[发明专利]一种硅基脊波导光电晶体管探测器

说明书

本发明公开了一种硅基脊波导光电晶体管探测器。该晶体管包括Si衬底、在Si衬底上制备的SiO₂ BOX层、在BOX层上依次制备的Si次集电区、Si集电区、Si_0.8Ge_0.2基区和多晶Si发射区，其中由n型Si次集电区、n型Si集电区、p型Si_0.8Ge_0.2基区和n型多晶硅发射区构成渐变耦合脊波导结构。一种硅基脊波导光电晶体管探测器的入射光，代替传统HPT光从顶端垂直入射的方式，由Si次集电区、Si集电区、Si_0.8Ge_0.2基区和多晶Si发射区构成的波导的端面侧向入射，光传输方向与载流子运动方向垂直，实现被探测光由侧边探测吸收，缓解光响应度和光电响应速度之间的矛盾，为提高光吸收效率和提高载流子传输速度提供了机会。

技术领域

本发明属于半导体光电子领域，特别涉及一种硅基脊波导光电晶体管探测器，其中入射光由Si次集电区、Si集电区、Si_0.8Ge_0.2基区和多晶Si发射区构成的波导的端面侧向入射，沿着波导方向水平传输，与电子和空穴输运方向垂直，可以分别优化光吸收效率和载流子传输速度。

背景技术

硅光子以其先进的处理技术、高集成密度、低价格、高带宽、高传输速率和抗干扰等特点得到了广泛的认可。同时，SiGe探测器具有优良的光电特性，如近红外波段高响应率和高带宽，与CMOS处理兼容等，成为近年来的研究热点。目前传统的HPT采用的是单异质结外延结构和垂直面入射结构，基区和集电区同为光吸收区，产生光生载流子，由于空穴迁移率较低，其在集电区中的缓慢输运严重限制了器件的光电响应速度。为了缩短光生载流子尤其是光生空穴从集电区漂移至发射结的渡越时间，提高器件的工作速度，需要薄的基区和集电区，而若要提高器件光吸收效率并获得高的光响应度，则需要厚的基区和集电区。因此传统台面结构的单异质结光敏晶体管器件在高效探测和高速工作的优化上会出现矛盾。

同时，采用波导型的PIN二极管探测器也在快速发展。2007年，Fidaner等获得了2.5Gb/s数据速率和17.9mA/cm²暗电流密度的波导SiGe探测器。2012年Onaran等研制出了一种波导SiGe探测器，其低暗电流为10mA/cm²，响应率值超过0.1A/W。在2014年。Chaisakul等获得了带宽为4GHz、暗电流为2.5mA/cm2的波导SiGe探测器。

发明内容

本发明的目的是针对现有HPT探测器在光响应度和光响应速度的优化之间的矛盾，提出一种硅基脊波导光电晶体管探测器。

一种硅基脊波导光电晶体管探测器,其特征在于：包括Si衬底、SiO₂ BOX层、Si次集电区、Si集电区、Si_0.8Ge_0.2基区和多晶Si发射区；其中，SiO₂ BOX层的厚度介于0.2μm到0.4μm之间，掺有磷元素的Si次集电区的掺杂浓度介于2×10¹⁸cm^-3到2×10²⁰cm^-3之间且厚度介于0.2μm到0.4μm之间，掺有磷元素的Si集电区的掺杂浓度介于7×10¹⁵cm^-3到7×10¹⁷cm^-3之间且厚度介于0.5μm到0.7μm之间，掺有硼元素的Si_0.8Ge_0.2基区的掺杂浓度介于1×10¹⁵cm^-3到1×10¹⁷cm^-3之间且厚度介于0.05μm到0.1μm之间，掺有磷元素的Si发射区的掺杂浓度介于2×10¹⁹cm^-3到2×10²¹cm^-3之间且厚度介于0.2μm到0.4μm之间。