CN104303315B - 包括能独立控制的吸收区电场和倍增区电场的器件 - Google Patents

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Abstract

一种器件包括第一区、倍增区、第二区和吸收区。第一区与第一端子关联，并且第二区与第二端子关联。第一区通过倍增区与第二区间隔开。吸收区被设置在倍增区上并与第三端子关联。基于第一端子、第二端子和第三端子，倍增区电场相对于吸收区电场能独立控制。

Description

包括能独立控制的吸收区电场和倍增区电场的器件
背景技术
光电探测器件可以使用基于高掺杂且高工作电场和电压的复杂架构。电荷区可以形成垂直布置的串联过渡层结构的一部分，该结构使用非常高的击穿电压，这导致了高工作电压的使用。此外，串联结构的各个层与被非常精确地限定和控制相关联，这导致需要特别的掺杂或其他技术以获得可行的结构。
雪崩光电二极管是高度灵敏的光电探测器，其通过雪崩倍增具有内部增益。传统上，雪崩光电二极管被用于长距离光通信；对于给定的数据传输速率，它们可以提供比例如PIN二极管好10倍的灵敏度。APD可以使用正常入射光并可以使用波导结构来耦合入射光。对于诸如Ge或量子点等的具有较低吸收效率的材料，可能需要长吸收长度/尺寸来提供足够的量子效率。作为长的长度/大尺寸的结果，传统的APD体积可能庞大，并且具有高暗电流、低量子效率和低带宽。此外，对于片上光互连应用来说，大的器件尺寸和高功耗可能是特别不利的。此外，传统APD可以使用分离的吸收电荷倍增(SACM)设计，由于每个区域的串联布置，SACM设计可能导致高击穿电压(对于GeSi APD，通常>25V)。
附图说明
图1是根据示例的包括倍增区的器件的侧视框图。
图2是根据示例的包括倍增区的器件的侧视框图。
图3是根据示例的环形器件的俯视框图。
图4是根据示例的包括倍增区的器件的侧视框图。
图5A是示出根据示例的掺杂浓度的器件的侧视框图。
图5B是根据示例的暗电流作为N-Si电极上的偏压的函数的图表。
图5C-5F是示出根据示例的电场强度作为N-Si上的偏压的函数的器件侧视框图。
图6是根据示例的基于对光电二极管的偏置的流程图。
具体实施方式
这里描述的诸如用于探测光的雪崩光电二极管(APD)的示例器件，可以针对低击穿电压利用三个端子，并且利用谐振增强(例如，基于微环)以有效增加光吸收路径同时维持小尺寸，以实现高量子效率、低暗电流、低击穿电压和低功耗。在不使用现有的诸如分离的吸收电荷倍增(SACM)设计的APD结构的情况下，并且在不需要关联的高驱动电压(例如，对于SACM锗硅(GeSi)器件大于25伏特)和关联的复杂制造过程(诸如精确的电荷层掺杂控制)的情况下，可以获得益处。这里描述的示例器件可以具有小形状因子、低功耗(例如，大约5-12伏特的工作电压)、低成本，并且可以被用于光电平台上的片上光互连以及其他高带宽、小串音和低功耗的应用。此外，示例器件可以基于互补金属氧化物半导体(CMOS)制造技术而制造，并且与其可兼容。
图1是根据示例的包括倍增区130的器件100的侧视框图。器件100进一步包括与第一端子112关联的第一区110，以及与第二端子112关联且通过倍增区130与第一区110间隔开的第二区120。吸收区132被设置在倍增区130上，并且与第三端子134关联。倍增区电场140与倍增区130关联，并且吸收区电场142与吸收区132关联。
器件100可以基于吸收光并产生电信号来探测光。吸收区132用于吸收光子并产生电载流子，并且倍增区130用于使产生的载流子雪崩倍增，并且将载流子扫到第一区110和/或第二区120。器件100可以使用第一端子112、第二端子122和第三端子134，例如通过独立控制吸收区电场142和倍增区电场140，来影响载流子的产生和/或倍增。
