及其制备方法。

背景技术

光-电探测器一般被用于探测光或其他电磁能量。目前探测器在有线或无线通信、传感、监控、国家安全领域等方面具有重要实际应用。具体在光-电子集成芯片中，光-电探测器是接收端核心芯片之一，它将高速光数据转换成电信号。光-电探测器一般来说是利用材料具有热电效应、光电效应、电吸收效应，来探测光的强度大小。在光通信波段，目前基于的主要材料体系有III-V族材料、锗（Ge）、硅（Si）。虽然基于这些材料体系的探测器取得具有良好的性能并且实现商用化，还是有诸多不足之处，例如，光学响应波长单一，器件尺寸较大，制备工艺复杂，成本较高等。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种集成有双吸收区的光电探测器及其制备方法，该光电探测器具有两个不同的光吸收区，能够探测出高功率和多波段的光信号，响应度较高，光-电响应带宽较大。

技术方案：本发明提供了一种集成有双吸收区的光电探测器，包括自下而上依次设置的基底、第二吸收有源区、光传输波导区和第一吸收有源区；所述第一吸收有源区包括横向依次设置的第一P++掺杂区、第一P+掺杂区、不掺杂的第一本征I区、第一N+掺杂区以及第一N++掺杂区，所述第一P++掺杂区与第一金属电极电性连接；所述第二吸收有源区包括横向依次设置的第二P++掺杂区、第二P+掺杂区、不掺杂的第二本征I区、第二N+掺杂区以及第二N++掺杂区，所述第二P++掺杂区与第二金属电极电性连接；所述第一N++掺杂区与所述第二N++掺杂区通过二者之间的金属通孔电性连接。

进一步地，所述光传输波导区中间开设有凹槽结构。光波导的折射率（模式有效折射率）一般由材料本征的折射率和波导的结构决定的；通常来说，调整波导结构是常用的有效办法，这会有助于设计波导之间的耦合效率；对于本申请中的凹槽结构，可以改变凹槽的深度、宽度，以及外部光波导截面的宽度和厚度等参数来实现折射率的调整；相当于这种凹槽结构的好处是增加了调节折射率的维度，有更多的调节参数可供使用，以实现光传输波导区与第一光吸收区和第二光吸收区的高效光耦合。

优选地，所述第一本征I区的宽度w1为50~500nm；和/或，所述第二本征I区的宽度w2为50~500nm。第一本征I区和第二本征I区的宽度会影响探测器的3dB带宽和探测量子效率，宽度过宽导致3dB带宽下降，过窄会导致探测的量子效率下降，将二者的宽度控制在50~500nm能够获得合适的3dB带宽和探测量子效率。优选50nm、100nm、150nm、200nm、250nm、300nm、350nm、400nm、450nm、500nm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

进一步地，部分所述第一P+掺杂区、所述第一本征I区以及部分所述第一N+掺杂区形成第一光吸收区；部分所述第二P+掺杂区、所述第二本征I区以及部分所述第二N+掺杂区形成第二光吸收区；所述光传输波导区位于所述第一光吸收区与所述第二光吸收区之间。