CN108447938B - 光电探测器 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种光电探测器。该光电探测器包括：衬底硅层；掩埋二氧化硅层，位于衬底硅层的部分表面上；顶层硅层，位于掩埋二氧化硅层的表面上，部分衬底硅层、掩埋二氧化硅层和顶层硅层形成光耦合区和波导区，光耦合区中的顶层硅层具有耦合光栅；P型轻掺杂层，位于衬底硅层的未设置有掩埋二氧化硅层的表面上，P型轻掺杂层的材料包括第一本征半导体材料；光电转化层，位于P型轻掺杂层的远离衬底硅层的表面上，光电转化层具有本征区、P型区与N型区，光电转化层的材料包括第二本征半导体材料，第一本征半导体材料与第二本征半导体材料相同。该光电探测器的暗电流较小。
Description
技术领域
本申请涉及半导体领域，具体而言，涉及一种光电探测器。
背景技术
在光通信领域及光互连领域，高速光电收发模块是不可或缺的组成部分，而光电探测器作为高速收发模块的核心器件之一对整个光通信系统以及光互连系统的整体性能有着十分重要的影响。
由于SOI衬底包含的衬底硅层、掩埋二氧化硅层和顶层硅层形成三明治夹心结构，该结构不仅能够有效地提高CMOS电学器件的集成度；同时，形成于顶层硅层之上的介质包层(这一介质包层有两个作用：一是对形成与顶层硅之上的结构起保护作用，这也是所谓的钝化作用；二是光学器件所特有的，这一介质包层与埋氧二氧化硅层形成光波导的上包层与下包层)顶层硅层以及掩埋二氧化硅层能够十分方便地形成各种类型的波导，有利于光学器件与电学器件的集成。
按照是否与波导集成可将探测器分为波导集成性光电探测器与端面直入射光电探测器。端面直入射光电探测器由于其信号光的吸收损耗方向与光生载流子的输运方向平行，所以其光响应度与-3dB带宽之间存在严重的相互制约关系。对于波导集成型光电探测器而言，波导的引入使得信号光的吸收损耗方向与光生载流子输运方向相互垂直，进而打破了光响应度与-3dB带宽间的牵制关系。
从电学结构看，光电探测器可分为PN结光电探测器、PIN光电探测器、APD光电探测器和MSM光电探测器。PIN光电探测器因其相对简单的制备工艺、高响应度及高-3dB带宽能够很好地满足高速光电的要求，而成为目前的主流光电探测器。
经过多年的发展，PIN光电探测器的各项性能指标均已达到了空前的水平。PIN光电探测器的响应度已经能够做到大于1A/W，目前，报道的最高带宽达到了120GHz的器件的，暗电流也能够做到小于1μA。1μA暗电流作为光电探测器能否应用于高速收发系统的一个分水岭，对于那些对电路静态功耗要求极为严苛的系统与而言依然是一大挑战。
此外，随着集成电路与集成光路的先进制造技术的不断涌现，光子集成芯片的集成密度必将不断攀升，暗电流为1μA光电探测器即不能满足芯片对功耗的要求也不能满足芯片对散热的要求。
在背景技术部分中公开的以上信息只是用来加强对本文所描述技术的背景技术的理解，因此，背景技术中可能包含某些信息，这些信息对于本领域技术人员来说并未形成在本国已知的现有技术。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种光电探测器，以解决现有技术中的光电探测器的暗电流较大的问题。
为了实现上述目的，本申请提供了一种光电探测器，该光电探测器包括：衬底硅层；掩埋二氧化硅层，位于上述衬底硅层的部分表面上；顶层硅层，位于上述掩埋二氧化硅层的远离上述衬底硅层的表面上，依次叠置的部分上述衬底硅层、上述掩埋二氧化硅层和上述顶层硅层形成光耦合区和波导区，上述光耦合区中的上述顶层硅层的裸露表面具有耦合光栅；P型轻掺杂层，位于上述衬底硅层的未设置有上述掩埋二氧化硅层的表面上，上述P型轻掺杂层的材料包括第一本征半导体材料与第一掺杂杂质；光电转化层，位于上述P型轻掺杂层的远离上述衬底硅层的表面上，上述光电转化层具有本征区、P型区与N型区，上述光电转化层的材料包括第二本征半导体材料，上述第一本征半导体材料与上述第二本征半导体材料相同，依次叠置的部分上述衬底硅层、上述P型轻掺杂层和上述光电转化层形成光电转化区，上述光耦合区、上述波导区和上述光电转化区沿着光传播方向依次分布且连接。