吸收区电场142可以独立于倍增区电场140被控制，以将载流子从吸收区132移动至倍增区130。倍增区电场140可以被调节为超过载流子的碰撞电离阈值，这可以导致倍增区130中的雪崩倍增，同时维持低于击穿电压水平。吸收区电场142的强度可以低于倍增区电场140的强度。因此，器件100示出两个并行可控的电场，使得能够基于通过第一端子112、第二端子122和第三端子134的驱动电压，实现吸收区132和倍增区130的独立且分离控制。吸收区电场142可以很低，以将光生电载流子驱动到倍增区130。倍增区电场140可以在第一区110和第二区120之间横向延伸，以分离载流子和/或触发雪崩倍增来探测电流。
可以基于端子针对吸收区132和倍增区130实现能独立控制的电场，而不需要在一区域内的多个分离的掺杂层。因此，不像基于SACM的设计，区域不需要使用被精确控制的掺杂来修改以创建电荷层。器件100可以针对倍增区基于诸如硅的材料，并且针对吸收区基于诸如锗的材料，而不需要例如精心生长与区域关联的多层Ⅲ-V族结构。硅提供诸如与SiCMOS工艺兼容的好处，以及其低于其他Ⅲ-V族材料的碰撞电离系数(k值)(例如，Si是0.02，而InGaAlAs是0.2)。
此外，在本申请提供的示例中，载流子不需要穿过势垒行进到倍增区130。比较而言，对于现有的低偏压的SACM APD，电场可以基于偏压而建立在倍增区中。然后，根据表达式dQ＝CdV(其中dQ是电荷的改变，C是电容，并且dV是电压的改变)，偏压的大部分落在电荷层上以补偿在可用区域中掺杂的电荷。因此，SACM APD中，在平衡电荷层之后，倍增区电场可以开始渗入吸收区。在SACM APD的吸收区中没有电场时，光生载流子不会行进到倍增区以供收集。因此，SACM APD需要非常高的电压来工作。例如，对于GeSi APD来说，使用这个方案的高工作电压可以是25-30V。
因此，例如，与SACM APD相比，在本申请的示例中可以实现以非常低的工作电压和/或击穿电压(例如，近似10伏特)工作。此外，击穿电压可以依赖于第一区110和第二区120之间的距离。例如，通过将第一区110和第二区120之间的距离缩减到几百纳米，增益倍增可以通过仅施加几伏特而发生。因此，可以实现小尺寸、高量子效率、低暗电流、低击穿电压和低功耗的适合片上光互连应用的器件。
器件100可以利用谐振增强来有效增大与吸收区132关联的光吸收路径，同时保持器件尺寸很小(在几微米之内)。例如，器件100可以包括基于微环谐振腔的吸收区132和/或其他区域/特征。其他几何形状和/或类型的谐振腔也是可能的，例如基于法布里-珀罗反射器和其他技术的非环形和/或直线形谐振器。
第一区110、第二区120、倍增区130、和其他区域/元件可以通过使用适当的材料对硅衬底进行掺杂例如选择性掺杂来形成。在示例中，第一区110可以被指定为p掺杂，并且第二区120可以被指定为n掺杂，然而p掺杂和n掺杂区可以互换或以其他方式形成。
器件100可以由各种材料形成，诸如硅(Si)、锗(Ge)、SiGe、各种氧化物和其他材料(例如，用于端子的金属)。在示例中，倍增区130可以是Si，并且吸收区132可以是Ge或SiGe。比起Ge，SiGe可以提供较低的吸收系数但较高的质量因子(Q)，并且与倍增区130中的Si产生较少的晶格失配，这可以减小Si/SiGe界面处的光损耗。因此，具有较低吸收系数的吸收区132可以使倍增区130能够比吸收区132更容易地耦合可用光(例如，来自波导)，由此避免对倍增区130到波导等的耦合产生负面效应。其他低碰撞电离系数(低K)的材料也可以被使用，诸如磷酸铝。
第一端子112、第二端子122和第三端子134可以由多种接触材料制成，诸如铝和/或铜。高掺杂部(未示出)可以被形成在第一区110、第二区120和/或吸收区132中/上，以制作更好的与材料的欧姆接触。在替代例中，端子可以具有各种可替代的几何形状和附着位置，以适应于制造考虑、以改变电场特性、以更有效地收集产生的电荷，以及其他原因。
