CN103137776A - 谐振腔式的双mos光电探测器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种谐振腔式的双MOS光电探测器，主要解决了光电探测器响应速度低的问题。该光电探测器自上而下依次包括：上布拉格反射镜（1），上透明导体氧化物层（2），上二氧化硅层（3），硅本征层（4），下二氧化硅层（5），下透明导体氧化物层（6），下布拉格反射镜（7）。硅本征层（4）上表面的两端是掺杂浓度为1×10¹⁹~7×10¹⁹cm^-3的P型重掺杂区，下表面的两端是掺杂浓度为1×10¹⁹~7×10¹⁹cm^-3的N型重掺杂区。本发明具有高响应速度，低功耗，高量子效率的特点。可以用作光互连，光通信领域的光电探测器。

Description

谐振腔式的双MOS光电探测器

技术领域

本发明属于微电子器件技术领域，特别涉及一种谐振腔式的双MOS光电探测器，可用于光互连的接收机。

技术背景

随着超大规模集成电路集成度和工作频率的迅速提高，芯片间和芯片内的电互连线所产生的寄生效应，如寄生电容、延迟时间、信号串扰等问题变得十分显著，成为集成电路发展的巨大障碍。传统的改善方法，如使用低电阻的金属以及使用低介电常数的材料，已经达到了它的物理极限。作为一种新的互连方法，光互连已经被研究了至少有16年。而高响应速度，高量子效率的光电探测器在光互连系统中有着非常重要的作用。最近几年，研究人员对于探测器的结构研究主要集中在具有异质结材料的PIN和APD，以及谐振腔的结构上。目前对于光电探测器的研究重点还是集中在提高光电探测器的响应速度和响应度上。因为传统结构的光探测器会由于存在慢光生载流子的扩散运动，因而限制了光电探测器响应速度的提高。

发明内容

本发明的目的在于提出一种谐振腔式的双MOS光电探测器，以解决上述已有技术的不足，提高光电探测器的响应速度。

为实现上述目的，本发明自上而下依次包括上布拉格反射镜1，上透明导体氧化物层2，上二氧化硅层3，硅本征层4，下二氧化硅层5，下透明导体氧化物层6和下布拉格反射镜7，该硅本征层4的上表面的两端是掺杂浓度为1×10¹⁹~7×10¹⁹cm^-3的P型重掺杂区，下表面两端是掺杂浓度为1×10¹⁹~7×10¹⁹cm^-3的N型重掺杂区；

所述的上透明导体氧化物层2、上二氧化硅层3、硅本征层4和P型重掺杂区组成PMOS结构；

所述的下透明导体氧化物层6、下二氧化硅层5、硅本征层4和N型重掺杂区组成NMOS结构；

所述的上布拉格反射镜1与所述的下布拉格反射镜7组成谐振腔。

上述谐振腔式的双MOS光电探测器，其特征在于：所述的上透明导体氧化物层2是镀在上二氧化硅层3上表面的一层膜，该上二氧化硅层3的厚度为0~1μm。

上述的谐振腔式的双MOS光电探测器，其特征在于：所述硅本征层4的厚度为1~2μm。

上述谐振腔式的双MOS光电探测器，其特征在于：所述下透明导体氧化物层6是镀在下二氧化硅层5表面的一层膜，该二氧化硅层5的厚度为0~1μm。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

（1）本发明提出的器件结构适用于光互连系统里的光电探测器，因为在施加足够大的反偏电压时，本征区会被完全耗尽，所以入射光产生的光生载流子不会有扩散运动，从而减小了载流子的渡越时间，提高了响应速度。

（2）本发明提出的器件引入了谐振腔结构，所以光的吸收率比传统的光探测器提高了很多，因此本征层的厚度可以制作的很薄，从而使得载流子的渡越时间进一步降低，响应速度进一步提高。此外，该光电探测器件可以获得较高的量子效率。

（3）本发明提出的器件采用了类似于MOS的结构，静态功耗为零，因此减小了器件的功耗。

以下参照附图和实施例对本发明做进一步详细描述。

附图说明

图1是本发明光电探测器的结构图。

具体实施方式

参照图1，本发明给出如下三种实施例：

实施例1

本发明的光电探测器包括：上布拉格反射镜1、上透明导体氧化物层2、上二氧化硅层3、硅本征层4、下二氧化硅层5、下透明的导体氧化物层6和下布拉格反射镜7。其中：硅本征层的上表面的两端是掺杂浓度为2×10¹⁹cm^-3的P型重掺杂区，下表面两端是掺杂浓度为5×10¹⁹cm^-3的N型重掺杂区。硅本征层4的厚度为1μm，在硅本征层4的上表面生长厚度为0.1μm的上二氧化硅层3，上二氧化硅层3的上表面淀积上透明导体氧化物层2，该上透明导体氧化物层2、上二氧化硅层3、硅本征层4和P型重掺杂区，组成PMOS结构。硅本征层4的下表面生长厚度为0.1μm的下二氧化硅层5，下二氧化硅层5的下表面淀积下透明导体氧化物层6，该下透明导体氧化物层6、下二氧化硅层5、硅本征层4和N型重掺杂区，组成NMOS结构。上透明导体氧化物层2的上表面生长上布拉格反射镜1，下透明导体氧化物层6的下表面生长下布拉格反射镜7，该上布拉格反射镜1与所述的下布拉格反射镜7组成谐振腔，用于增加光吸收率，从而提高量子效率。

