[发明专利]硅红外增强倏逝波耦合雪崩光电探测器及其制作方法

说明书

本发明提供一种硅红外增强倏逝波耦合雪崩光电探测器及制备方法，该探测器包括：SOI晶片；脊形单模传输波导；吸收层，具有缺陷能级，外延形成于单模传输波导上；波导与吸收层之间通过倏逝波进行光的耦合；倍增层，形成于吸收层中；P型电极接触层，形成于倍增层中；N型电极接触层，形成于吸收层的除倍增层以外的区域中；P型和N型电极，形成于P型和N型电极接触层上。本发明利用离子注入在吸收层硅上形成缺陷能级，可提高其在红外2‑3μm波段的吸收；利用倏逝波耦合方式，解决响应速度和量子效率之间的矛盾；利用缺陷硅及其垂直的雪崩探测器结构，提高器件的量子效率；易于与硅基CMOS器件集成，可促进硅探测器在红外波段的应用。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及硅红外增强倏逝波耦合雪崩光电探测器及其制作方法。

背景技术

随着信息产业的发展，全球基础通信数据量以惊人速率飞速上升。为了解决信息容量紧张问题，信息的载体-光波长开始向中红外波段拓展，目前已经出现中红外波段的激光器和探测器。另外随着数据信息的海量增加，对数据传输的速度、能耗等各方面提出了挑战，目前各国大多采用单片集成芯片来实现海量数据信息传输。硅基光电集成芯片集中了硅基微电子先进成熟的工艺技术、高密度集成、成本低以及光子极高的传输速率、高抗干扰性和低功耗的优势，不仅在现代通信技术中越来越占重要比重，而且在中红外波段，其在许多领域如工业/军事成像、光谱探测和环境监测、医学诊断分析等具有潜在的应用优势。

虽然硅基光电子学在中红外窗口的应用前景十分乐观，但其发展过程中存在的挑战也不容忽视。

目前首要的限制就是缺乏真正意义上的集成，大多数的集成系统都是基于分立元件的组装而不是一系列元件的“无缝”集成。另外，对于硅基探测器，因为其禁带宽度为1.12eV，只能吸收1100nm以下的光。

发明人在实现本发明的过程中发现，现有技术中还至少存在以下几方面的问题，即工作于2-3μm波段的硅基光电探测器的响应度偏低；由于器件结构的限制，响应度和响应速率之间互相牵制，不能工作于高速系统。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供了一种硅红外增强倏逝波耦合雪崩光电探测器，以期至少部分地解决上述提及的技术问题之一。

本发明的一个方面提供了一种硅红外增强倏逝波耦合雪崩光电探测器，包括：

SOI晶片，包括硅衬底、氧化硅和顶层硅；

单模传输波导，呈脊形；其中，上述单模传输波导通过刻蚀上述顶层硅形成；

吸收层，外延形成于上述单模传输波导上；其中，上述吸收层具有缺陷能级；上述单模传输波导与上述吸收层之间通过倏逝波的方式进行光的耦合；

倍增层，形成于上述吸收层中；

P型电极接触层，形成于上述倍增层中；

N型电极接触层，形成于上述倍增层两侧的上述吸收层上，且上述N型电极接触层与上述倍增层不直接接触；

P型电极，形成于上述P型电极接触层上；

N型电极，形成于上述N型电极接触层上。

根据本发明的实施例，上述硅红外增强倏逝波耦合雪崩光电探测器还包括：绝缘膜，形成于上述单模传输波导两侧，以及形成于上述吸收层的裸露表面。

根据本发明的实施例，上述吸收层的厚度包括2μm～10μm，宽度包括3μm～5μm，长度包括10μm～12μm；

上述单模传输波导的宽度包括2μm～4μm；

上述吸收层的外延浓度包括本征值。

根据本发明的实施例，上述吸收层包括缺陷能级的N型区；