图2是根据示例的包括倍增区230的器件200的侧视框图。器件200包括衬底204。第一区210基于第一区接触214和通孔213与第一端子212关联。第二区220类似地基于第二区接触224和通孔223与第二端子222关联。端子被示为铜(Cu)，并且可以是其他金属和/或材料。倍增区230包括第一部分236和第二部分238。吸收区232被设置在倍增区230的第二部分238上，并且基于通孔235与第三端子234关联(未示出的吸收区接触也可以与吸收区232关联)。第一区接触214和第二区接触224可以是第一区210和第二区220的较高掺杂部，并且通孔213、223和235可以是钨(W)或其他金属。
衬底204被示为包括掩埋氧化物(BOX)层208的绝缘体上硅(SOI)衬底，并且可以基于其他类型的半导体材料。第一区210、倍增区230的第一部分236和第二区220可以被形成在衬底204中，例如基于离子注入或其他技术。第一区210、倍增区230和第二区220可以基于P型材料、本征半导体材料和N型材料形成结，例如PIN结206。本征半导体材料可以由诸如硅或其他半导体的下层衬底材料形成，和/或可以由近本征低掺杂材料形成，其中近本征低掺杂材料可以由高电阻p层、高电阻n层或其他材料近似。第一区210、倍增区230的第一部分236和第二区220可以延伸到衬底204中各种深度，包括延伸至BOX层208。在示例中，第一区厚度254和第二区厚度256以及倍增区230的第一部分236的厚度可以大约为250nm。在示例中，第一区210可以基于大约400-600nm的间隔距离250与第二区220间隔开。然而，在替代例中，这里具体提及的所有厚度/距离可以被缩放和/或调节。
倍增区230的第二部分238被设置在倍增区230的第一部分236上。在示例中，第二部分238可以具有大约50-100nm的厚度。因此，在示例中，倍增区230的有效厚度可以大约为300-350nm。在示例中，吸收区232被设置在第二部分238上，并且可以具有大约100nm的吸收区厚度252。器件200还可以包括设置在衬底204、倍增区230和吸收区232上的氧化物209，诸如二氧化硅(SiO2)。氧化物209可以提供支撑和隔离功能，例如基于氧化物厚度258来对付第一端子212、第二端子222、第三端子234和衬底204之间的电容。器件200的各个部分可以相对于倍增区230的与第一区210和/或第二区220有重叠274的第一部分236而设置。例如，倍增区的第二部分238的一部分可以重叠到间隔距离250之外，同时一部分可以不重叠(例如，基于具有较窄和较宽部分的台阶式几何形状)。
各个区域的几何形状可以改变。吸收区232和倍增区230的第二部分238可以被改变以实现低暗电流和/或低电容。第二部分238可以包括所示的台阶形状，以使第二部分238比吸收区232横向延伸更远。例如，与其他区域相比，吸收区232可以具有较小面积和厚度。第一区210和/或第二区220的几何形状可以被改变，包括减小区域之间的间隔距离250以实现低雪崩击穿电压。倍增区230的形状可以基于各个区域的折射率而改变。例如，由Ge制成的吸收区232的折射率可以高于由Si制成的倍增区230，这潜在地影响区域中的模限制，使得台阶形状减小Ge吸收区232中的模/半模限制。其他区域几何形状可以被调节，以解决在给定区域中怎样限制模的问题。
几何形状还可以被调节为减小工作电压。倍增区230的台阶形状可以实现和/或影响与倍增区230关联的模限制。间隔距离250可以被选择以控制击穿电压，诸如以防止隧道击穿并促进雪崩倍增。吸收区232和第一/第二区210、220之间的距离可以被选择为避免高电场渗入吸收区232，以避免吸收区232中的碰撞电离和/或雪崩倍增。
