CN108447877A - 平面型光敏器件及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种平面型光敏器件及其制作方法，涉及光电技术领域。平面型光敏器件包括光学耦合器和APD，APD包括本征型衬底层以及间隔设置的N型掺杂层、P型掺杂层和P型电荷控制层，衬底上设置钝化层以及吸收层，吸收层靠近本征型衬底层的一侧分别与P型掺杂层和P型电荷控制层接触、背离本征型衬底层的一侧露出于钝化层表面；光学耦合器与吸收层之间包括有相互接触的投影重叠区域。将光学耦合器的光入射面与APD在水平方向上分离，从而可以在保证整个器件的光量子效率基本不变的条件下，大幅的降低APD的尺寸，减小吸收层的厚度，提升整个平面型光敏器件的工作速率与带宽，降低器件的暗电流与功耗，提升器件的灵敏度。
Description
技术领域
本发明涉及光电技术领域，具体而言，涉及一种平面型光敏器件及其制作方法。
背景技术
雪崩光电二极管(APD)通过利用光生载流子的碰撞电离来实现光信号的探测。与光电二极管(PD)相比，由于载流子的碰撞电离，APD可以在器件内部实现光电信号的放大，具有可观的内部增益，这会增加APD的光响应灵敏度，提升光信号的传输距离。
在近红外通信波段(1310nm和1550nm)，Ge/Si APD具有更大的优势。与传统的III-V族材料(如InGaAs/InP)APD相比，Ge/Si APD与CMOS工艺相兼容，有着很好的成本优势，同时可以与CMOS工艺相结合开发出光电子集成器件或系统。另外，Si材料有着更大电子空穴碰撞电离系数比，使得Ge/Si APD有着更小的碰撞电离噪声；而产业界已经成功开发出的高低温Ge外延，可以较好的克服Ge-Si晶格系数差异带来的缺陷。
APD可广泛应用于光通信、激光测距、激光雷达、3D传感、微弱光检测和单光子探测等领域。随着光通信速率的提升和对单个光子探测能力的要求，器件的尺寸需不断减小，而传统器件结构中光垂直入射到APD表面，器件的减小会造成光敏面的减小，增加了APD与光纤或透镜的耦合难度，也降低了APD的光量子效率。另外，传统器件的光垂直入射，吸收层的厚度需要几微米才能确保光的充分吸收，这极大限制了器件带宽的提升。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种平面型光敏器件及其制作方法，以提供一种低成本、高量子效率的高速 APD器件。
本发明采用的技术方案如下：
本发明实施例提供了一种平面型光敏器件，包括光学耦合器和雪崩光电二极管，所述雪崩光电二极管包括本征型衬底层以及间隔设置在所述本征型衬底层上的N型掺杂层、P型掺杂层和P型电荷控制层，在设置有所述N型掺杂层、所述P型掺杂层和所述P型电荷控制层的所述本征型衬底层上设置钝化层以及吸收层，所述吸收层靠近所述本征型衬底层的一侧分别与所述P型掺杂层和所述P型电荷控制层接触、背离所述本征型衬底层的一侧露出于所述钝化层表面；所述光学耦合器与所述吸收层之间包括有相互接触的投影重叠区域。
进一步地，所述光学耦合器包括光接收部以及与所述光接收部连接并凸出于所述光接收部的光波导结构，其中，所述光波导结构与所述吸收层之间投影重叠或部分重叠，所述光接收部由光栅结构或光子晶体结构组成，所述光波导结构与所述吸收层接触，所述光波导结构与光接收部通过Taper结构连接。
进一步地，所述平面型雪崩光电二极管器件包括钝化层，钝化层设置于衬底上以保护N型掺杂层、P型掺杂层和P型电荷控制层，所述钝化层将所述吸收层显露。
进一步地，在所述钝化层上还设置有N型接触电极和P型接触电极，所述N型接触电极和所述P型接触电极分别通过过孔与所述N型掺杂层以及所述P型掺杂层接触。