P型重掺杂区的上表面淀积金属，形成欧姆接触，引出电极；N型重掺杂区的下表面淀积金属，形成欧姆接触，引出电极。

实施例2

本发明的光电探测器包括：上布拉格反射镜1、上透明导体氧化物层2、上二氧化硅层3、硅本征层4、下二氧化硅层5、下透明导体氧化物层6和下布拉格反射镜7。

所述硅本征层4的厚度为1.5μm，其上表面的两端是掺杂浓度为5×10¹⁹cm^-3的P型重掺杂区，其下表面的两端是掺杂浓度为2×10¹⁹cm^-3的N型重掺杂区，P型重掺杂区的上表面淀积金属，形成欧姆接触，引出电极；N型重掺杂区的下表面淀积金属，形成欧姆接触，引出电极。

所述的上二氧化硅层3，其厚度为0.5μm，生长在硅本征区4的上表面。

所述的上透明导体氧化层2是淀积在上二氧化硅层3的上表面的一层薄膜，该薄膜2的上面生长上布拉格反射镜1。

所述的下二氧化硅层5，生长在硅本征层4的下表面，其厚度为1μm。

所述的下透明导体氧化层6是淀积在下二氧化硅层5的下表面的一层薄膜，该薄膜6的下面生长下布拉格反射镜7。

所述的上布拉格反射镜1与下布拉格反射镜7构成谐振腔，以增加光吸收率，从而提高量子效率。

所述的上透明导体氧化物层2、上二氧化硅层3、硅本征层4和P型重掺杂区组成PMOS结构；

所述的下透明导体氧化物层6、下二氧化硅层5、硅本征层4和N型重掺杂区组成NMOS结构。

实施例3

本发明的光电探测器结构与实施例1相同，其参数分别如下：

硅本征层4的厚度为2μm，硅本征层4的上表面两端的P型重掺杂浓度为6×10¹⁹cm^-3，硅本征层4的下表面两端的N型重掺杂浓度为6×10¹⁹cm^-3；

上二氧化硅层3的厚度为1μm；

下二氧化硅层5的厚度为1μm；

上述实施例不构成对本发明的任何限制，特别是上二氧化硅层3和下二氧化硅层5的厚度与本征层4的厚度可根据实际需要的器件尺寸来确定。

本发明的工作原理如下：在工作时，对上透明导体氧化物层2施加正电压，下透明导体氧化物层6施加负电压，在上二氧化硅层3与硅本征层4的界面和下二氧化硅层5与硅本征层4的界面就会产生反型层，该反型层会将硅本征层4完全耗尽，相应地会在硅本征层4内形成电场，该电场类似于PN结的空间电荷区。入射光会在上布拉格反射镜1和下布拉格反射镜7组成的谐振腔内来回反射，并不断地被本征区4吸收。在本征区4吸收的入射光子后会产生电子—空穴对，在硅本征层4形成的电场会将该电子—空穴对分离，分别扫到本征层4上下两个表面，并在表面积累，最后形成光电流从N⁺和P⁺端的电极流出。

Claims (4)

1.一种谐振腔式的双MOS光电探测器，其特征在于自上而下依次包括上布拉格反射镜（1），上透明导体氧化物层（2），上二氧化硅层（3），硅本征层（4），下二氧化硅层（5），下透明导体氧化物层（6）和下布拉格反射镜（7），该硅本征层(4)的上表面的两端是掺杂浓度为1×10¹⁹~7×10¹⁹cm^-3的P型重掺杂区，下表面两端是掺杂浓度为1×10¹⁹~7×10¹⁹cm^-3的N型重掺杂区；

所述的上透明导体氧化物层（2）、上二氧化硅层（3）、硅本征层（4）和P型重掺杂区组成PMOS结构；

所述的下透明导体氧化物层（6）、下二氧化硅层（5）、硅本征层（4）和N型重掺杂区组成NMOS结构；

所述的上布拉格反射镜（1）与所述的下布拉格反射镜（7）组成谐振腔。

2.根据权利要求1所述的谐振腔式的双MOS光电探测器，其特征在于：所述的上透明导体氧化物层（2）是镀在上二氧化硅层（3）上表面的一层膜，该上二氧化硅层（3）的厚度为0~1μm。

3.根据权利要求1所述的谐振腔式的双MOS光电探测器，其特征在于：所述硅本征层（4）的厚度为1~2μm。

4.根据权利要求1所述的谐振腔式的双MOS光电探测器，其特征在于：所述下透明导体氧化物层（6）是镀在下二氧化硅层（5）表面的一层膜，该二氧化硅层（5）的厚度为0~1μm。

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