[發明專利]基區Ge組分分段分布的SiGe/Si異質結光敏晶體管探測器

有效

• 申請號: 201710436742.2
• 申請日: 2017-06-12
• 公開（公告）號: CN107302037B
• 公開（公告）日: 2019-05-17
• 發明（設計）人: 謝紅云;吳佳輝;劉芮;孫丹;馬佩;高杰;張萬榮
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H01L31/109
• 分類號: H01L31/109;H01L31/0264;H01L31/0288
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

基區Ge組分分段分布的SiGe/Si異質結光敏晶體管探測器是一種兼顧可見光和近紅外光波段的探測器。該探測器包括Si襯底；在Si襯底上依次制備出的Si次集電區、Si集電區、Ge組份分段分布的SiGe基區/吸收層和多晶Si發射區；多晶Si發射區上的發射極；SiGe基區上的基極；Si亞集電區上的集電極。光窗口設計在基區臺面，避免了光窗口在發射區臺面時對入射光的損耗。因為不同Ge組份的SiGe材料對可見光波段和近紅外光波段入射光的吸收系數和吸收長度不同，采用了Ge組份分段分布的基區/吸收層可以分別對應吸收波長短的可見光和波長長的近紅外光，均衡可見光和近紅外光波段內的吸收效率。

技術領域

本發明屬于半導體光電子技術領域，特別涉及一種兼顧可見光和近紅外光的SiGe/Si異質結光敏晶體管探測器。這種光敏晶體管探測器在可見光波段和近紅外光波段入射光下都有高的吸收效率。

背景技術

硅基光電探測器具有低成本和易大規模集成的優點，且吸收譜落在光互聯技術中的短距通信和甚短距通信用到的近紅外波段和可見光波段。因此，相比價格昂貴、工藝復雜的化合物光電探測器，硅基光電探測器在短距和甚短距通信的應用等方面具有巨大的應用潛力。另外，紅外探測還大量應用于預警、制導、夜視、跟蹤及空間技術、天文、醫學工業以及輻射測量，自動控制和激光探測，資源探測，大氣監測等領域。而成本低，無電磁輻射，高速率高保密性的可見光通信(LiFi)也越來越成為研究的一個熱點。

目前所報道的硅基光電探測器大多僅能在近紅外波段或可見光波段實現光信號的高效吸收探測，全波段的探測器則鮮有報道。2008年，中國臺灣報道了一種基于標準BiCMOS工藝的可見光SiGe/Si HPT探測器，該器件由一個SiGe/Si HPT和一個表面探測二極管構成，在V_ce為0.5V偏壓下，450nm 光信號的響應度為5.69A/W，670nm光信號的響應度為9.47A/W；2011年，法國報道了基于標準80GHz BiCMOS工藝制備的SiGe/Si HPT探測器，對于850nm波長的激光作為載波的50MHz光學微波信號，響應度為5.62A/W； 2013年，中國臺灣報道了基于0.18um BiCMOS工藝制備的SiGe/Si HPT探測器，通過將襯底與基極連接，依靠襯底吸收產生的光生電流為光敏晶體管提供基極偏置提高器件的響應度，對750nm的光吸收獲得了75A/W的響應度。

發明內容

有鑒于此，本發明的主要目的是提供一種高效全波段光敏晶體管探測器，實現作為單一器件就可以兼顧可見光和近紅外光波段的高效吸收。

1.基區Ge組分分段分布的SiGe/Si異質結光敏晶體管探測器，其特征在于包括：

Si襯底；在Si襯底上依次制備出的Si亞集電區、Si集電區、SiGe基區/吸收層、多晶Si發射區；探測器的光窗口位于SiGe基區/吸收層；SiGe 基區/吸收層的Ge組分分段分布，從發射結異質結到集電結異質結依次分為四段，其第一段的厚度介于0.02μm到0.05μm之間，Ge組分介于0到 20％之間，其第二段的厚度介于0.03μm到0.06μm之間，Ge組分介于20％到50％之間，其第三段的厚度介于0.06μm到0.09μm之間，Ge組分介于 50％到80％之間，其第四段的Ge組分線性減少到0，厚度介于0.02μm到 0.03μm之間。

SiGe基區/吸收層的Ge組分分段分布中第一段、第二段和其第三段， Ge組分的分布是均勻或漸變或均勻與漸變相組合的形式。

更具體的，一種基區Ge組分分段式分布的SiGe/Si異質結光敏晶體管探測器，包括：

Si襯底1；在Si襯底上依次制備出的Si亞集電區2、Si集電區3、SiGe 基區/吸收層4、多晶Si發射區5；發射極6，制作在多晶Si發射區5上；基極7，制作在SiGe基區/吸收層4上；集電極8，制作在Si亞集電區2上。