诸如台阶形状的几何形状可以改变区域的有效折射率以增强模耦合，诸如增强具有不同折射率的Si和Ge(或其他材料)中的模耦合，并且基于几何形状促进在基于本征材料不太可能耦合的材料中的光耦合。其他模耦合形状和材料也是可能的，包括倍增区230的折射率比吸收区232高的材料。吸收区232可以被构建有避免耦合到波导的几何形状，并且可以具有有效地使吸收区232位于距离波导更远的位置(例如，吸收区232的横向延伸小于倍增区230)的几何形状(与倍增区230的几何形状相结合)。区域几何形状可以提供其他功能，诸如倍增层230的台阶结构通过将波导与通孔235物理间隔来防止波导的光场与通孔235重叠。除了台阶结构之外，斜坡、曲线、斜面或其他几何形状也可以被使用以提供各种好处。在替代例中，各区域可以被省略。例如，倍增区230的第二部分238可以被省略，以使吸收区232被设置在倍增区230的第一部分236上。
除了示出的Cu和W之外，通孔和端子可以是包括铝的各种金属。通孔和端子的几何形状可以被改变，包括改变宽度和数目。在示出的示例中，通孔213和通孔223被示出为具有多个子通孔结构(例如双电极)，然而通孔235被示出为具有单电极结构。任何区域/部件的变形是可能的，并且可以基于工艺/制造的关注而改变。
第一区接触214和第二区接触224可以具有大于第一区210和第二区220的注入浓度，例如每立方厘米1020个离子或者更高的浓度，或者与通孔213、223进行欧姆接触的其他浓度。尽管未在图2中具体示出，吸收区232可以包括较高掺杂的区域，例如与通孔235进行欧姆接触的吸收区接触。
各区域可以使用光刻技术构建在硅衬底204上，并且如例如图2所示，被氧化物209或其他结构性材料包围以提供对区域的机械支撑。氧化硅可以作为使各区域电绝缘的电介质。此外，与其他区域相比具有不同折射率的多种成分可以被用作电介质，诸如硅的不同氧化物。在示例中，各区域可以是被氧化物209光隔离的谐振器(例如，微环)。
多种制造方法可以被用于制造器件200。BOX 208层可以被注入在衬底204中，或者被注入在体硅SOI晶片的Si区域中。第一区210可以基于N+离子注入而添加，并且第二区210可以基于P+离子注入而添加。第二区接触224可以基于N++离子注入而添加，并且第一区接触214可以基于P++离子注入而添加。倍增区230的第二部分238可以被设置在第一部分236上，例如，基于Si的100nm的选择性外延生长(SEG)。吸收层232可以被设置在倍增区230上，例如，基于Ge或SiGe的100nm的SEG。氧化物209可以被添加，并且非晶硅/场氧化物开口过程可以被执行以暴露吸收层232。然后，吸收区接触(图2中未示出)可以基于P++离子注入而注入在吸收层232中。最后，线处理的后端可以被执行，包括金属沉积以形成通孔213、235、223以及端子212、234和222。
在形成由倍增区230和吸收区232组成的谐振腔(例如，微环)之前，第一区210和第二区220可以以与谐振腔互补的形状(例如，同心环，一个环具有小于谐振腔的直径，而一个环具有大于谐振腔的直径)被注入。替代几何形状可以被用于各区域，包括其他谐振腔结构，诸如跑道形谐振器和分布式反馈反射器结构，并且替代制造技术可以被用于示例器件。
在工作期间，吸收区232可以吸收光子260以产生电载流子(空穴262和电子264)。载流子基于吸收区电场(图2中未示出)从吸收区232扫出，通过倍增区230，基于倍增区电场(图2中未示出)触发雪崩倍增，以产生即将由第一区210和第二区220收集的附加载流子。器件200可以基于第一端子212、第二端子222和/或第三端子234被偏置为将载流子传输至倍增区。器件200还可基于第一端子212、第二端子222和/或第三端子234被偏置为使得高电场在倍增区230中引起雪崩倍增增益。
器件200使用低功率预算并利用高质量因子Q和谐振效应来建立谐振腔中的强度(例如，基于微环结构)，因此具有高量子效率，伴随着增加的光电流。由于例如与第一区210和第二区220之间缺少重叠相关联的低RC常数以及与间隔距离250相关的减少的载流子行程，器件200还可以以高带宽工作。