本发明提供了一种平面型光敏器件制作方法，所述方法包括：在所述本征型衬底层上形成间隔设置的N型掺杂层、P型掺杂层和P型电荷控制层；在形成有所述N型掺杂层、P型掺杂层和P型电荷控制层的所述本征型衬底层上分别形成吸收层以及钝化层，其中，所述吸收层靠近所述本征型衬底层的一侧分别与所述P型掺杂层和所述P型电荷控制层接触、背离所述本征型衬底层的一侧露出于所述钝化层表面；在所述吸收层露出于所述钝化层表面的一侧设置光学耦合器，所述光学耦合器与所述吸收层之间包括有相互接触的投影重叠区域。
进一步地，所述在所述吸收层露出于所述钝化层表面的一侧设置光学耦合器，所述光学耦合器与所述吸收层之间包括有相互接触的投影重叠区域的步骤包括：在形成有所述吸收层的所述钝化层表面沉积SiNx层和/或Si层；通过构图工艺形成所述光学耦合器。
进一步地，所述光学耦合器包括光接收部和光波导结构，所述光接收部用于接收光信号，所述光波导结构的第一端与光接收部连接，所述光波导结构的第二端与所述吸收层接触，用于将光接收部接收的光信号传导至所述吸收层。
进一步地，所述通过构图工艺形成所述光学耦合器的步骤包括：通过构图工艺形成光接收部和光波导结构，所述光接收部与所述光波导结构相连接，其中，所述光波导结构的至少一部分位于所述吸收层露出于所述钝化层表面的一侧。
进一步地，所述方法还包括：在所述钝化层上形成过孔；在所述钝化层上形成N型接触电极和P型接触电极，其中，所述N型接触电极和所述P型接触电极分别通过所述过孔与N型掺杂层和P型掺杂层接触。
进一步地，在形成钝化层之前，所述方法还包括：使用预设的温度进行多次循环退火以降低吸收层的缺陷密度。
进一步地，在形成钝化层之前，所述方法还包括：使用预设的温度进行多次循环退火以降低吸收层的缺陷密度。
相对现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的一种平面型光敏器件及其制作方法，平面型光敏器件包括光学耦合器和雪崩光电二极管，所述雪崩光电二极管包括本征型衬底层以及间隔设置在所述本征型衬底层上的 N型掺杂层、P型掺杂层和P型电荷控制层，在设置有所述N 型掺杂层、所述P型掺杂层和所述P型电荷控制层的所述本征型衬底层上设置钝化层以及吸收层，所述吸收层靠近所述本征型衬底层的一侧分别与所述P型掺杂层和所述P型电荷控制层接触、背离所述本征型衬底层的一侧露出于所述钝化层表面；所述光学耦合器与所述吸收层之间包括有相互接触的投影重叠区域，将光学耦合器与雪崩光电二极管在水平方向上分离，从而可以在保证光量子效率不变的条件下，大幅的降低雪崩光电二极管的尺寸，从而可以提升平面型光敏器件的工作速率和带宽，降低器件的暗电流与功耗，提升器件的灵敏度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1示出了本发明所提供的一种平面型光敏器件制作方法的流程图。
图2是示出了经过步骤S10后的外延结构示意图。
图3示出了形成吸收层后的外延结构示意图。
图4示出了形成钝化层后的外延结构示意图。
图5示出了本实施例提供的平面型光敏器件的示意图。
图6示出了步骤S50的子步骤流程图。
图7示出了开设电极孔的外延结构示意图。
图8示出了本实施例提供的APD结构示意图。
图标：10-平面型光敏器件；100-APD；110-衬底；111-本征si；112-N型掺杂层；113-载流子碰撞电离区；114-P型电荷控制层；115-P型掺杂层；130-吸收层；150-钝化层；151-第一过孔；153-第二过孔；155-P型接触电极；157-N型接触电极； 200-光学耦合器；210-光波导结构；250-光接收部。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