进一步地，上述P型区和上述N型区位于上述光电转化层的远离上述P型轻掺杂层的一侧，且上述P型区的远离上述P型轻掺杂层的表面、上述N型区的远离上述P型轻掺杂层的表面以及上述光电转化层的远离上述P型轻掺杂层的表面在同一平面上。
进一步地，上述第一本征半导体材料与上述第二本征半导体材料为锗。
进一步地，上述光电转化层的远离上述衬底硅层的表面为第一表面，上述P型区包括重掺杂P型区，上述N型区包括重掺杂N型区。
进一步地，上述P型区还包括与上述重掺杂P型区连接的轻掺杂P型区，上述N型区还包括与上述重掺杂N型区连接的轻掺杂N型区，上述轻掺杂P型区位于上述重掺杂P型区的靠近上述N型区的一侧，上述轻掺杂N型区位于上述重掺杂N型区的靠近上述P型区的一侧。
进一步地，上述本征区还包括位于上述P型区与上述N型区之间的中间本征区。
进一步地，上述重掺杂P型区和上述重掺杂N型区关于上述第一表面的与上述光传播方向平行的中线对称。
进一步地，上述轻掺杂P型区和上述轻掺杂N型区关于上述第一表面的与上述光传播方向平行的中线对称。
进一步地，上述光电探测器还包括：两个电极，分别为第一电极与第二电极，上述第一电极位于上述重掺杂N型区的远离上述P型轻掺杂层的一侧，上述第二电极位于上述重掺杂P型区的远离上述P型轻掺杂层的一侧。
进一步地，各上述电极在上述第一表面上的投影位于上述第一表面的内部且上述投影的边界与上述第一表面的边界不重合，优选上述第一电极在上述第一表面上的投影位于上述重掺杂N型区的内部，上述第二电极在上述第一表面上的投影位于上述重掺杂P型区的内部。
进一步地，第一方向为垂直于上述衬底硅层的厚度方向且垂直于上述光传播方向的方向，两个上述电极在上述第一方向上的间隔的宽度大于上述波导区在上述第一方向上的宽度，优选上述P型区与上述N型区在上述第一方向上的间隔的宽度大于上述波导区在上述第一方向上的宽度。
进一步地，第一方向为垂直于上述衬底硅层的厚度方向且垂直于上述光传播方向的方向，两个上述电极在上述第一方向上的间隔的宽度大于上述重掺杂N型区与上述重掺杂P型区在上述第一方向上的间隔的宽度。
进一步地，上述光电探测器还包括：保护层，位于上述顶层硅层的远离上述掩埋二氧化硅层的表面上以及上述光电转化层的远离上述P型轻掺杂层的表面上，各上述电极位于上述保护层的远离上述光电转化层的表面上，上述保护层中具有多个接触孔，上述接触孔中填充有接触材料，各上述电极通过上述接触材料与上述光电转化层电连接，优选上述保护层为二氧化硅层，进一步优选上述接触孔为圆形接触孔或方形接触孔，更进一步优选上述接触材料包括铝铜合金、钨和铜中的至少一种。
进一步地，上述P型轻掺杂层的厚度小于上述掩埋二氧化硅层的厚度，优选上述P型轻掺杂层的厚度与上述光电转化层的厚度之和等于或者大于上述掩埋二氧化硅层的厚度与上述顶层硅层的厚度之和。
进一步地，上述光耦合区为楔形光耦合区，优选上述耦合光栅包括直条型光栅和/或聚焦型光栅。
进一步地，上述波导区为条形波导区，优选上述波导区的中心线在上述光电转化层的中心线所在的平面的投影与上述光电转化层的中心线重合。