图3是根据示例的包括环形器件300的俯视框图。器件300包括波导302(例如硅或其他导光材料)以及环形(例如，微环)谐振腔，然而其他类型和/或形状可以被用于谐振(例如，基于法布里-珀罗谐振器，分布式布拉格反射器(DBR)和其他谐振元件的谐振腔)。器件300还包括第一区310、第一区接触314、倍增区330、吸收区332、第二区320和第二区接触324。器件300与光吸收路径370关联。为了使示出部件具有更好的可视性，附加元件没有示出。例如，为了更好地揭露否则可能被端子掩盖的下面的元件，器件300被示出为没有端子和其他元件。在一个示例中，微环的直径在五和十微米之间，并且竖直高度大约为200纳米。这种小几何形状尺寸导致低电容，并且相应地导致用于光互连和其他应用的高速性能。
在工作期间，光可以从波导302精密地耦合到谐振腔内(例如，吸收区332内)。谐振增强可以在与谐振腔和/或光波长关联的谐振波长处形成。在吸收区332，光可以被吸收，以产生电载流子。吸收可以沿着光吸收路径370而发生，光吸收路径370可以是曲线，例如在光围绕微环行进时。因此，谐振器结构提高量子效率。波导内的光能量可以包括单个频率或光频率的组合，例如基于从大约1.1至2微米的波长。
波导302可以接收功率，并且功率可以被耦合入谐振腔。从波导302耦合的功率可以基于被谐振腔内部耗散(例如，被吸收区332吸收)的功率。在波导302中的所有光被耦合入谐振腔(例如，功率输出为0，理想状态)时，发生精密耦合。波导和谐振腔之间的耦合可以基于波导302的边缘和谐振腔的边缘(例如微环的周界，或者倍增区330的边缘)之间的间隔而控制。谐振腔和波导之间的关系的其他几何形状可以提供用于能量传递的耦合，例如竖直偏移/重叠。吸收区332和倍增区330可以具有增强耦合的几何形状。例如，吸收区332可以比倍增区330窄，以使倍增区330可以向波导302延伸地比吸收区332远。倍增区330可以向外延伸以防止器件300的其他部分接触或逼近波导302从而与倍增区330发生耦合。
在示出的器件300的以微环为基础的APD设计中，光谐振波长的光可以沿着倍增区330的圆形路径多次往返行进。因此，光吸收路径370的有效长度可以超过器件300的线性尺寸(例如路径可以比器件300的长度、宽度和/或高度长)。谐振腔增强的光吸收路径370使得能够针对器件300的给定脚位(footprint)而产生更多的光载流子，同时器件300的暗电流保持很低，因为暗电流不是基于弯曲的多次往返光吸收路径370的增加的有效长度，而是基于吸收区332的基础几何形状/面积。因此，可以实现高量子效率和低暗电流。此外，与吸收依赖于诸如材料的高吸收长度/宽度/深度和高吸收系数的线性几何形状尺寸的其他设计相比，光吸收路径370的增加的有效长度实现了针对较低吸收系数材料具有宽松容差的薄吸收区332。器件300基于微环或其他谐振增强结构的吸收更多地依赖于微环的耦合系数和质量因子(Q)，实现了具有较低吸收系数和高Q的材料的薄吸收区332。吸收区332的厚度可以被选择为避免太快地吸收耦合的光，以使光能够具有多次往返并避免被吸收太快。例如，大约100nm的吸收区厚度可以提供有益的结果，然而几何形状/尺寸可以被调节。
示例器件可以被用于涉及例如不同波长的多个通道的波分复用(WDM)应用。如果不同波长的光被包含在波导中，则每个波长可以被独立调制，而不会影响其他波长。器件300可以是波长选择性的，以影响特定波长或波长范围。例如，谐振腔可以使光能量在特定谐振波长或波长范围产生谐振。吸收区332可以选择性地对特定波长的光更敏感。因此，多个器件300可以与波导302关联，以利用期望的波长。器件300还可以提供衰减滤波功能，以过滤例如要在探测器处接收的特定波长，而不需要专用的/分离的滤波部件。使用足够高的Q，器件300可以覆盖针对衰减滤波功能的窄带宽。因此，器件300可以将光电探测器功能和衰减滤波功能合并为一个器件300。与特定波长的光选择性相互作用使器件300能够具有较低噪声特性，并且更能抵抗来自其他光频率的干扰。基于设计和实施方式(例如区域几何形状等)，器件300的波长选择性可以被改变并选择。还可以基于施加至器件300的电调谐来调节谐振波长(例如电调谐的谐振腔)。