APD可广泛应用于光通信、激光测距、激光雷达、3D传感、微弱光检测和单光子探测等领域。随着光通信速率的提升和对单个光子探测能力的要求，器件的尺寸需不断减小，而传统器件结构中光垂直入射到APD表面，器件的减小会造成光敏面的减小，增加了APD与光纤或透镜的耦合难度，也降低了 APD的光量子效率。
本实施例提供一种新的平面型光敏器件及其制作方法，将入射光敏面即光接收部与APD的光吸收区分离，利用光学耦合器实现光信号的汇聚作用，在保证光量子效率基本不变的条件下，通过大幅降低APD尺寸，以提升APD的工作速率和带宽。
第一实施例
本实施例提供了一种平面型光敏器件制作方法。请参阅图 1，图1示出了本实施例提供的平面型光敏器件制作方法的流程图，所述方法包括步骤S10～S70。
步骤S10：在本征型衬底层110上形成间隔设置的N型掺杂层112、P型掺杂层115和P型电荷控制层114。
所述衬底110可以是本征型Si衬底110，在本征型衬底110 上外延一层本征型Si。或采用SOI(Silicon On Insulator)外延片，当衬底110采用SOI外延片时，绝缘体上的Si选用本征型 Si。
形成间隔设置的N型掺杂层112、P型掺杂层115和P型电荷控制层114的方法可以是但不限于采用离子注入或扩散掺杂的在本征型Si的表面的预设图形区域分别形成N型掺杂层 112、P型电荷控制层114及P型掺杂层115。所述预设图形区域可以是预先通过光刻等方式预先在衬底110的表面刻蚀形成的图形。
请参阅图2，图2是经过步骤S10后的外延结构示意图。N 型掺杂层112、P型电荷控制层114及P型掺杂层115间隔设置，互不接触。N型掺杂层112与P型掺杂层115的掺杂浓度在1e+18cm-3至1e+20cm-3之间。其中，N型掺杂层112形成SACM 结构APD100中的N+型电荷收集区，P型掺杂层115形成P+ 型电荷收集区。
N型掺杂层112和P型电荷控制层114之间的本征型区域形成载流子碰撞电离区。掺杂区域的尺寸可以根据APD100的带宽/速率等调整，通过P型电荷控制层114可以调节APD100 内部电场的分布。
步骤S20：在本征型衬底110上形成吸收层130。
在形成有所述N型掺杂层112、P型掺杂层115和P型电荷控制层114的所述本征型衬底110层上形成吸收层130。请参阅图3，图3示出了形成吸收层130后的外延结构示意图。吸收层130形成于本征型衬底110层的表面，吸收层130靠近所述本征型衬底110层的一侧分别与所述P型掺杂层115和所述P型电荷控制层114接触。
所述吸收层130采用Ge材料制成，即所述吸收层130为 Ge吸收层。可以采用区域外延或外延+腐蚀/刻蚀工艺在衬底 110上的预设区域形成Ge吸收层，所述Ge吸收层与衬底110 上的P型电荷控制层114、P型掺杂层115均接触。由于Ge材料的直接带隙约为0.67eV，对近红外光良好的吸收以及Si理想的空穴/电子电离比，特别是Ge与现有的Si工艺能完全兼容，因此利用Ge/Si异质技术制造的SACM-APD100器件具有灵敏度高、响应速度快、工作频率范围宽等特点，在高速光通信系统中有着巨大的应用前景。
吸收层130可以采用区域外延或外延+腐蚀/刻蚀工艺形成。例如，可以采用UHVCVD、LT MBE、LT/HT RPCVD、LEPECVD 等手段外延生长形成。
于本发明的优选实施例中，还可以在吸收层130的底部设置GeSi缓冲层以减小外延的缺陷，例如，减小Ge与Si材料因晶格不匹配带来的缺陷。
步骤S30：使用预设的温度进行多次循环退火以降低吸收层130的缺陷密度。
使用高低温多次循环退火以减小吸收层130的外延缺陷密度。缺陷是指Ge与Si材料因晶格不匹配带来的缺陷。例如，预设高温880度，低温760度，高温和低温的持续时间各5分钟，持续进行20次循环，但不限于此，还可以是其余的温度或次数，通过高低温退火，以修复或转移吸收层130的部分缺陷。
