[发明专利]一种含埋氧层结构的光电探测器

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件领域，特别是一种含埋氧层结构的光电探测器。

背景技术

光电探测器在光纤通信系统中是必不可少的关键器件。0.8μm～0.9μm波段的短距离、高密度光纤通信系统、数据传输系统常采用Si单晶衬底或GaAs基PIN光电探测器、雪崩光电探测器进行探测。而1.06μm～1.55μm波段光纤通信网，通常采用Ge单晶衬底或InP基PIN光电探测器、雪崩光电探测器进行探测。

硅光电二极管作为其中一个重要分支，因其光谱响应良好、噪声低、寿命长和与CMOS工艺兼容性高等特点被广泛地应用于可见光探测和成像领域。其中，硅光电二极管作为最常用的光电探测器之一，具有快速、廉价、坚固、灵敏度高、量子效率高、体积小、重量轻、可靠性好、使用方便等特点。然而由于Si的禁带宽度高达1.12eV,工作波长区域主要在0.8μm～0.9μm波段，存在对近红外光吸收系数低、对1.1μm以上波段没有响应等问题。

如图1所示为常规硅基光电PIN型二极管结构图。常规硅基光电PIN型二极管包括：重掺杂N型Si层20，在重掺杂N型Si层20上依次层叠有本征Si层21和重掺杂P型Si层22。重掺杂P型Si层22表面左右两侧设置有金属阳极接触23，重掺杂N型Si层20背面设置有金属阴极接触24。重掺杂P型Si层22上设置有抗反射层25。典型地，金属阳极接触23和金属阴极接触24均由金属Al材料构成，抗反射层由SiO₂组成。应注意，上述材料仅仅是以示例的方式提供的，本技术领域人员应理解，其他材料也可以用在常规硅基光电PIN型二极管的构造中。

该类型光电二极管的工作原理是入射光射入器件，本征Si层21作为光吸收区，吸收光子，并产生光生载流子。在外加反向偏置作用下，器件内部产生自下而上的电场，光生载流子在电场作用下，分别向两极漂移移动，直至被电极吸收。

如图1所示为常规硅基光电PIN型二极管结构在0.8μm～0.9μm波段具有高响应性，但是由于Si材料能带结构的固有特性，其对1.1μm以上的红外光波段没有响应。

在一些实施例中，本征Si层21的掺杂浓度，达到10¹³cm^-3数量级。

在一些实施例中，重掺杂N型Si层20和重掺杂P型Si层22的掺杂浓度，达到10¹⁹cm^-3数量级。

Ge材料的直接带隙为0.67eV，对光通信中C波段(1528nm-1560nm)的光信号有较好的响应特性，且Ge/Si异质结由于Ge材料存在应变，使其带隙变窄，吸收系数增大，吸收波长可扩展到1.6μm以上，可以对光通信L波段(1561nm-1620nm)的信号进行检测，满足不断发展的波分复用技术的要求。特别是Ge材料的价格相对低廉以及与现有Si工艺完全兼容。SiGe/Si是非极性材料，没有III-V族材料的极性光学声子散射，允许在较高温度下工作。同时，锗硅材料载流子迁移率高，能带宽度随Ge的组分变化而连续可调，在Si材料上生长SiGe/Si异质结，则可以在Si上灵活地运用能带工程进行能带剪裁，研制新型Si基探测器。

近年来，在硅上外延锗材料取得了一系列重要进展。在硅上外延锗材料方面，国际和国内主要的研究重点为降低材料缺陷带来的暗电流和器件噪音，提高材料的响应度和响应带宽。由于Ge与Si存在4.2％的晶格失配，如果直接在硅上外延生长Ge，薄膜将以层岛状模式生长(SK模式)，并由于界面晶格失配在Ge薄膜中产生大量失配位错，造成薄膜暗电流和器件噪声的增加。针对这一问题，目前国际和国内主要采用三种方式实现低缺陷密度Ge材料在硅上的外延：

方式一：Si_1-xGe_x缓冲层技术