[發明專利]全硅摻雜多結電場增強型鍺光波導探測器

有效

• 申請號: 202110234815.6
• 申請日: 2021-03-03
• 公開（公告）號: CN113035982B
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發明（設計）人: 王俊;崔乃迪;郭進;馮俊波;胡洋;謝峰
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第三十八研究所;聯合微電子中心有限責任公司
• 主分類號: H01L31/0352
• 分類號: H01L31/0352;H01L31/0232;H01L31/105
• 代理公司: 北京久誠知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11542
• 代理人: 余罡

本發明提供一種全硅摻雜多結電場增強型鍺光波導探測器，涉及硅基光電子器件技術領域。本發明中沿第一方向依次堆疊的金屬電極、硅氧化上包層、波導層和硅氧化下包層；所述波導層包括鍺吸收層和薄硅層，所述鍺吸收層位于所述薄硅層和硅氧化上包層之間；所述鍺吸收層下方的薄硅層設有多結型摻雜區結構；所述硅氧化上包層包括通孔結構，所述通孔結構連接所述金屬電極和所述薄硅層。實現在不增加工藝難度的情況下，同時抑制暗電流、提高探測器響應度、并大范圍的提高探測器帶寬，即極大地提高了探測器的綜合性能。

技術領域

本發明涉及硅基光電子器件技術領域，具體涉及一種全硅摻雜多結電場增強型鍺光波導探測器。

背景技術

硅基光子學是一種具有廣闊前景的片上技術，主要依賴于絕緣體硅(SOI)平臺，廣泛應用于光通信、互連和傳感。高響應度、高響應速度、低暗電流,響應波長在通信波段的近紅外光電探測器是實現光互連芯片的重要組成部分。

SOI技術可以直接用于硅襯底上的探測器，但SOI平臺的一個固有缺點是硅不能吸收波長大于1.1μm的光子，即不能實現通信波段的探測。從這個角度來看，截止波長接近1.8μm的鍺是片上通信波段光探測的理想選擇，波導耦合的硅基鍺探測器由于其高性能和片上集成而備受關注和廣泛研究。傳統的硅基鍺光波導探測器需要金屬與鍺接觸并摻雜鍺形成P-I-N結。然而，在這些器件中，金屬接觸對鍺的光吸收會導致響應度下降，另外，標準CMOS工藝中鍺與金屬的歐姆接觸技術也不成熟。相比之下，通過只在硅上摻雜并與本征鍺形成異質結的橫向光波導結構探測器，即使全硅摻雜器件，由于無需鍺摻雜也不需要鍺金屬接觸，工藝簡單成本較低，同時可以避免金屬電極對光的吸收。

然而，目前所知的全硅摻雜的橫向光波導結構探測器還沒有在不增加工藝難度的情況下，能夠同時抑制暗電流、提高響應度、并大范圍的提高帶寬，從整體上提高器件的綜合性能。

發明內容

(一)解決的技術問題

針對現有技術的不足，本發明提供了一種全硅摻雜多結電場增強型鍺光波導探測器，解決了現有鍺光波導探測器在不增加工藝難度的情況下綜合性能差的技術問題。

(二)技術方案

為實現以上目的，本發明通過以下技術方案予以實現：

一種全硅摻雜多結電場增強型鍺光波導探測器，包括：沿第一方向依次堆疊的金屬電極、硅氧化上包層、波導層和硅氧化下包層；

所述波導層包括鍺吸收層和薄硅層，所述鍺吸收層位于所述薄硅層和硅氧化上包層之間；

所述鍺吸收層下方的薄硅層設有多結型摻雜區結構；

所述硅氧化上包層包括通孔結構，所述通孔結構連接所述金屬電極和所述薄硅層。

優選的，所述多結型摻雜區結構至少包括一對P-I-N重摻雜區結構，所述P-I-N重摻雜區結構沿第二方向包括P型重摻雜區和N型重摻雜區，所述P型重摻雜區與N型重摻雜區之間由非摻雜區區域相隔。

優選的，所述多結型摻雜區結構至少還包括一對N-I-P重摻雜區結構，所述N-I-P重摻雜區結構沿所述第二方向包括N型重摻雜區和P型重摻雜區，所述N-I-P重摻雜區結構位于所述非摻雜區區域。

優選的，所述薄硅層還包括沿所述第二方向排列的P型重摻雜區、P型輕摻雜區、N型輕摻雜區和N型重摻雜區；

兩輕摻雜區各有一部分與所述鍺吸收層沿第一方向的下表面重疊，所述多結型摻雜區結構沿所述第二方向的寬度小于所述鍺吸收層減去所述鍺吸收層與兩輕摻雜區重疊區的寬度。

優選的，所述通孔結構連接所述金屬電極和所述P型重摻雜區、N型重摻雜區；

所述金屬電極和P型重摻雜區連接的為P電極，所述金屬電極和N型重摻雜區連接的為N電極，其中P電極加反向偏壓、N電極接地。