步骤S40：在本征型衬底层110上形成钝化层150，所述吸收层130背离所述本征型衬底110层的一侧露出于所述钝化层 150表面。
在衬底110的表面沉积形成钝化层150，钝化层150包括有与吸收层130匹配的预设窗口，从而使所述吸收层130背离所述本征型衬底110层的一侧露出于所述钝化层150表面。请参阅图4，图4示出了形成钝化层150后的外延结构示意图。
于本实施例中，形成钝化层150的材料可以采用SiO2或 SiNX以与CMOS工艺相兼容。
步骤S50：在所述吸收层130露出于所述钝化层150表面的一侧设置光学耦合器200，所述光学耦合器200与所述吸收层130之间包括有相互接触的投影重叠区域。
光学耦合器200用于接收光信号，并将光信号传导至 APD100的吸收层130。请参阅图5，图5示出了平面型光敏器件10的示意图。于本实施例中，光学耦合器200包括光接收部250及光波导结构210，光波导结构210的第一端通过一2D或 3D的Taper结构与光接收部250连接，所述光波导结构210的第二端与所述吸收层130接触。
光信号经光学耦合器耦合汇聚到吸收层，被吸收层所吸收产生光生载流子，光生载流子在高电场的倍增区碰撞电离而完成对光电信号的放大，最终实现光电信号的探测
于本实施例中，步骤S50包括子步骤S501～步骤S502。请参阅图6。
步骤S501：在显露所述吸收层130的所述钝化层150表面沉积SiNx层和/或Si层。
在钝化层150的表面沉积形成SiNx层和/或Si层，光学耦合器200的材料折射率需要要高于钝化层150的折射率，若所述钝化层150的材料采用SiO2时，光学耦合器200所采用的材料可以是与CMOS工艺相兼容的的SiNX或Si。当所述钝化层 150采用的材料是SiNx或SiNO时，光学耦合器200的材料可以采用Si。
需要说明的是，当光学耦合器200的材料采用Si时，所述光学耦合器200需要采用SiNx或SiO2覆盖，以减小入射光的反射，提升耦合效率。
步骤S502：通过构图工艺形成所述光学耦合器200。
于本实施例中，构图工艺，可指包括光刻工艺，或，包括光刻工艺以及刻蚀步骤，同时还可以包括打印、喷墨等其他用于形成预定图形的工艺；光刻工艺，是指包括成膜、曝光、显影等工艺过程的利用光刻胶、掩模板、曝光机等形成图形的工艺。可根据本发明中所形成的结构选择相应的构图工艺。
对沉积形成的SiNx层或Si层通过构图工艺形成光波导结构210、Taper结构及光接收部250，光波导结构210的第一端通过Taper结构与光接收部250连接，所述光波导结构210的至少一部分位于所述吸收层130露出于所述钝化层150表面的一侧。
所述光波导结构210可为条形波导结构或脊型波导结构。光接收部250采用光栅结构或光子晶体结构，其中光栅结构可为介质光栅或金属耦合光栅结构，所用材料可为SiNx、SiNO 或Si等CMOS工艺中常用材料。
步骤S60：在所述钝化层150上形成过孔。
在所述钝化层150上形成多个过孔，其中过孔包括在所述钝化层150上与P型掺杂层115对应的区域开设第一过孔151，以及在所述钝化层150上与N型掺杂层112对应的区域开设第二过孔153。开设过孔的方式包括但不限于光刻、刻蚀或者腐蚀等。
请参阅图7，图7示出了开设过孔的外延结构示意图。
第一过孔151贯穿钝化层150，使衬底110上的P型掺杂层115的表面通过第一过孔151显露。第二过孔153贯穿钝化层150，使衬底110上的N型掺杂层112的表面通过第二过孔153显露。
步骤S70：在所述钝化层150上形成N型接触电极157和 P型接触电极155。
N型接触电极157和所述P型接触电极155分别通过所述过孔与N型掺杂层112和P型掺杂层115接触。请参阅图8，图8示出了形成电极后的外延结构示意图。在所述钝化层150上形成N型接触电极157，N型接触电极157包括先后沉积形成的欧姆接触电极和加厚电极，N型接触电极157通过第二过孔153所述N型掺杂层112的表面接触。
