[發明專利]一種硅基脊波導光電晶體管探測器

有效

• 申請號: 202011120442.1
• 申請日: 2020-10-20
• 公開（公告）號: CN112420858B
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發明（設計）人: 謝紅云;向洋;沙印;朱富;紀瑞朗;張萬榮
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H01L31/0232
• 分類號: H01L31/0232;H01L31/0288;H01L31/0352;H01L31/11
• 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

本發明公開了一種硅基脊波導光電晶體管探測器。該晶體管包括Si襯底、在Si襯底上制備的SiO₂ BOX層、在BOX層上依次制備的Si次集電區、Si集電區、Si_0.8Ge_0.2基區和多晶Si發射區，其中由n型Si次集電區、n型Si集電區、p型Si_0.8Ge_0.2基區和n型多晶硅發射區構成漸變耦合脊波導結構。一種硅基脊波導光電晶體管探測器的入射光，代替傳統HPT光從頂端垂直入射的方式，由Si次集電區、Si集電區、Si_0.8Ge_0.2基區和多晶Si發射區構成的波導的端面側向入射，光傳輸方向與載流子運動方向垂直，實現被探測光由側邊探測吸收，緩解光響應度和光電響應速度之間的矛盾，為提高光吸收效率和提高載流子傳輸速度提供了機會。

技術領域

本發明屬于半導體光電子領域，特別涉及一種硅基脊波導光電晶體管探測器，其中入射光由Si次集電區、Si集電區、Si_0.8Ge_0.2基區和多晶Si發射區構成的波導的端面側向入射，沿著波導方向水平傳輸，與電子和空穴輸運方向垂直，可以分別優化光吸收效率和載流子傳輸速度。

背景技術

硅光子以其先進的處理技術、高集成密度、低價格、高帶寬、高傳輸速率和抗干擾等特點得到了廣泛的認可。同時，SiGe探測器具有優良的光電特性，如近紅外波段高響應率和高帶寬，與CMOS處理兼容等，成為近年來的研究熱點。目前傳統的HPT采用的是單異質結外延結構和垂直面入射結構，基區和集電區同為光吸收區，產生光生載流子，由于空穴遷移率較低，其在集電區中的緩慢輸運嚴重限制了器件的光電響應速度。為了縮短光生載流子尤其是光生空穴從集電區漂移至發射結的渡越時間，提高器件的工作速度，需要薄的基區和集電區，而若要提高器件光吸收效率并獲得高的光響應度，則需要厚的基區和集電區。因此傳統臺面結構的單異質結光敏晶體管器件在高效探測和高速工作的優化上會出現矛盾。

同時，采用波導型的PIN二極管探測器也在快速發展。2007年，Fidaner等獲得了2.5Gb/s數據速率和17.9mA/cm²暗電流密度的波導SiGe探測器。2012年Onaran等研制出了一種波導SiGe探測器，其低暗電流為10mA/cm²，響應率值超過0.1A/W。在2014年。Chaisakul等獲得了帶寬為4GHz、暗電流為2.5mA/cm2的波導SiGe探測器。

發明內容

本發明的目的是針對現有HPT探測器在光響應度和光響應速度的優化之間的矛盾，提出一種硅基脊波導光電晶體管探測器。

一種硅基脊波導光電晶體管探測器,其特征在于：包括Si襯底、SiO₂ BOX層、Si次集電區、Si集電區、Si_0.8Ge_0.2基區和多晶Si發射區；其中，SiO₂ BOX層的厚度介于0.2μm到0.4μm之間，摻有磷元素的Si次集電區的摻雜濃度介于2×10¹⁸cm^-3到2×10²⁰cm^-3之間且厚度介于0.2μm到0.4μm之間，摻有磷元素的Si集電區的摻雜濃度介于7×10¹⁵cm^-3到7×10¹⁷cm^-3之間且厚度介于0.5μm到0.7μm之間，摻有硼元素的Si_0.8Ge_0.2基區的摻雜濃度介于1×10¹⁵cm^-3到1×10¹⁷cm^-3之間且厚度介于0.05μm到0.1μm之間，摻有磷元素的Si發射區的摻雜濃度介于2×10¹⁹cm^-3到2×10²¹cm^-3之間且厚度介于0.2μm到0.4μm之間。