[發明專利]一種橫向結構鍺/硅異質結雪崩光電探測器及其制備方法

有效

• 申請號: 201710029889.X
• 申請日: 2017-01-16
• 公開（公告）號: CN107068784B
• 公開（公告）日: 2019-07-19
• 發明（設計）人: 成步文;劉智;武文周;薛春來;李傳波;張華
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所;青島海信寬帶多媒體技術有限公司
• 主分類號: H01L31/028
• 分類號: H01L31/028;H01L31/107;H01L31/18
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

本發明公開了一種橫向結構鍺/硅異質結雪崩光電探測器，器件制作在SOI(Silicon?on?Insulator)襯底上，具有雙臺面結構，包括：襯底、埋層氧化硅、硅臺面區、硅空間區、硅接觸區、電極和鍺外延層。埋層氧化硅形成于硅襯底上，硅臺面區形成于埋層氧化硅上，硅空間區形成于硅臺面區兩側的埋層氧化硅上，硅接觸區形成于硅空間區外側的埋層氧化硅上，鍺外延層形成于硅臺面區上，電極與硅接觸區歐姆接觸。兩個電極制作在硅層上，鍺光吸收層在硅層上面，施加在兩個電極上的偏壓使光吸收層和硅層中形成強度不同的電場分布，光吸收在鍺中實現而雪崩倍增過程在硅層中實現。

技術領域

本發明涉及半導體光電探測器領域，具體涉及一種橫向結構鍺/硅異質結雪崩光電探測器及其制備方法。

背景技術

雪崩光電探測器是一種具有光響應倍增功能的光電探測器，特別適用于對微弱光信號的探測。其基本原理是光被探測器吸收而產生光生載流子，在電場作用下，電子和空穴獲得能量而加速運動，當電場強度足夠強時，通過運動中的碰撞離化實現電子和空穴的倍增，經過倍增的電子和空穴被電極收集，從而獲得經過倍增而放大的響應電流。雖然獲得了光生電流的倍增，但同時也會產生很大的倍增過剩噪聲，影響信號質量。該噪聲與半導體倍增材料的電子/空穴離化率比相關，離化率比越小，噪聲電可以越小。半導體材料中，硅的離化率比最小，是最好的倍增材料。然而，由于硅的帶隙限制，其不能對光通信和光互連主要應用波段1310nm和1550nm的光進行探測，而鍺對于1310nm和1550nm的光有很好的響應吸收，而且與硅同屬四族半導體材料，其工藝與硅CMOS工藝能很好地兼容。所以人們提出了鍺/硅異質結雪崩光電探測器結構，一方面利用鍺的通信波段良好的光吸收特性，同時利用硅的良好的雪崩倍增特性，實現了高性能的吸收區與倍增區分離的鍺/硅雪崩光電探測器。

然而這種雪崩光電探測器結構復雜，特別是對于摻雜的控制要求很高，制備難度比較大。因此本領域亟需一種工藝簡單可行、重復一致性好的鍺/硅異質結雪崩光電探測器。

發明內容

(一)要解決的技術問題

鑒于上述問題，本發明提供一種橫向結構的鍺/硅異質結雪崩光電探測器，該雪崩光電探測器的電學結構都制備在硅上，而且只需要在歐姆接觸區進行重摻雜，而鍺層外延生長在未摻雜的硅平臺上，實現與硅層的電學連接。

(二)技術方案

一種橫向結構鍺/硅異質結雪崩光電探測器，其具有雙臺面結構，包括：襯底、埋層氧化硅、硅臺面區、硅空間區、硅接觸區、電極和鍺外延層；

埋層氧化硅形成于硅襯底上，

硅臺面區形成于埋層氧化硅上，

硅空間區形成于硅臺面區兩側的埋層氧化硅上，

硅接觸區形成于硅空間區外側的埋層氧化硅上，

鍺外延層形成于硅臺面區上，

電極與硅接觸區歐姆接觸。

上述方案中，

所述硅空間區包括第一硅空間區和第二硅空間區，第一硅空間區和第二硅空間區分別形成于硅臺面區兩側的埋層氧化硅上；

所述硅接觸區包括硅P+接觸區和硅N+接觸區，硅P+接觸區形成于第一硅空間區外側的埋層氧化硅上，硅N+接觸區形成于第二硅空間區外側的埋層氧化硅上；

所述電極包括正電極和負電極，正電極形成在硅P+接觸區上，與硅P+接觸區歐姆接觸，負電極形成在硅N+接觸區上，與硅N+接觸區歐姆接觸。

上述方案中，

所述第一硅空間區和第二硅空間區的高度低于硅臺面區；

所述鍺外延層的面積小于硅臺面區；