应用本申请的技术方案，上述光电探测器中，衬底硅层、掩埋二氧化硅层、顶层硅层形成SOI衬底，并且，P型轻掺杂层是直接外延生在SOI衬底之上的衬底硅层上的，而非外延在顶层硅之上，由于P型轻掺杂层与光电转化层的总厚度通常比较厚，在微米级别，所以外延生长时二者与衬底硅层间的晶格失配导致的大量缺陷与位错几乎全部限制在P型轻掺杂层中，而光电转化层中的材料缺陷极少，并且，在P型轻掺杂层中的P型杂质的引入能够减缓P型轻掺杂层在外延生长过程中由于与衬底硅层的晶格失配产生的应力，从而显著减少外延过程中产生的诸如穿透位错之类的材料生长缺陷，使得该光电探测器的暗电流较小。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本申请的光电探测器的实施例的结构示意图；
图2示出了图1中的光耦合区的结构示意图；
图3是示出了图1的截面示意图；
图4示出了图1中的光电转化区的结构示意图；以及
图5示出了图4的俯视结构示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
001、衬底硅层；002、掩埋二氧化硅层；003、顶层硅层；004、光耦合区；005、耦合光栅；006、波导区；007、光电转化区；008、P型轻掺杂层；009、光电转化层；010、重掺杂N型区；011、重掺杂P型区；012、轻掺杂N型区；013、轻掺杂P型区；014、中间本征区；015、第一电极；016、第二电极。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
应该理解的是，当元件(诸如层、膜、区域、或衬底)描述为在另一元件“上”时，该元件可直接在该另一元件上，或者也可存在中间元件。而且，在说明书以及下面的权利要求书中，当描述有元件“连接”至另一元件时，该元件可“直接连接”至该另一元件，或者通过第三元件“电连接”至该另一元件。
正如背景技术所介绍的，现有技术中的光电探测器的暗电流较大，难以满足使用需求，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种光电探测器。
本申请的一种典型的实施方式中，提供了一种光电探测器，如图1所示，该光电探测器包括衬底硅层001、掩埋二氧化硅层002、顶层硅层003、P型轻掺杂层008和光电转化层009，其中，掩埋二氧化硅层002位于上述衬底硅层001的部分表面上；顶层硅层003位于上述掩埋二氧化硅层002的远离上述衬底硅层001的表面上，依次叠置的部分上述衬底硅层001、上述掩埋二氧化硅层002和上述顶层硅层003形成光耦合区004和波导区006，上述光耦合区004中的上述顶层硅层003的裸露表面具有耦合光栅005；P型轻掺杂层008位于上述衬底硅层001的未设置有上述掩埋二氧化硅层002的表面上，上述P型轻掺杂层008的材料包括第一本征半导体材料与第一掺杂杂质；光电转化层009位于上述P型轻掺杂层008的远离上述衬底硅层001的表面上，上述光电转化层009的材料包括第二本征半导体材料，上述第一本征半导体材料与上述第二本征半导体材料相同，且上述光电转化层009的远离上述P型轻掺杂层008的一侧具有P型区与N型区，依次叠置的部分上述衬底硅层001、上述P型轻掺杂层008和上述光电转化层009形成光电转化区007，上述光耦合区004、上述波导区006和上述光电转化区007沿着光传播方向依次分布且连接。
具体地，P型轻掺杂层008与光电转化层009可以通过选择性外长生长技术在减压化学气相沉积设备(RPCVD)或者分子束外延设备中完成生长的，其中P型轻掺杂层008中的P型杂质为硼或者其它在硅半导体材料中充当受主杂质的元素，P型轻掺杂层008中的低浓度掺杂可以通过原位掺杂技术完成的。
上述的光电探测器中，光信号通过耦合光栅005进入波导区006并通过直接耦合的方式进入位于光电转换区顶端的光电转化层009中并被光电转化层009吸收并产生光生载流子，进而可以形成电流，从而完成光电转换。
