[发明专利]光电探测器及其制造方法

说明书

一种硅基光电探测器及其制造方法。所述光电探测器包括：硅衬底(201)；掩埋氧化物层(202)，所述掩埋氧化物层在所述硅衬底上方；以及波导(203)，所述波导在所述掩埋氧化物层上方。所述波导(203)包括含硅Si区和含锗锡GeSn区(209)，这两者都位于所述波导(203)的第一掺杂区(206)与第二掺杂区(207)之间，从而形成PIN二极管。所述第一掺杂区(206)和所述第二掺杂区(207)分别连接到第一电极(210a)和第二电极(210b)，使得所述波导(203)能够作为光电探测器进行操作。

发明领域

本发明涉及一种硅基光电探测器，以及一种制造硅基光电探测器的方法。

背景技术

光电探测器在光子平台和网络的环境中无处不在。常规地，已经使用锗基硅光电探测器来作为光电探测器内的光吸收材料。然而，锗基探测器只能至多在约1.55μm的带隙波长下进行工作。然而，在超过1.55μm的波长下的硅光子应用越来越多。

此外，将光电探测器或光电二极管集成在光子电路内是方便的(这与将它们结合到该电路的一部分相反)。结合的光电二极管会引起耦合损耗，并且结合就制造而言(以及还有就该工艺的成品率而言)具有一定成本。另外，结合光电二极管对可在光子集成电路中使用的器件数量和可放置这些器件的位置施加了限制。相比之下，集成的光电探测器基本上不会引起耦合损耗，并且具有高响应度。

图1示出了使用PIN结的常规的硅光电探测器。p掺杂区和n掺杂区顺着波导脊的侧壁向上延伸，并且本征区位于所述p掺杂区与所述n掺杂区之间。由光电探测器捕获穿过结的光，并且提供信号。

发明内容

因此，在第一方面中，本发明的实施方案提供了一种硅基光电探测器，包括：

硅衬底；

掩埋氧化物层，所述掩埋氧化物层在所述硅衬底上方；以及

波导，所述波导在所述掩埋氧化物层上方；

其中所述波导包括含硅Si区和含锗锡GeSn区，这两者都位于所述波导的第一掺杂区与第二掺杂区之间，从而形成PIN二极管；

并且其中所述第一掺杂区和所述第二掺杂区分别连接到第一电极和第二电极，使得所述波导能够作为光电探测器进行操作。

这种光电探测器可集成在硅光子平台中，例如集成在光子集成电路(PIC)中，并且具有超过1.55μm的可检测波长。例如，GeSn作为材料具有在约2μm与约3μm之间的带隙波长。

所述硅基光电探测器可具有以下任选的特征中的任一者，或在它们兼容的程度上来说可具有以下任选的特征的任何组合。

所述波导可为位于第一平板部分与第二平板部分之间的肋形或脊形波导。所述第一掺杂区和所述第二掺杂区可位于所述肋形波导的相应侧壁内。所述第一掺杂区和所述第二掺杂区可分别延伸到所述第一平板部分和所述第二平板部分中。所述第一电极和所述第二电极可分别在所述第一掺杂区和所述第二掺杂区的在相应的平板部分内的部分中接触所述第一掺杂区和所述第二掺杂区。

所述光电探测器可具有至少1.3μm的操作波长。所述光电探测器可具有至少1.55μm的操作波长。所述光电探测器可具有不超过3.5μm的操作波长。

所述含锗锡区可由Ge₉₃Sn₇形成。

所述含锗锡区可由Ge₉₀Sn₁₀形成。

所述含锗锡区的在垂直于所述波导的导向方向且平行于所述衬底的表面的方向上测量的宽度可为所述波导区的在同一方向上测量的宽度的至少40%且不超过60%。

所述含锗锡区可在所述波导中定位在远离所述掩埋氧化物层的点处。