在所述钝化层150上形成P型接触电极155，P型接触电极155包括先后沉积形成的欧姆接触电极和加厚电极，P型接触电极155通过第一过孔151与所述P型掺杂层115的表面接触。
第二实施例
本实施例提供一种平面型光敏器件10，以实现减小 APD100器件尺寸，提高器件的带宽，提高检测灵敏度和精度的目的。
请参阅图5，图5示出了本实施例提供的平面型光敏器件10的示意图。所述平面型光敏器件10包括吸收区-电荷区-倍增区分离(SACM)结构的APD100及光学耦合器200，所述光学耦合器200包括有与所述APD100的吸收层130相互接触的投影重叠区域，所述光学耦合器200用于接收光信号，把光信号传输至所述APD100。所述APD100用于对光信号进行检测转换成电信号。
于本实施例中，请参阅图8，APD100包括N型掺杂层112、 P型电荷控制层114、P型掺杂层115、吸收层130、钝化层150 及电极。APD100用于吸收光学耦合器200传导的光信号，并将所述光信号进行光电转换形成电信号通过电极输出。
N型掺杂层112、P型电荷控制层114、P型掺杂层115、间隔形成与衬底110上，于本实施例中，N型掺杂层112为N+ 区形成于所述衬底110，P型电荷控制层114由P区形成于所述衬底110，N型掺杂层112、P型电荷控制层114、P型掺杂层 115间隔设置，互不接触。例如，可以通过在衬底110上预先通过光刻等方式刻蚀出图形，然后通过注入或扩散等方式掺杂在预设的图形区域分别形成N型掺杂层112、P型电荷控制层114、P型掺杂层115。
需要说明的是，于本实施例中，所述SACM结构的APD100 为平面型结构，即所述N型掺杂层112、P型电荷控制层114、 P型掺杂层115设置于衬底110的同一平面，且互不接触。
所述衬底110可以是本征型Si衬底110，在本征型Si衬底 110上外延一层本征型Si，所述衬底110还可以采用SOI(Silicon On Insulator)外延片，采用离子注入或扩散掺杂的方法在本征型Si的表面的预设图形区域分别形成N型掺杂层112、P型电荷控制层114、P型掺杂层115。
N型掺杂层112、P型电荷控制层114、P型掺杂层115的掺杂可由单次或多次掺杂来实现，N型掺杂层112、P型电荷控制层114、P型掺杂层115的掺杂浓度可多层或梯度分布。
于本实施例中，N型掺杂层112、P型电荷控制层114之间的本征区域形成载流子碰撞电离区113。
所述吸收层130和所述钝化层150设置在所述衬底110上，吸收层130设置于所述P型电荷控制层114和P型掺杂层115 的之间的衬底110表面上。所述吸收层130靠近所述本征型衬底110层的一侧分别与所述P型掺杂层115和所述P型电荷控制层114接触、背离所述本征型衬底110层的一侧露出于所述钝化层150表面。
于本实施例中，所述吸收层130采用Ge材料制成，即所述吸收层130为Ge吸收层。可以采用区域外延或外延+腐蚀/ 刻蚀工艺在衬底110上的预设区域形成Ge吸收层，所述Ge吸收层与衬底110上的P型电荷控制层114、P型掺杂层115均接触。由于Ge材料的直接带隙约为0.67eV，对近红外光良好的吸收以及Si理想的空穴/电子电离比，特别是Ge与现有的Si 工艺能完全兼容，因此利用Ge/Si异质技术制造的SACM-APD 器件具有灵敏度高、响应速度快、工作频率范围宽等特点，在高速光通信系统中有着巨大的应用前景。
于本实施例中，Ge吸收层的底部即靠近所述衬底的一侧可以设置GeSi缓冲层以减小外延的缺陷，例如，减小Ge与Si 材料因晶格不匹配带来的缺陷。