并且，上述光电探测器中，衬底硅层001、掩埋二氧化硅层002、顶层硅层003形成SOI衬底，并且，P型轻掺杂层008是直接外延生长在SOI衬底之上的衬底硅层001上的，而非外延在顶层硅层003之上，由于P型轻掺杂层008与光电转化层009的总厚度通常比较厚，在微米级别，所以外延生长时二者与衬底硅层001间的晶格失配导致的大量缺陷与位错几乎全部限制在P型轻掺杂层008中，而光电转化层009中的材料缺陷极少，并且，在P型轻掺杂层008中的P型杂质的引入能够减缓P型轻掺杂层008在外延生长过程中由于与衬底硅层001的晶格失配产生的应力，从而显著减少外延过程中产生的诸如穿透位错之类的材料生长缺陷，使得该光电探测器的暗电流较小。
为了进一步降低光电探测器的暗电流，本申请的一种实施例中，如图4所示，上述P型区和上述N型区位于上述光电转化层009的远离上述P型轻掺杂层008的一侧，且上述P型区的远离上述P型轻掺杂层008的表面、上述N型区的远离上述P型轻掺杂层008的表面以及上述本征区的远离上述P型轻掺杂层008的表面在同一个平面上，即三部分的表面平齐。这样光电探测器的P区与N区均形成于光电转化层009的靠近上表面的一侧，从而使得光生载流子的输运无需通过缺陷密度极大的界面，进一步减小了光电探测器的暗电流，进一步保证了光电探测器可满足高速光通信与光互连系统对于探测器静态功耗的要求。
本申请的上述第一本征半导体材料与第二本征半导体材料可以是本领域中的任何非硅的半导体材料，本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的半导体材料作为第一本征半导体材料与第二本征半导体材料形成P型轻掺杂层008与光电转化层009。
本申请的一种具体的实施例中，上述第一本征半导体材料与第二本征半导体材料为锗，锗具有良好的CMOS工艺兼容性，有利于电学器件与光学器件的集成，并且可以满足光通信领域与光互连领域的需求。
上述光电转化层009的远离上述衬底硅层001的表面为第一表面，如图4所示，为了进一步提高该光电探测器的响应度，本申请的一种实施例中，上述P型区包括重掺杂P型区011，上述N型区包括重掺杂N型区010。P型重掺杂区与N型重掺杂区用于在光电转化层与电极间形成良好的欧姆接触，以降低光电探测器的接触电阻，从而改善光电探测器的频率响应。
本申请的另一种实施例中，如图4所示，上述P型区还包括与上述重掺杂P型区011连接的轻掺杂P型区013，上述N型区还包括与上述重掺杂N型区010连接的轻掺杂N型区012，上述轻掺杂P型区013位于上述重掺杂P型区011的靠近上述N型区的一侧，上述轻掺杂N型区012位于上述重掺杂N型区010的靠近上述P型区的一侧。这样可以收集更多的光生载流子，从而提升光电探测器的响应度。
需要说明的是，在实际的形成过程，先形成轻掺杂P型区013与轻掺杂N型区012，然后在轻掺杂P型区013与轻掺杂N型区012的内部分别再一次注入较大剂量的P型杂质离子与N型杂质离子，形成深度较浅的重掺杂P型区011和重掺杂N型区010，如图5所示。
为了进一步提高光电探测器的响应度，本申请的一种实施例中，如图4所示，上述光电转化层009还包括位于上述P型区与上述N型区之间的中间本征区014，即该光电探测器为PIN光电探测器。在沉积光电转化层009的第二本征半导体材料后，通过光学光刻技术与离子注入技术在光电转化层009中分别定义出P-I-N光电探测器的P端、I端及N端，即对应于光电转化层009上的P型区、N型区以及夹于二者之间的中间本征区014。
