[发明专利]波导集成雪崩光电二极管

权利要求书

1.一种单片雪崩光电二极管(APD)，被配置为接收入射光，包括：

光耦合器,其能够接收所述入射光；

光反射器，其设置在所述光耦合器下方，所述光反射器能够将所述入射光的至少一部分反射到所述光耦合器；

有源区域，包括：

吸收层；

外延结构；和

一对电导体；和

光波导，其能够将由所述光耦合器接收的所述入射光引导至所述有源区域；

其中：

所述单片雪崩光电二极管被制造在绝缘体上硅(SOI)衬底上，所述绝缘体上硅衬底包括体硅衬底、设置在所述体硅衬底顶部的埋氧化(BOX)层和设置在所述埋氧化层顶部的顶部硅层；所述光波导形成在所述顶部硅层中，并且其中，所述光耦合器包括光栅；

所述吸收层能够将所述入射光转换成多个电子空穴对，所述多个电子空穴对在电场作用下向电极移动，形成光电流；所述外延结构能够通过雪崩倍增将所述光电流进一步放大；和

所述一对电导体能够传导所述光电流；

所述吸收层设置成在垂直方向上与所述外延结构相邻，

所述外延结构包括p型场控制层、n型场控制层和夹在所述p型场控制层和所述n型场控制层之间的本征倍增层，所述本征倍增层、所述p型场控制层和所述n型场控制层设置成在所述垂直方向上彼此相邻，其中所述p型场控制层的边缘区域的掺杂浓度高于所述p型场控制层的中心区域的掺杂浓度；所述n型场控制层的边缘区域的掺杂浓度低于所述n型场控制层的中心区域的掺杂浓度，并且

所述一对电导体包括分别在水平方向上延伸的p+接触层和n+接触层；

所述外延结构具有在所述垂直方向上延伸的侧壁；所述单片雪崩光电二极管还包括钝化层，该钝化层至少覆盖所述光波导的上表面和所述外延结构的侧壁；所述钝化层包括二氧化硅；

所述吸收层与所述p型场控制层之间的界面的周围设有补偿层，所述补偿层在与所述吸收层相邻的场控制层中另外接收与该场控制层的掺杂剂类型相反的掺杂剂，以补偿缺陷态，从而减小所述界面处的缺陷态的浓度。

2.根据权利要求1所述的单片雪崩光电二极管，其中，所述光反射器包括铝(Al)、铜(Cu)、铝铜(AlCu)合金或与互补金属氧化物半导体(CMOS)制造工艺兼容的其他反射材料。

3.根据权利要求1所述的单片雪崩光电二极管，其中，所述吸收层包括本征锗(Ge)、硅锗(SiGe)合金或硅锗碳(SiGeC)合金。

4.根据权利要求1所述的单片雪崩光电二极管，其中：

所述光波导具有上表面和下表面，所述上表面面向所述入射光，所述下表面与所述上表面相对，

所述光耦合器整体形成在所述光波导的上表面，

光反射器设置在所述光波导的下表面下方，

所述入射光基本上沿垂直方向到达所述光耦合器，并且

所述有源区域沿着基本上垂直于所述垂直方向的水平方向设置在所述光波导的侧面。

5.根据权利要求1所述的单片雪崩光电二极管，其中，所述吸收层在所述垂直方向上的厚度在100-700纳米的范围内，并且包括本征锗(Ge)、本征锗的载流子浓度在每立方厘米5e14-5e16的范围内。

6.根据权利要求1所述的单片雪崩光电二极管，其中，所述光反射器通过所述埋氧化层与所述光波导的下表面隔开。

7.根据权利要求1所述的单片雪崩光电二极管，其中：

所述n+接触层形成在所述顶部硅层中的被n型掺杂剂掺杂的区域中，并且设置成与所述n型场控制层相邻；

所述p+接触层包括掺杂有p型掺杂剂的非晶硅，并且设置成与所述吸收层相邻；以及

所述吸收层设置成与所述p型场控制层相邻。