CN113035982A - 全硅掺杂多结电场增强型锗光波导探测器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种全硅掺杂多结电场增强型锗光波导探测器，涉及硅基光电子器件技术领域。本发明中沿第一方向依次堆叠的金属电极、硅氧化上包层、波导层和硅氧化下包层；所述波导层包括锗吸收层和薄硅层，所述锗吸收层位于所述薄硅层和硅氧化上包层之间；所述锗吸收层下方的薄硅层设有多结型掺杂区结构；所述硅氧化上包层包括通孔结构，所述通孔结构连接所述金属电极和所述薄硅层。实现在不增加工艺难度的情况下，同时抑制暗电流、提高探测器响应度、并大范围的提高探测器带宽，即极大地提高了探测器的综合性能。
Description
技术领域
本发明涉及硅基光电子器件技术领域，具体涉及一种全硅掺杂多结电场增强型锗光波导探测器。
背景技术
硅基光子学是一种具有广阔前景的片上技术，主要依赖于绝缘体硅(SOI)平台，广泛应用于光通信、互连和传感。高响应度、高响应速度、低暗电流,响应波长在通信波段的近红外光电探测器是实现光互连芯片的重要组成部分。
SOI技术可以直接用于硅衬底上的探测器，但SOI平台的一个固有缺点是硅不能吸收波长大于1.1μm的光子，即不能实现通信波段的探测。从这个角度来看，截止波长接近1.8μm的锗是片上通信波段光探测的理想选择，波导耦合的硅基锗探测器由于其高性能和片上集成而备受关注和广泛研究。传统的硅基锗光波导探测器需要金属与锗接触并掺杂锗形成P-I-N结。然而，在这些器件中，金属接触对锗的光吸收会导致响应度下降，另外，标准CMOS工艺中锗与金属的欧姆接触技术也不成熟。相比之下，通过只在硅上掺杂并与本征锗形成异质结的横向光波导结构探测器，即使全硅掺杂器件，由于无需锗掺杂也不需要锗金属接触，工艺简单成本较低，同时可以避免金属电极对光的吸收。
然而，目前所知的全硅掺杂的横向光波导结构探测器还没有在不增加工艺难度的情况下，能够同时抑制暗电流、提高响应度、并大范围的提高带宽，从整体上提高器件的综合性能。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种全硅掺杂多结电场增强型锗光波导探测器，解决了现有锗光波导探测器在不增加工艺难度的情况下综合性能差的技术问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种全硅掺杂多结电场增强型锗光波导探测器，包括：沿第一方向依次堆叠的金属电极、硅氧化上包层、波导层和硅氧化下包层；
所述波导层包括锗吸收层和薄硅层，所述锗吸收层位于所述薄硅层和硅氧化上包层之间；
所述锗吸收层下方的薄硅层设有多结型掺杂区结构；
所述硅氧化上包层包括通孔结构，所述通孔结构连接所述金属电极和所述薄硅层。
优选的，所述多结型掺杂区结构至少包括一对P-I-N重掺杂区结构，所述P-I-N重掺杂区结构沿第二方向包括P型重掺杂区和N型重掺杂区，所述P型重掺杂区与N型重掺杂区之间由非掺杂区区域相隔。
优选的，所述多结型掺杂区结构至少还包括一对N-I-P重掺杂区结构，所述N-I-P重掺杂区结构沿所述第二方向包括N型重掺杂区和P型重掺杂区，所述N-I-P重掺杂区结构位于所述非掺杂区区域。
优选的，所述薄硅层还包括沿所述第二方向排列的P型重掺杂区、P型轻掺杂区、N型轻掺杂区和N型重掺杂区；
两轻掺杂区各有一部分与所述锗吸收层沿第一方向的下表面重叠，所述多结型掺杂区结构沿所述第二方向的宽度小于所述锗吸收层减去所述锗吸收层与两轻掺杂区重叠区的宽度。
优选的，所述通孔结构连接所述金属电极和所述P型重掺杂区、N型重掺杂区；
所述金属电极和P型重掺杂连接的为P电极，所述金属电极和N型重掺杂连接的为N电极，其中P电极加反向偏压、N电极接地。
优选的，所述薄硅层还包括刻蚀形成的波导结构；
所述波导结构的一端沿光传播方向连接光栅耦合器或端面耦合器，另一端连接所述多结型掺杂区结构和锗吸收层。
优选的，所述全硅掺杂多结电场增强型锗光波导探测器还包括硅衬底层，所述硅衬底层位于所述硅氧化下包层下方。
优选的，所述锗吸收层为采用低温缓冲层技术生长的锗材料。
(三)有益效果
本发明提供了一种全硅掺杂多结电场增强型锗光波导探测器。与现有技术相比，具备以下有益效果：
本发明中沿第一方向依次堆叠的金属电极、硅氧化上包层、波导层和硅氧化下包层；所述波导层包括锗吸收层和薄硅层，所述锗吸收层位于所述薄硅层和硅氧化上包层之间；所述锗吸收层下方的薄硅层设有多结型掺杂区结构；所述硅氧化上包层包括通孔结构，所述通孔结构连接所述金属电极和所述薄硅层，极大地提高了探测器的综合性能，具体包括：