本申请的再一种实施例中，如图5所示，上述重掺杂P型区011和上述重掺杂N型区010关于上述第一表面的与上述光传播方向平行的中线对称，即上述重掺杂P型区011和上述重掺杂N型区010具有相同的版图长度lhd与版图宽度Whd且关于上述第一表面的与上述光传播方向平行的中线呈左右对称分布。这样能够在P型重掺杂区与N型重掺杂区之间的中间本征区中获得对更加对称的电场分布，有利于电极光生载流子的收集从而改善光电探测器的光响应度。
同样地，为了减少P型轻掺杂区与N型轻掺杂区中自由载流子的吸收，从而提高探测器的光响应度，本申请的一种实施例中，如图5所示，上述轻掺杂P型区013和上述轻掺杂N型区012关于上述第一表面的与上述光传播方向平行的中线(这里的中线表示经过第一表面的中心的一条直线)对称，即上述轻掺杂P型区013和上述轻掺杂N型区012具有相同的版图长度lld与版图宽度Wld且关于上述第一表面的与上述光传播方向平行的中线呈左右对称分布。如图5所示，轻掺杂P型区013与重掺杂P型区011的宽度差为dlh，轻掺杂N型区012与重掺杂N型区010的宽度差也为dlh。
需要说明的是，本申请的上述重掺杂P型区011和上述重掺杂N型区010并不限于上述的对称位置关系，还可以是其他的不对称的位置关系。同样地，上述的轻掺杂P型区013和上述轻掺杂N型区012也可以是不对称的位置关系，本领域技术人员可以根据实际情况设置重掺杂P型区011、上述重掺杂N型区010、轻掺杂P型区013和上述轻掺杂N型区012。
本申请的另一种实施例中，上述光电探测器还包括两个电极，如图1与图4所示，分别为第一电极015与第二电极016，上述第一电极015位于上述重掺杂N型区010的远离上述P型轻掺杂层008的一侧，上述第二电极016位于上述重掺杂P型区011的远离上述P型轻掺杂层008的一侧。这两个电极可以将光生载流子吸收从而形成光电流，从而进一步保证了光电转化的完成。
为了进一步抑制光电探测器的暗电流，本申请的一种实施例中，各上述电极在上述第一表面上的投影位于上述第一表面的内部且上述投影的边界与上述第一表面的边界不重合，从而使得在第一电极015与第二电极016加载有直流偏置电压的情况下在光电转化层009侧壁处的电场强度较弱，由于光电转化层009侧壁处的材料缺陷密度较大，如此一来便可使得光电探测器的暗电流得到进一步的遏制。
正如图中所示，本申请的两个电极分别位于光电转化层009的两个重掺杂区(重掺杂P型区011和重掺杂N型区010)的上方，即两个电极在第一表面的投影分别位于两个重掺杂区的内部或者与两个重掺杂区重合，为了进一步确保较小的暗电流，本申请的一种实施例中，两个电极在第一表面的投影分别位于两个重掺杂区的内部，即上述第一电极015在上述第一表面上的投影位于上述重掺杂N型区010的内部，上述第二电极016在上述第一表面上的投影位于上述重掺杂P型区011的内部，这样进一步保证上述重掺杂P型区011的远离上述重掺杂N型区010的边缘与上述第一表面的对应边缘(即上述重掺杂N型区010的一侧边缘与第一表面的边缘位于同一侧)的间距大于0，上述重掺杂N型区010的远离上述重掺杂P型区011的边缘与上述第一表面的对应边缘(即上述重掺杂N型区010的一侧边缘与第一表面的边缘位于同一侧)的间距大于0，如图5中示出的，上述重掺杂N型区010的远离上述重掺杂P型区011的边缘与上述第一表面的对应边缘(即上述重掺杂N型区010的一侧边缘与第一表面的边缘位于同一侧)的间距dgap大于0。
本申请的再一种实施例中，第一方向为垂直于上述衬底硅层001的厚度方向且垂直于上述光传播方向的方向，两个上述电极在上述第一方向上的间隔的宽度大于上述波导区006在上述第一方向上的宽度，即图1中，dM>WWg。这样可以进一步避免两个电极及其下方的用于形成欧姆接触的离子掺杂区(P型区与N型区)对光电转化层009中的光信号的吸收，从而可以进一步提高光电探测器的光响应度。