钝化层150设置于衬底110上以保护N型掺杂层112、P 型掺杂层115和P型电荷控制层114，所述钝化层150将所述吸收层130显露。
钝化层150的材料可以采用SiO2或SiNX以与CMOS工艺相兼容。
钝化层150上开设有过孔，过孔包括第一过孔151和第二过孔153，第一过孔151设置于钝化层150上与P型掺杂层115 对应的位置，第一过孔151使所述P型掺杂层115的表面显露。
第二过孔153设置于钝化层150上与N型掺杂层112对应的位置，第二过孔153使所述N型掺杂层112的表面显露。
所述APD100包括P型接触电极155和N型接触电极157， P型接触电极155和N型接触电极157设置于钝化层150上，P 型接触电极155通过第一过孔151与所述P型掺杂层115的表面接触。于本实施例中，P型接触电极155包括与P型掺杂层 115表面连接的欧姆电极和设置在欧姆电极上的加厚电极。
N型接触电极157通过第二过孔153与所述N型掺杂层112 的表面接触，于本实施例中，N型接触电极157包括与N型掺杂层112表面连接的欧姆电极和设置在欧姆电极上的加厚电极。
光学耦合器200设置于衬底110上，用于接收光照，并将接收到的光信号传导至APD100的吸收层130，光学耦合器200 包括光接收部250和光波导结构210，光波导结构210与光接收部250连接且所述光波导结构210凸出于所述光接收部，所述光波导结构210与所述吸收层130之间投影重叠或部分重叠。
例如，首先在衬底110上沉积形成SiNx层或Si层，再通构图工艺形成光接收部250和光波导结构210。所述光波导结构210可为条形波导结构或脊型波导结构。光接收部250采用光栅结构或光子晶体结构，其中光栅结构可为介质光栅或金属耦合光栅结构，所用材料可为SiNx、SiNO或Si等CMOS工艺中常用材料。
光学耦合器200的材料折射率需要要高于钝化层150的折射率，若所述钝化层150的材料采用SiO2时，光学耦合器200 所采用的材料可以是与CMOS工艺相兼容的的SiNx或Si。当所述钝化层150采用的材料是SiNx或SiNO时，光学耦合器200 的材料可以采用Si。
需要说明的是，当光学耦合器200的材料采用Si时，所述光学耦合器200需要采用SiNx或SiO2覆盖，以减小入射光的反射，提升耦合效率。
于本实施例中，将所述光学耦合器200与所述APD100在水平方向上分离，利用光学耦合器200实现光信号的汇聚作用，这样可以在保证光量子效率基本不变的条件下，大幅的降低 APD100的尺寸(主要是吸收层130的尺寸)，提升整个平面型光敏器件10的工作速率与带宽，降低器件的暗电流与功耗，提升器件的灵敏度，甚至可实现单个光子的探测；同时，由于光接收部250的尺寸可以增大或保持不变，本发明提供的平面型光敏器件10还能大幅的降低APD100与光纤、透镜等耦合的难度与成本。APD100采用Ge/Si材料体系和平面结构来实现，可以很好的与CMOS工艺相兼容，降低器件的制造成本，使平面型光敏器件10具有光信号的偏振探测能力。
综上所述，本发明提供的一种平面型光敏器件及其制作方法，平面型光敏器件包括光学耦合器和雪崩光电二极管，所述雪崩光电二极管包括本征型衬底层以及间隔设置在所述本征型衬底层上的N型掺杂层、P型掺杂层和P型电荷控制层，在设置有所述N型掺杂层、所述P型掺杂层和所述P型电荷控制层的所述本征型衬底层上设置钝化层以及吸收层，所述吸收层靠近所述本征型衬底层的一侧分别与所述P型掺杂层和所述P型电荷控制层接触、背离所述本征型衬底层的一侧露出于所述钝化层表面；所述光学耦合器与所述吸收层之间包括有相互接触的投影重叠区域，将光学耦合器与雪崩光电二极管在水平方向上分离，从而可以在保证光量子效率不变的条件下，大幅的降低雪崩光电二极管的尺寸，从而可以提升平面型光敏器件的工作速率和带宽，降低器件的暗电流与功耗，提升器件的灵敏度，甚至可实现单个光子的探测。