图3中示出的示例微环APD可以建立在SOI衬底上。第一区310和第二区320可以作为同心环注入到衬底中。Si缓冲层和Ge吸收层的覆盖生长被添加，以覆盖衬底的表面。随后，通过蚀刻工艺在覆盖层中限定微环，以形成环形倍增区330和环形吸收区332。如图3所示，倍增区330和吸收区332的微环形状可以被形成为与第一区310和第二区320之间的间隔距离重叠。然后，电接触(第一区接触314、第二区接触324和吸收区接触(图3中未示出)被限定在Ge吸收层332以及Si p型和n型的第一区310和第二区320的顶面上。硅缓冲层(例如，倍增区330的第二部分)用于减小吸收区332和波导之间的光泄露路径，并且被生长在衬底顶面上。硅缓冲层可以被省略，以使吸收层被直接生长在衬底上。
图4是根据示例的包括倍增区430的器件400的侧视框图。器件400也包括衬底404、BOX 408、硅405、第一区410、第二区420、吸收区432、P+吸收区433、第一端子412、第二端子422、第三端子434和氧化物409。器件400还可以包括电荷层431，并且在替代例中可以省略电荷层431。倍增区430与倍增区电场440关联，并且吸收区432与吸收区电场442关联。
电荷层431可以被注入在吸收区432和倍增区430之间，以限制倍增区430的Si内的倍增区电场440的高电场。因此，电荷层431用于禁止倍增区电场440进入吸收区432，由此避免具有较高碰撞电离系数(K值)的吸收区432材料中的碰撞电离，以由此实现在较高带宽较低噪声下工作的高速APD设计。不像SACM结构器件的基于严格且特定的层结构的电荷层，电荷层431与宽松的制造技术关联，并且容易地注入到Si 405中。
图5A是示出根据示例的掺杂浓度的器件500A的侧视框图。器件500A包括BOX508A、硅505A、第一区510A、第二区520A、吸收区532A、P+吸收区533A、端子512A和氧化物509A。
基于各个区域的着色，各个示例掺杂浓度是可视的。例如，掺杂浓度大约如下：Si区505A～1.0E+15cm-3p型、第一区510A～1.0E+19cm-3p型、第二区520A～1.0E+19cm-3n型、吸收区532A～本征掺杂浓度(大约1.0E+15cm-3)、以及P+吸收区533A～1.0E+19cm-3p型。在替代例中，掺杂浓度以及各个几何形状可以被改变/调节。
图5B是根据示例的暗电流582B作为N-Si电极上的偏压580B的函数的图表500B。已知N-Si电极也作为图5A中示出的第二区520A。在图表500B中，第二区520A上的电压从0改变至6伏特，同时基于端子512A，第一区510A和吸收区532A上的电压被保持为零。如图表500B所示，当在击穿之前第二区520A上的偏压从0V上升至大约3V时，总暗电流保持很低(～3E-15A)。在大约3V及以上处，总暗电流快速上升(例如，接近于4V附近及以上的击穿电压)。因此，期望电极(例如，第一区510A、第二区520A和/或其他区域)上偏压相对低，以避免暗电流。这里描述的各个示例使得能够使用低工作电压，导致低的暗电流。
图5C-5F是示出根据示例的电场强度作为N-Si上的偏压580C-580F的函数的器件的侧视框图。场被示出为范围从P+吸收区上方氧化物处的低值(例如，9.3E-09)至第一区和第二区之间的区域处的高值(例如，1.3E+06)。通过将VpGe和VpSi固定在0V，并且将VnSi(580C、580D、580E和580F)从0V扫至3V(即，在图5C、5D和5E中的击穿之前)并再次至4V(接近于图5F中的击穿)，电场的演变在图5C-5F中示出。