为了尽可能地减少由于注入离子引入的对于信号光的自由载流子的吸收，从而尽可能地提高光电探测器的响应度，本申请的一种实施例中，上述P型区与上述N型区在上述第一方向上的间隔的宽度dp-n大于上述波导区006在上述第一方向上的宽度WWg。
为了进一步缓解两个电极下方的上述重掺杂N型区010与上述重掺杂P型区011对光电转化层009中的光信号的吸收，从而进一步提高光电探测器的光响应度，本申请的一种实施例中，第一方向为垂直于上述衬底硅层001的厚度方向且垂直于上述光传播方向的方向，两个上述电极在上述第一方向上的间隔的宽度大于上述重掺杂N型区010与上述重掺杂P型区011在上述第一方向上的间隔的宽度，即图1中的dM与图5中的dhd的大小关系是dM>dhd，也就是说两个电极靠近二者之间的间隔的一个侧面在第一表面上的投影位于对应的重掺杂区的内部，即如图4所示，第一电极015的靠近P型区的侧面在第一表面上的投影位于重掺杂N型区010的内部，第二电极016的靠近N型区的侧面在第一表面上的投影位于重掺杂P型区011的内部。
需要说明的是，本申请的两个电极的材料可以是现有技术中的任何可以形成电极的材料，并且，其制作方法可以是现有技术中的任何可行的制作方法，本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的材料采用合适的制作方法形成本申请的两个电极，并且，这两个电极的材料以及制作方法可以是相同的，也可以是不同的，本领域技术人员可以根据实际情况设置。
本申请的一种具体的实施例中，两个电极由铝铜合金或铜等之类的低电阻率材料形成。
本申请的一种图中未示出的实施例中，上述光电探测器还包括保护层，保护层位于上述顶层硅层003的远离上述掩埋二氧化硅层002的表面上以及上述光电转化层009的远离上述P型轻掺杂层008的表面上，各上述电极位于上述保护层的远离光电转化层009的表面上，上述保护层中具有多个接触孔，上述接触孔中填充有接触材料，各上述电极通过上述接触材料与上述光电转化层009电连接。
需要说明的是，上述的接触孔的形状可以是制作方法可以制作得到的任何形状，比如圆形接触孔或者方形接触孔等等，这些接触孔的制作工艺较简单；上述的接触材料可以是任何导电的材料，例如铝铜合金、钨和铜之类的低电阻率材料；上述的保护层的材料为任何绝缘隔离的材料，比如二氧化硅和/或氮化硅等绝缘隔离效果好的材料，具体的保护层的形成方法可以化学气相沉积法，当然还可以是其他可行的方法。
本申请的一种实施例中，如图3所示，上述P型轻掺杂层008的厚度tp―Ge(由于图中示出的P型轻掺杂层008的主要材料为锗，所以用tp―Ge表征该层的厚度，当P型轻掺杂层008的主要材料不为锗时，可以用其他的符号来表征该层的厚度)小于上述掩埋二氧化硅层002的厚度tOx，这样可以保证生长获得更高质量的P型轻掺杂层008，从而有利于抑制探测器的暗电流。
为了增加光电转化层与波导区中光的模斑间的重叠面积，从而使波导区中的光能够最大限度地耦合进入光电转化层中，并被光电转化层吸收，本申请的一种实施例中，上述P型轻掺杂层008的厚度与上述光电转化层009的厚度之和等于或者大于上述掩埋二氧化硅层002的厚度与顶层硅层003的厚度之和，即图3中，ti―Ge+tp―Ge≥tOx+tt―Si。
如图1所示，本申请的光耦合区004为楔形光耦合区004，这样可以在不牺牲光耦合区与波导区间的耦合效率的情况下极大地提高器件的集成度。该楔形光耦合区004可以通过等离子体干法刻蚀形成，
当然，本申请的光耦合区004并不限于上述的形状，还可以是其他的形状，本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的形状的光耦合区004。
