[发明专利]包括能独立控制的吸收区电场和倍增区电场的器件

说明书

背景技术

光电探测器件可以使用基于高掺杂且高工作电场和电压的复杂架构。电荷区可以形成垂直布置的串联过渡层结构的一部分，该结构使用非常高的击穿电压，这导致了高工作电压的使用。此外，串联结构的各个层与被非常精确地限定和控制相关联，这导致需要特别的掺杂或其他技术以获得可行的结构。

雪崩光电二极管是高度灵敏的光电探测器，其通过雪崩倍增具有内部增益。传统上，雪崩光电二极管被用于长距离光通信；对于给定的数据传输速率，它们可以提供比例如PIN二极管好10倍的灵敏度。APD可以使用正常入射光并可以使用波导结构来耦合入射光。对于诸如Ge或量子点等的具有较低吸收效率的材料，可能需要长吸收长度/尺寸来提供足够的量子效率。作为长的长度/大尺寸的结果，传统的APD体积可能庞大，并且具有高暗电流、低量子效率和低带宽。此外，对于片上光互连应用来说，大的器件尺寸和高功耗可能是特别不利的。此外，传统APD可以使用分离的吸收电荷倍增(SACM)设计，由于每个区域的串联布置，SACM设计可能导致高击穿电压(对于GeSi APD，通常>25V)。

附图说明

图1是根据示例的包括倍增区的器件的侧视框图。

图2是根据示例的包括倍增区的器件的侧视框图。

图3是根据示例的环形器件的俯视框图。

图4是根据示例的包括倍增区的器件的侧视框图。

图5A是示出根据示例的掺杂浓度的器件的侧视框图。

图5B是根据示例的暗电流作为N-Si电极上的偏压的函数的图表。

图5C-5F是示出根据示例的电场强度作为N-Si上的偏压的函数的器件侧视框图。

图6是根据示例的基于对光电二极管的偏置的流程图。

具体实施方式

这里描述的诸如用于探测光的雪崩光电二极管(APD)的示例器件，可以针对低击穿电压利用三个端子，并且利用谐振增强(例如，基于微环)以有效增加光吸收路径同时维持小尺寸，以实现高量子效率、低暗电流、低击穿电压和低功耗。在不使用现有的诸如分离的吸收电荷倍增(SACM)设计的APD结构的情况下，并且在不需要关联的高驱动电压(例如，对于SACM锗硅(GeSi)器件大于25伏特)和关联的复杂制造过程(诸如精确的电荷层掺杂控制)的情况下，可以获得益处。这里描述的示例器件可以具有小形状因子、低功耗(例如，大约5-12伏特的工作电压)、低成本，并且可以被用于光电平台上的片上光互连以及其他高带宽、小串音和低功耗的应用。此外，示例器件可以基于互补金属氧化物半导体(CMOS)制造技术而制造，并且与其可兼容。

图1是根据示例的包括倍增区130的器件100的侧视框图。器件100进一步包括与第一端子112关联的第一区110，以及与第二端子112关联且通过倍增区130与第一区110间隔开的第二区120。吸收区132被设置在倍增区130上，并且与第三端子134关联。倍增区电场140与倍增区130关联，并且吸收区电场142与吸收区132关联。

器件100可以基于吸收光并产生电信号来探测光。吸收区132用于吸收光子并产生电载流子，并且倍增区130用于使产生的载流子雪崩倍增，并且将载流子扫到第一区110和/或第二区120。器件100可以使用第一端子112、第二端子122和第三端子134，例如通过独立控制吸收区电场142和倍增区电场140，来影响载流子的产生和/或倍增。

吸收区电场142可以独立于倍增区电场140被控制，以将载流子从吸收区132移动至倍增区130。倍增区电场140可以被调节为超过载流子的碰撞电离阈值，这可以导致倍增区130中的雪崩倍增，同时维持低于击穿电压水平。吸收区电场142的强度可以低于倍增区电场140的强度。因此，器件100示出两个并行可控的电场，使得能够基于通过第一端子112、第二端子122和第三端子134的驱动电压，实现吸收区132和倍增区130的独立且分离控制。吸收区电场142可以很低，以将光生电载流子驱动到倍增区130。倍增区电场140可以在第一区110和第二区120之间横向延伸，以分离载流子和/或触发雪崩倍增来探测电流。