[實(shí)用新型]具有諧振腔增強(qiáng)效應(yīng)條柵型的SOI光電探測器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201420410605.3
• 申請(qǐng)日: 2014-07-23
• 公開（公告）號(hào): CN203983286U
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 洪慧;李夢(mèng);劉倩文
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L27/146
• 分類號(hào): H01L27/146
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種具有諧振腔增強(qiáng)效應(yīng)條柵型的SOI光電探測器。

背景技術(shù)

由于光纖通信、紅外遙感和軍事應(yīng)用需求的不斷增長促進(jìn)了半導(dǎo)體器件及其光電路的發(fā)展。隨著光電路系統(tǒng)強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)的不斷體現(xiàn)，光電器件及其電路在計(jì)算系統(tǒng)、自由空間衛(wèi)星系統(tǒng)、光盤存儲(chǔ)應(yīng)用、成像系統(tǒng)以及通信系統(tǒng)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。考慮到CMOS工藝的兼容性，傳統(tǒng)的Si基光電探測器是在Si襯底上進(jìn)行n型離子的注入形成n阱區(qū)（n-well），在襯底頂部臨近n阱區(qū)之間形成p的源區(qū)，在源區(qū)頂部引出電極的金屬引線；在n阱區(qū)中按條柵型進(jìn)行p型離子注入形成條柵型的PCOMP，在PCOMP和n阱區(qū)邊緣的部分生成n的歐姆接觸區(qū)，并在歐姆接觸區(qū)頂部引出電極的金屬引線；在每個(gè)PCOMP頂部形成p的歐姆接觸區(qū)，并在歐姆接觸區(qū)的頂部引出電極的金屬引線。傳統(tǒng)CMOS光電探測器由于Si的吸收系數(shù)較低，從而量子效率低，若靠增加吸收層厚度來提高量子效率，則會(huì)使帶寬大大降低，不利于提高器件和系統(tǒng)的綜合特性。隨著半導(dǎo)體技術(shù)與TCAD的發(fā)展，采用空間調(diào)制（SML）、橫向PIN等結(jié)構(gòu)的CMOS光電探測器受CMOS工藝限制，響應(yīng)度和帶寬無法進(jìn)一步滿足超高速短距離等光互連的需求。為了實(shí)現(xiàn)更高響應(yīng)度和帶寬的光電探測器，研究人員還提出了基于硅CMOS工藝的雪崩擊穿光電探測器（APD）結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的響應(yīng)度和頻率帶寬等性能都較好，不足之處在于光電探測器需要施加高的反向偏壓，極大的限制了光電探測器應(yīng)用范圍。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有諧振腔增強(qiáng)效應(yīng)條柵型的SOI光電探測器新結(jié)構(gòu)，通過引入法布里－羅布腔，同時(shí)利用條柵型結(jié)構(gòu)，增大耗盡區(qū)面積，使得量子效率大大增加，同時(shí)不會(huì)使得帶寬降低，該器件能夠在SOI　CMOS工藝上進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，具有很好的工藝兼容性，能夠與普通CMOS器件集成在一起從而形成光電集成電路芯片或片上光電系統(tǒng)；同時(shí)相比其他可兼容CMOS光電探測器，具有高量子效率、高響應(yīng)度和高帶寬的特點(diǎn)。

本實(shí)用新型一種具有條柵型PCOMP的諧振腔增強(qiáng)型光電探測器，包括p型半導(dǎo)體襯底、埋氧化層、n型n-well阱區(qū)、p型歐姆接觸區(qū)、環(huán)形地電極、環(huán)形電壓極、n型歐姆接觸區(qū)、輸出電極、條柵型的PCOMP、頂層氧化層和多晶硅?；

距離p型半導(dǎo)體襯底表面2?um處設(shè)置有埋氧化層，p型半導(dǎo)體襯底上表面設(shè)有n型n-well阱區(qū)，環(huán)形p型歐姆接觸區(qū)設(shè)置在p型半導(dǎo)體襯底上表面且位于n型n-well阱區(qū)外側(cè)，環(huán)形地電極設(shè)置在環(huán)形p型歐姆接觸區(qū)上，環(huán)形的n型歐姆接觸區(qū)設(shè)置在p型半導(dǎo)體襯底上表面且位于n型n-well阱區(qū)內(nèi)側(cè)，環(huán)形電壓極設(shè)置在環(huán)形n型歐姆接觸區(qū)上，在p型半導(dǎo)體襯底上表面且位于環(huán)形電壓極內(nèi)側(cè)設(shè)置有多根互相平行的條柵型的PCOMP?；每根條柵型的PCOMP上設(shè)置輸出電極；在p型半導(dǎo)體襯底上表面各個(gè)電極之間覆蓋一層氧化層，在氧化層的表面覆蓋一層多晶硅。

所述的p型半導(dǎo)體襯底為藍(lán)寶石襯底或硅襯底。

所述的埋氧化層厚度為140nm。

所述的n型n-well阱區(qū)厚度為1.5um。

所述的條柵型的PCOMP厚度為1um。

所述的頂層的氧化層厚度140nm。

所述的多晶硅厚度為60nm。

所述的環(huán)形地電極、環(huán)形電壓極和輸出電極的材料分別為Al或者Cu的一種。

條柵型的PCOMP間的距離為1um。

所述的埋氧化層、n型n-well阱區(qū)、條柵型的PCOMP、環(huán)形p型歐姆接觸區(qū)和n型歐姆接觸區(qū)的外延生長方式采用注氧隔離方法實(shí)現(xiàn)。

本實(shí)用新型諧振腔增強(qiáng)效應(yīng)條柵型的SOI光電探測器新結(jié)構(gòu)，通過引入法布里－羅布腔，使得光波在腔體內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而使得光波多次通過吸收層達(dá)到光電增強(qiáng)效應(yīng)，器件可獲得較高的量子效率。利用條柵型結(jié)構(gòu)，增大耗盡區(qū)面積，同時(shí)由于吸收層較薄，光生載流子產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)在吸收層中的渡越時(shí)間較小，可使器件獲得較高的帶寬，解決了光電探測器的量子效率和帶寬之間相互制約的問題。

有益效果：本實(shí)用新型通過改變光電探測器橫向、縱向（三維）結(jié)構(gòu)，使得這種新型器件在作為光電探測器工作時(shí)具有更高的響應(yīng)度和帶寬。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1的俯視圖；

圖3為圖1的A-A截面示意圖；

圖4為圖1的B-B截面示意圖。

具體實(shí)施方式