图6是根据示例的基于对光电二极管的偏置的流程图600。在框610中，基于第一端子，光电二极管的第一区被偏置。在框620，基于第二端子，光电二极管的第二区被偏置，其中第二区通过倍增区与第一区间隔开。在框630，基于第三端子，光电二极管的被设置在倍增区上的吸收区被偏置；其中基于对第一端子和/或第二端子的偏置，倍增区电场相对于吸收区电场能独立控制。在框640中，基于耦合来自波导的光，在吸收区产生载流子。在框650，第一端子、第二端子和第三端子被偏置，以将产生的载流子以低于碰撞电离阈值的能级从吸收区传输至倍增区。

Claims (14)

1.一种包括倍增区的器件，包括：
与第一端子关联的第一区；
与第二端子关联并通过所述倍增区与所述第一区间隔开的第二区，其中所述倍增区包括第一部分和位于所述第一部分上的第二部分，并且所述第二部分具有台阶式几何形状；以及
设置在所述倍增区的第二部分上并与第三端子关联的吸收区；
其中基于所述第一端子、所述第二端子和所述第三端子，倍增区电场相对于吸收区电场能独立控制。
2.根据权利要求1所述的器件，其中所述倍增区和所述吸收区被成形为谐振腔，以提供谐振增强和沿所述谐振腔的具有比所述器件的线性尺寸更大的有效长度的光吸收路径。
3.根据权利要求2所述的器件，其中所述光吸收路径用于实现基于沿所述光吸收路径的多个往返的光吸收。
4.根据权利要求1所述的器件，其中所述倍增区电场用于基于所述第一区和所述第二区之间的间隔距离在所述倍增区中产生放大的雪崩效应。
5.根据权利要求1所述的器件，其中所述倍增区是与碰撞电离系数关联的未掺杂本征材料。
6.根据权利要求1所述的器件，其中所述第一区、所述倍增区的第一部分、以及所述第二区作为波导谐振结构被设置在衬底中，并且所述倍增区的第二部分作为缓冲层被设置在衬底上。
7.根据权利要求1所述的器件，进一步包括波导，用于基于耦合系数将来自所述波导的光精密地耦合入所述倍增区中，以形成基于谐振波长的谐振增强。
8.根据权利要求1所述的器件，进一步包括设置在所述吸收区和所述倍增区之间的电荷层以将所述倍增区电场限制在所述倍增区。
9.一种谐振雪崩光电二极管APD，包括：
绝缘体上硅SOI衬底，包括基于与第一端子关联的第一区、本征硅倍增区、以及与第二端子关联的第二区的PIN结，其中所述倍增区包括第一部分和位于所述第一部分上的第二部分，并且所述第二部分具有台阶式几何形状；以及
设置在所述倍增区的第二部分上并具有第三端子的吸收区；
其中基于所述第一端子、所述第二端子和所述第三端子，倍增区电场相对于吸收区电场能独立控制。
10.根据权利要求9所述的APD，其中所述吸收区与中等吸收系数关联，并且所述倍增区基于低光吸收系数对于耦合的光基本透明。
11.根据权利要求9所述的APD，其中所述倍增区电场基于小于或等于大约12伏特的雪崩击穿电压。
12.根据权利要求9所述的APD，其中所述倍增区的第二部分是设置在所述SOI衬底上的本征硅缓冲层。
13.一种对光电二极管进行偏置的方法，包括：
基于第一端子，偏置所述光电二极管的第一区；
基于第二端子，偏置所述光电二极管的第二区，其中所述第二区通过倍增区与所述第一区间隔开，其中所述倍增区包括第一部分和位于所述第一部分上的第二部分，并且所述第二部分具有台阶式几何形状；以及
基于第三端子，偏置所述光电二极管的设置在所述倍增区的第二部分上的吸收区；
其中基于对所述第一端子、所述第二端子和所述第三端子的偏置，倍增区电场相对于吸收区电场能独立控制。
14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括基于精密耦合的光在所述吸收区产生载流子，并且偏置所述第一端子、所述第二端子和所述第三端子，以将所产生的载流子以低于碰撞电离阈值的能级从所述吸收区传输至所述倍增区。
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