同时，由于光入射面的尺寸可以增大或保持不变，本发明提供的平面型光敏器件还能大幅的降低APD与光纤、透镜等耦合的难度与成本。APD采用Ge/Si 材料体系和平面结构来实现，可以很好的与CMOS工艺相兼容，降低器件的制造成本。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种平面型光敏器件，其特征在于，包括光学耦合器和雪崩光电二极管，所述雪崩光电二极管包括本征型衬底层以及间隔设置在所述本征型衬底层上的N型掺杂层、P型掺杂层和P型电荷控制层，在设置有所述N型掺杂层、所述P型掺杂层和所述P型电荷控制层的所述本征型衬底层上设置钝化层以及吸收层，所述吸收层靠近所述本征型衬底层的一侧分别与所述P型掺杂层和所述P型电荷控制层接触、背离所述本征型衬底层的一侧露出于所述钝化层表面；
所述光学耦合器与所述吸收层之间包括有相互接触的投影重叠区域。
2.如权利要求1所述的平面型光敏器件，其特征在于，所述光学耦合器包括光接收部以及与所述光接收部连接并凸出于所述光接收部的光波导结构，其中，所述光波导结构与所述吸收层之间投影重叠或部分重叠，所述光接收部由光栅结构或光子晶体结构组成，所述光波导结构与所述吸收层接触，所述光波导结构与光接收部通过Taper结构连接。
3.如权利要求1所述的平面型光敏器件，其特征在于，所述平面型雪崩光电二极管器件包括钝化层，钝化层设置于衬底上以保护N型掺杂层、P型掺杂层和P型电荷控制层，所述钝化层将所述吸收层显露。
4.如权利要求1所述的平面型光敏器件，其特征在于，在所述钝化层上还设置有N型接触电极和P型接触电极，所述N型接触电极和所述P型接触电极分别通过过孔与所述N型掺杂层以及所述P型掺杂层接触。
5.一种平面型光敏器件制作方法，其特征在于，所述方法包括：
在本征型衬底层上形成间隔设置的N型掺杂层、P型掺杂层和P型电荷控制层；
在形成有所述N型掺杂层、P型掺杂层和P型电荷控制层的所述本征型衬底层上分别形成吸收层以及钝化层，其中，所述吸收层靠近所述本征型衬底层的一侧分别与所述P型掺杂层和所述P型电荷控制层接触、背离所述本征型衬底层的一侧露出于所述钝化层表面；
在所述吸收层露出于所述钝化层表面的一侧设置光学耦合器，所述光学耦合器与所述吸收层之间包括有相互接触的投影重叠区域。
6.如权利要求5所述的平面型光敏器件制作方法，其特征在于，所述在所述吸收层露出于所述钝化层表面的一侧设置光学耦合器，所述光学耦合器与所述吸收层之间包括有相互接触的投影重叠区域的步骤包括：
在显露所述吸收层的所述钝化层表面沉积SiNx层和/或Si层；
通过构图工艺形成所述光学耦合器。
7.如权利要求6所述的平面型光敏器件制作方法，其特征在于，所述通过构图工艺形成所述光学耦合器的步骤包括：
通过构图工艺形成光接收部和光波导结构，所述光接收部与所述光波导结构相连接，其中，所述光波导结构的至少一部分位于所述吸收层露出于所述钝化层表面的一侧。
8.如权利要求5所述的平面型光敏器件制作方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述钝化层上形成过孔；
在所述钝化层上形成N型接触电极和P型接触电极，其中，所述N型接触电极和所述P型接触电极分别通过所述过孔与N型掺杂层和P型掺杂层接触。
9.如权利要求5所述的平面型光敏器件制作方法，其特征在于，在形成钝化层之前，所述方法还包括：
使用预设的温度进行多次循环退火以降低吸收层的缺陷密度。
10.如权利要求5所述的平面型光敏器件制作方法，其特征在于，所述光学耦合器的材料的折射率高于钝化层材料的折射率。
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