[发明专利]一种用于2微米波段的片上加热式锗光电探测器

说明书

本发明提供了一种用于2微米波段的片上加热式锗光电探测器，其包括两个电极、两个TiN加热电极、TiN加热层、N重掺杂硅层、P重掺杂硅层、锗吸收层、硅本征层、硅倍增层、P轻掺杂硅电荷层；所述N重掺杂硅层、P重掺杂硅层位于两侧且分别与两个电极连接，所述硅倍增层、P轻掺杂硅电荷层、硅本征层依次位于N重掺杂硅层、P重掺杂硅层之间，所述锗吸收层设于硅本征层的上方并相连，所述TiN加热层位于锗吸收层的上方，所述锗吸收层与TiN加热层、TiN加热电极之间通过填充物隔离。本发明的技术方案的器件，结构紧凑，响应度高，能与硅基CMOS工艺相兼容。

技术领域

本发明涉及光电探测器技术领域，尤其涉及一种用于2微米波段的片上加热式锗光电探测器。

背景技术

随着现代通信技术的不断发展，人们对于通信链路高速、高带宽、低延时的要求越来越高，对于光通信发展而言，突破由传统通信波段带来的通信容量限制至关重要。目前传统C波段波分复用的波长通道已饱和，而掺铥光纤具有1700nm-2100nm的增益谱宽，可以提供宽带光放大，而C波段的掺饵光纤不具备这么宽的增益谱，且2μm波段的光纤损耗可以做到和标准单模光纤同一水平。将通信窗口由光通信常用的C波段拓展到具有1700nm-2100nm 通信波长范围的2μm波段成为目前光通信重要的研究方向。对于目前的2μm波段硅基片上光通信器件而言，除了光电探测器，其他器件性能均能满足通信链路需要，且随着半导体制造技术的发展，基于硅基的光电子芯片得到了极大发展。

然而，对于实现2μm波段片上硅基光电探测器而言，其主要难点在于硅基片上材料对2μm波段几乎是透明的，亦即对2μm波段几乎不存在光吸收，不能实现高响应度的光探测。目前有方法利用InGaAs等 2μm波段强光吸收材料作为吸收区，再采用异质或键合集成等技术集成在硅上，严格来说，这种集成方式不能与硅基COMS (Complementary metal–oxide–semiconductor，互补金属氧化物半导体)工艺相兼容，这会大大减小集成器件的密度。我们迫切需要一种能与硅基COMS相兼容的，具有高响应度的2μm探测器。

发明内容

针对以上技术问题，本发明公开了一种用于2微米波段的片上加热式锗光电探测器，解决现有2μm通信波段片上光电探测器集成度差、响应度低的问题，器件具有结构紧凑、响应度高、能与硅基CMOS工艺相兼容、兼容常规的MPW流片工艺的优点。

对此，本发明采用的技术方案为：

一种用于2微米波段的片上加热式锗光电探测器，其采用横向PN结结构，所述用于2微米波段的片上加热式锗光电探测器包括：两个电极、两个TiN加热电极、TiN加热层、N重掺杂硅层、P重掺杂硅层、锗吸收层、硅本征层、硅倍增层、P轻掺杂硅电荷层；

所述N重掺杂硅层、P重掺杂硅层位于器件的两侧、且分别与两个电极连接，所述硅倍增层、P轻掺杂硅电荷层、硅本征层依次位于N重掺杂硅层、P重掺杂硅层之间，所述锗吸收层设于硅本征层的上方并相连，所述TiN加热层位于锗吸收层的上方，所述TiN加热层与TiN加热电极连接，所述锗吸收层与TiN加热层、TiN加热电极之间通过填充物隔离。进一步的，所述电极的材质优选为铝。

其中，光从硅本征层入射，进入锗吸收层，此时给TiN加热电极加电，可以使得TiN加热层产生热量，进而对锗吸收层加热，使得锗材料在升温过程中发生带隙缩减，从而提高锗在2μm波段光吸收；硅倍增层在N重掺杂层的内侧，使得碰撞电离率较高的电子在反偏工作时抽入倍增区进行雪崩倍增；P轻掺杂硅电荷层在硅倍增层的内侧，从而进一步增强倍增区发生雪崩效应时的电场，增强TiN加热层升温后锗吸收层产生的光生电子在倍增层发生雪崩倍增的强度，进一步提高器件响应度。