[发明专利]一种高速硅基光探测器

说明书

本发明公开了一种基于SiGe HBT(锗硅异质结双极性晶体管)的硅基光探测器。在一个实施例中，硅基光探测器包括一个埋入N型掺杂(NBL)与一个位于其上的近本征掺杂的P型区(Collector区)，以及一个位于Collector区上的SiGe单晶层(基区)。所述SiGe单晶层为P掺杂。所述Collector区为光探测器的有源区，入射光子在此产生光生载流子，被反向偏置的由所述P型SiGe单晶、本征型Collector区和NBL区组成的PIN管所收集，在外电路中形成光电流。在另一个实施例中，在所述P型SiGe单晶层上方生长N型掺杂的多晶硅，类似于HBT中的发射极(emitter)。在其它实施例中，所述emitter层，由在P型SiGe单晶区上继续生长的N型SiGe单晶构成。

技术领域

本发明涉及一种光探测器，尤其是一种基于硅基材料和工艺的光探测器。

背景技术

硅基光探测器通常用在各类光敏器件，例如光敏二极管和三极管，这些器件对可见光和短波长红外光敏感，被广泛地应用于自动控制、成像器件、和光学编码等领域。但这些传统的硅基光探测器的响应速度一般较慢，无法适用于光通信领域。

响应速度慢的主要原因，来源于硅材料对短波长红外光的吸收长度较长，因此要求光敏二级管的有源区较长，导致光生载流子渡越时间过长。

此外，为提高光电转换效率所需要的特殊工艺要求，使得硅基光探测器并不总是可以和硅基电子回路单片集成。

发明内容

本发明的目的在于提出一种新的硅基光探测器结构，以解决传统硅基光探测器光电转换速度慢的问题。同时，通过锗硅单晶层的引入和异质结三极管探测器结构的提出，在增加光电响应率的同时，提供响应速度。

本发明通过下述技术方案予以实现：

一种硅基光探测器，包括：

一个埋入硅衬底的掺杂区；

一个在所述埋入硅衬底的掺杂区之上的轻微掺杂区；

一个在所述轻微掺杂区之上的第一锗硅单晶层；

所述第一锗硅单晶层的掺杂类型和埋入硅衬底的掺杂区的掺杂类型相反；

所述的硅基光探测器器，其中所述轻微掺杂区为轻微掺杂，掺杂类型和所述第一锗硅单晶层相反。

所述的硅基光探测器，还包括：

一个位于所述第一锗硅单晶层上的多晶硅层，所述多晶硅层的掺杂类型和所述第一锗硅单晶层的掺杂类型相反。

所述的硅基光探测器，其中，所述多晶硅层的金属电极接触只占其总面积的一小部分，以便让入射光信号通过。

所述的硅基光探测器，其中，所述多晶硅层为N型掺杂，所述第一锗硅单晶层为P型掺杂，所述轻微掺杂区为轻微N型掺杂，所述埋入硅衬底的掺杂区为N型掺杂，所述多晶硅层、第一锗硅单晶层、轻微掺杂区、和埋入硅衬底的掺杂区构成NPN型双极性晶体管。

硅基光探测器，还包括：

一个位于所述第一锗硅单晶层上的第二锗硅单晶层，所述第二锗硅单晶层的掺杂类型和所述第一锗硅单晶层的掺杂类型相反。

硅基光探测器，其中，所述第二锗硅单晶层为N型掺杂，所述第一锗硅单晶层为P型掺杂，所述轻微掺杂区为轻微N型掺杂，所述埋入硅衬底的掺杂区为N型掺杂，所述第二锗硅单晶层、第一锗硅单晶层、轻微掺杂区、和埋入硅衬底的掺杂区构成NPN型双极性晶体管。

硅基光探测器，其中：所述第一锗硅单晶层和所述第二锗硅单晶层的组成不同，以提高单晶层生长可达到的厚度。

硅基光探测器，其中，第一锗硅单晶层和第二锗硅单晶层的元素组成比例不同；