为了更好地耦合光且同时简化制作工艺，本申请的一种实施例中，上述耦合光栅005包括直条型光栅和/或聚焦型光栅，如图2所示，上述耦合光栅005为直条型光栅，d为耦合光栅005的刻蚀深度，α为耦合光栅005的脊宽度，β为耦合光栅005的刻蚀宽度，则耦合光栅005的光栅周期，光栅占空比定位为光栅刻蚀宽度与光栅周期的比值，即光栅占空比γ＝β/(α+β)。通过调节T、γ、d等参数来控制光栅输入信号光的耦合效率。
本申请的又一种实施例中，如图1所示，上述波导区006为条形波导区006，这样的波导区006可以更好地传输光。且为了提高波导区与光电转化层间的光耦合器效率，优选上述波导区006的中心线在上述光电转化层009的中心线所在的平面的投影与上述光电转化层009的中心线重合，这里的中心线均是中心轴线，即将结构分为对称部分的直线。
从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：
本申请的光电探测器中，衬底硅层、掩埋二氧化硅层、顶层硅层形成SOI衬底，并且，P型轻掺杂层是直接外延生在SOI衬底之上的衬底硅层上的，而非外延在顶层硅之上，由于P型轻掺杂层与光电转化层的总厚度通常比较厚，在微米级别，所以外延生长时二者与衬底硅层间的晶格失配导致的大量缺陷与位错几乎全部限制在P型轻掺杂层中，而光电转化层中的材料缺陷极少，并且，在P型轻掺杂层中的P型杂质的引入能够减缓P型轻掺杂层在外延生长过程中由于与衬底硅层的晶格失配产生的应力，从而显著减少外延过程中产生的诸如穿透位错之类的材料生长缺陷，使得该光电探测器的暗电流较小。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (24)
1.一种光电探测器，其特征在于，所述光电探测器包括：
衬底硅层；
掩埋二氧化硅层，位于所述衬底硅层的部分表面上；
顶层硅层，位于所述掩埋二氧化硅层的远离所述衬底硅层的表面上，依次叠置的部分所述衬底硅层、所述掩埋二氧化硅层和所述顶层硅层形成光耦合区和波导区，所述光耦合区中的所述顶层硅层的裸露表面具有耦合光栅；
P型轻掺杂层，位于所述衬底硅层的未设置有所述掩埋二氧化硅层的表面上，所述P型轻掺杂层的材料包括第一本征半导体材料与第一掺杂杂质；以及
光电转化层，位于所述P型轻掺杂层的远离所述衬底硅层的表面上，所述光电转化层具有本征区、P型区与N型区，所述光电转化层的材料包括第二本征半导体材料，所述第一本征半导体材料与所述第二本征半导体材料相同且为非硅的半导体材料，依次叠置的部分所述衬底硅层、所述P型轻掺杂层和所述光电转化层形成光电转化区，所述光耦合区、所述波导区和所述光电转化区沿着光传播方向依次分布且连接。
2.根据权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，所述P型区和所述N型区位于所述光电转化层的远离所述P型轻掺杂层的一侧，且所述P型区的远离所述P型轻掺杂层的表面、所述N型区的远离所述P型轻掺杂层的表面以及所述本征区的远离所述P型轻掺杂层的表面在同一平面上。
3.根据权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，所述第一本征半导体材料与所述第二本征半导体材料为锗。
4.根据权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，所述光电转化层的远离所述衬底硅层的表面为第一表面，所述P型区包括重掺杂P型区，所述N型区包括重掺杂N型区。
5.根据权利要求4所述的光电探测器，其特征在于，所述P型区还包括与所述重掺杂P型区连接的轻掺杂P型区，所述N型区还包括与所述重掺杂N型区连接的轻掺杂N型区，所述轻掺杂P型区位于所述重掺杂P型区的靠近所述N型区的一侧，所述轻掺杂N型区位于所述重掺杂N型区的靠近所述P型区的一侧。
