[发明专利]倒平面雪崩光电二极管

权利要求书

1.一种光学设备，包括：

半导体基底层，包括第一类型的半导体材料；

倍增层，邻近所述半导体基底层设置，且包括所述第一类型的半导体 材料；

吸收层，邻近所述倍增层设置，且包括第二类型的半导体材料，使得 所述倍增层设置于所述吸收层和所述半导体基底层之间，其中，光耦接所 述吸收层以接收和吸收光束；

所述第一类型的半导体材料的n+掺杂区，限定在所述倍增层的与所述 吸收层相反的表面处，其中，在所述倍增层中生成高电场，以倍增响应于 对在所述吸收层中接收的所述光束的所述吸收而光生的电荷载流子；

第一金属接触部，耦接至所述倍增层的与所述吸收层相反的所述表面 处的所述n+掺杂区，以向所述n+掺杂区施加偏压；以及

所述吸收层中的p+掺杂区，其中，所述p+掺杂区仅部分延伸至所述 吸收层中。

2.如权利要求1所述的设备，其中，在贯穿所述半导体基底层限定的 开口内限定所述n+掺杂区，以到达所述倍增层。

3.如权利要求1所述的设备，其中，所述第一类型的半导体材料包括 硅，且所述第二类型的半导体材料包括锗或锗-硅合金。

4.如权利要求1所述的设备，其中，所述倍增层包括硅。

5.如权利要求4所述的设备，其中，所述吸收层包括外延生长在所述 倍增层之上的锗层。

6.如权利要求1所述的设备，还包括在所述倍增层的与所述吸收层相 反的所述表面处的所述n+掺杂区周围限定的保护环结构。

7.如权利要求6所述的设备，其中，所述保护环结构是包括n+掺杂 类型的半导体材料的浮置保护环。

8.如权利要求6所述的设备，其中，所述保护环结构耦接至已知的电 位。

9.如权利要求1所述的设备，还包括耦接至所述吸收层的第二接触部， 其中，所述偏压施加于所述第一金属接触部和所述第二接触部之间，以跨 所述吸收层产生低电场。

10.如权利要求9所述的设备，其中，所述第二接触部耦接至所述吸 收层中的所述p+掺杂区。

11.如权利要求1所述的设备，还包括设置于所述半导体基底层和所 述倍增层之间的绝缘体上硅晶片的氧化物层。

12.一种光学方法，包括：

将光束引导到包括第一类型的半导体材料的吸收层中；

吸收所述光束的至少一部分以在所述吸收层中光生电子-空穴对；

将电子从所述吸收层中加速出来而进入设置于所述吸收层和半导体基 底层之间的倍增层中，所述倍增层和所述半导体基底层包括第二类型的半 导体材料，所述倍增层包括在所述倍增层的与所述吸收层相反的且邻近所 述半导体基底层的表面处限定的n+掺杂区；以及

利用所述倍增层中的高电场来倍增所述吸收层中的光生电子，

其中，将第一金属接触部耦接至所述倍增层的与所述吸收层相反的所 述表面处的所述n+掺杂区，以向所述n+掺杂区施加偏压；以及

在所述吸收层中存在p+掺杂区，且所述p+掺杂区仅部分延伸至所述 吸收层中。

13.如权利要求12所述的方法，还包括在耦接至所述吸收层中的p+ 掺杂区的第二接触部和所述第一金属接触部之间施加外部偏压，以在所述 吸收层中产生低电场来将所述电子从所述吸收层中加速出来而进入倍增层 中。

14.如权利要求13所述的方法，其中，施加所述外部偏压包括到达贯 穿所述半导体基底层限定的开口内的所述n+掺杂区，以将所述外部偏压施 加至所述n+掺杂区。

15.如权利要求12所述的方法，其中，倍增所述吸收层中的所述光生 电子包括利用所述倍增层中的所述高电场来使所述电子发生碰撞电离。

16.如权利要求12所述的方法，其中，第一类型的半导体包括锗或锗 -硅合金，而第二类型的半导体材料包括硅。