[发明专利]一种横向结构锗/硅异质结雪崩光电探测器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种横向结构锗/硅异质结雪崩光电探测器，器件制作在SOI(Silicon‑on‑Insulator)衬底上，具有双台面结构，包括：衬底、埋层氧化硅、硅台面区、硅空间区、硅接触区、电极和锗外延层。埋层氧化硅形成于硅衬底上，硅台面区形成于埋层氧化硅上，硅空间区形成于硅台面区两侧的埋层氧化硅上，硅接触区形成于硅空间区外侧的埋层氧化硅上，锗外延层形成于硅台面区上，电极与硅接触区欧姆接触。两个电极制作在硅层上，锗光吸收层在硅层上面，施加在两个电极上的偏压使光吸收层和硅层中形成强度不同的电场分布，光吸收在锗中实现而雪崩倍增过程在硅层中实现。

技术领域

本发明涉及半导体光电探测器领域，具体涉及一种横向结构锗/硅异质结雪崩光电探测器及其制备方法。

背景技术

雪崩光电探测器是一种具有光响应倍增功能的光电探测器，特别适用于对微弱光信号的探测。其基本原理是光被探测器吸收而产生光生载流子，在电场作用下，电子和空穴获得能量而加速运动，当电场强度足够强时，通过运动中的碰撞离化实现电子和空穴的倍增，经过倍增的电子和空穴被电极收集，从而获得经过倍增而放大的响应电流。虽然获得了光生电流的倍增，但同时也会产生很大的倍增过剩噪声，影响信号质量。该噪声与半导体倍增材料的电子/空穴离化率比相关，离化率比越小，噪声电可以越小。半导体材料中，硅的离化率比最小，是最好的倍增材料。然而，由于硅的带隙限制，其不能对光通信和光互连主要应用波段1310nm和1550nm的光进行探测，而锗对于1310nm和1550nm的光有很好的响应吸收，而且与硅同属四族半导体材料，其工艺与硅CMOS工艺能很好地兼容。所以人们提出了锗/硅异质结雪崩光电探测器结构，一方面利用锗的通信波段良好的光吸收特性，同时利用硅的良好的雪崩倍增特性，实现了高性能的吸收区与倍增区分离的锗/硅雪崩光电探测器。

然而这种雪崩光电探测器结构复杂，特别是对于掺杂的控制要求很高，制备难度比较大。因此本领域亟需一种工艺简单可行、重复一致性好的锗/硅异质结雪崩光电探测器。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述问题，本发明提供一种横向结构的锗/硅异质结雪崩光电探测器，该雪崩光电探测器的电学结构都制备在硅上，而且只需要在欧姆接触区进行重掺杂，而锗层外延生长在未掺杂的硅平台上，实现与硅层的电学连接。

(二)技术方案

一种横向结构锗/硅异质结雪崩光电探测器，其具有双台面结构，包括：衬底、埋层氧化硅、硅台面区、硅空间区、硅接触区、电极和锗外延层；

埋层氧化硅形成于硅衬底上，

硅台面区形成于埋层氧化硅上，

硅空间区形成于硅台面区两侧的埋层氧化硅上，

硅接触区形成于硅空间区外侧的埋层氧化硅上，

锗外延层形成于硅台面区上，

电极与硅接触区欧姆接触。

上述方案中，

所述硅空间区包括第一硅空间区和第二硅空间区，第一硅空间区和第二硅空间区分别形成于硅台面区两侧的埋层氧化硅上；

所述硅接触区包括硅P+接触区和硅N+接触区，硅P+接触区形成于第一硅空间区外侧的埋层氧化硅上，硅N+接触区形成于第二硅空间区外侧的埋层氧化硅上；

所述电极包括正电极和负电极，正电极形成在硅P+接触区上，与硅P+接触区欧姆接触，负电极形成在硅N+接触区上，与硅N+接触区欧姆接触。

上述方案中，

所述第一硅空间区和第二硅空间区的高度低于硅台面区；

所述锗外延层的面积小于硅台面区；