6.根据权利要求4所述的光电探测器，其特征在于，所述本征区还包括位于所述P型区与所述N型区之间的中间本征区。
7.根据权利要求4所述的光电探测器，其特征在于，所述重掺杂P型区和所述重掺杂N型区关于所述第一表面的与所述光传播方向平行的中线对称。
8.根据权利要求5所述的光电探测器，其特征在于，所述轻掺杂P型区和所述轻掺杂N型区关于所述第一表面的与所述光传播方向平行的中线对称。
9.根据权利要求4所述的光电探测器，其特征在于，所述光电探测器还包括：
两个电极，分别为第一电极与第二电极，所述第一电极位于所述重掺杂N型区的远离所述P型轻掺杂层的一侧，所述第二电极位于所述重掺杂P型区的远离所述P型轻掺杂层的一侧。
10.根据权利要求9所述的光电探测器，其特征在于，各所述电极在所述第一表面上的投影位于所述第一表面的内部且所述投影的边界与所述第一表面的边界不重合。
11.根据权利要求9所述的光电探测器，其特征在于，所述第一电极在所述第一表面上的投影位于所述重掺杂N型区的内部，所述第二电极在所述第一表面上的投影位于所述重掺杂P型区的内部。
12.根据权利要求9所述的光电探测器，其特征在于，第一方向为垂直于所述衬底硅层的厚度方向且垂直于所述光传播方向的方向，两个所述电极在所述第一方向上的间隔的宽度大于所述波导区在所述第一方向上的宽度。
13.根据权利要求12所述的光电探测器，其特征在于，所述P型区与所述N型区在所述第一方向上的间隔的宽度大于所述波导区在所述第一方向上的宽度。
14.根据权利要求9所述的光电探测器，其特征在于，第一方向为垂直于所述衬底硅层的厚度方向且垂直于所述光传播方向的方向，两个所述电极在所述第一方向上的间隔的宽度大于所述重掺杂N型区与所述重掺杂P型区在所述第一方向上的间隔的宽度。
15.根据权利要求9所述的光电探测器，其特征在于，所述光电探测器还包括：
保护层，位于所述顶层硅层的远离所述掩埋二氧化硅层的表面上以及所述光电转化层的远离所述P型轻掺杂层的表面上，各所述电极位于所述保护层的远离所述光电转化层的表面上，所述保护层中具有多个接触孔，所述接触孔中填充有接触材料，各所述电极通过所述接触材料与所述光电转化层电连接。
16.根据权利要求15所述的光电探测器，其特征在于，所述保护层为二氧化硅层。
17.根据权利要求15所述的光电探测器，其特征在于，所述接触孔为圆形接触孔或方形接触孔。
18.根据权利要求15所述的光电探测器，其特征在于，所述接触材料包括铝铜合金、钨和铜中的至少一种。
19.根据权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，所述P型轻掺杂层的厚度小于所述掩埋二氧化硅层的厚度。
20.根据权利要求19所述的光电探测器，其特征在于，所述P型轻掺杂层的厚度与所述光电转化层的厚度之和等于或者大于所述掩埋二氧化硅层的厚度与所述顶层硅层的厚度之和。
21.根据权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，所述光耦合区为楔形光耦合区。
22.根据权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，所述耦合光栅包括直条型光栅和/或聚焦型光栅。
23.根据权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，所述波导区为条形波导区。
24.根据权利要求23所述的光电探测器，其特征在于，所述波导区的中心线在所述光电转化层的中心线所在的平面的投影与所述光电转化层的中心线重合。
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