1、无需增加额外工艺步骤、加工容易，且与CMOS工艺完美兼容。
2、多结型结构能够提高锗吸收区的电场，增加载流子的迁移速度，提高器件带宽，同时本发明结构可以使整个载流子的输运尽量在单晶锗材料中完成，由于锗具有更高的迁移率，同样也是增加器件带宽的因素。
3、多结型结构能将电场调节进入锗吸收层，光生载流子更容易被快速分立并被电极收集。降低了电子空穴对被复合的概率，增加了载流子的收集效率，提高了探测器的响应度。
4、多结型结构能够阻断或减弱锗硅界面附近及缺陷密度较高的缓冲层的电场，进而阻断或消减主要漏电传输通道，降低漏电流。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
图1(a)为本发明实施例提供的一种全硅掺杂多结电场增强型锗光波导探测器的立体结构示意图；
图1(b)本发明实施例提供的一种全硅掺杂多结电场增强型锗光波导探测器的沿垂直光传播方向的截面结构示意图；
图1(c)本发明实施例提供的另一种全硅掺杂多结电场增强型锗光波导探测器的沿垂直光传播方向的截面结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种全硅掺杂多结电场增强型锗光波导探测器与传统的锗光波导探测的工作原理对比图；
图3为本发明实施例提供的一种全硅掺杂多结电场增强型锗光波导探测器锗吸收区的光场分布；
图4为本发明实施例提供的一种全硅掺杂多结电场增强型锗光波导探测器的漏电流与传统结构的对比图；
图5为本发明实施例提供的一种全硅掺杂多结电场增强型锗光波导探测器的光电流与传统结构的对比图；
图6为本发明实施例提供的一种全硅掺杂多结电场增强型锗光波导探测器的带宽与传统结构的对比图；
图7(a)～(c)为本发明实施例提供的一种全硅掺杂多结电场增强型锗光波导探测器的沿光传播垂直方向截面的电场分布图；
图7(d)为本发明实施例提供的另一种全硅掺杂多结电场增强型锗光波导探测器沿光传播垂直方向截面的电场分布。
其中，硅衬底层01，硅氧化下包层02，薄硅层03，锗吸收层04，硅氧化上包层05，金属电极06，通孔结构06a，P型重掺杂区03f，N型重掺杂区03g，其他形式的重掺杂区结构03X，N型重掺杂区03h，P型重掺杂区03i，P型重掺杂区03b、P型轻掺杂区03d、N型轻掺杂区03e，N型重掺杂区03c。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。
本申请实施例通过提供一种全硅掺杂多结电场增强型锗光波导探测器，解决了现有锗光波导探测器在不增加工艺难度的情况下综合性能差的技术问题，实现同时抑制暗电流、提高探测器响应度、并大范围的提高探测器带宽。
本申请实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
本发明中沿第一方向依次堆叠的金属电极、硅氧化上包层、波导层和硅氧化下包层；所述波导层包括锗吸收层和薄硅层，所述锗吸收层位于所述薄硅层和硅氧化上包层之间；所述锗吸收层下方的薄硅层设有多结型掺杂区结构；所述硅氧化上包层包括通孔结构，所述通孔结构连接所述金属电极和所述薄硅层。实现在不增加工艺难度的情况下，同时抑制暗电流、提高探测器响应度、并大范围的提高探测器带宽，即极大地提高了探测器的综合性能。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
一种全硅掺杂多结电场增强型锗光波导探测器，其特征在于，包括：沿第一方向依次堆叠的金属电极06、硅氧化上包层05、波导层和硅氧化下包层02；
所述波导层包括锗吸收层04和薄硅层03，所述锗吸收层04位于所述薄硅层03和硅氧化上包层05之间；
所述锗吸收层04下方的薄硅层03设有多结型掺杂区结构；
所述硅氧化上包层05包括通孔结构06a，所述通孔结06a连接所述金属电极06和所述薄硅层03。
本发明实施例与现有技术相比，实现在不增加工艺难度的情况下，同时抑制暗电流、提高探测器响应度、并大范围的提高探测器带宽，即极大地提高了探测器的综合性能。
实施例：
如图1(a)～(c)所示，本发明实施例提供了一种全硅掺杂多结电场增强型锗光波导探测器，其特征在于，包括：沿第一方向依次堆叠的金属电极06、硅氧化上包层05、波导层、硅氧化下包层02和硅衬底层01。
所述波导层包括锗吸收层04和薄硅层03，所述锗吸收层04位于所述薄硅层03和硅氧化上包层05之间；所述锗吸收层04是外延于所述薄硅层03上表面或嵌入薄硅层03之中。所述嵌入结构是指所述薄硅层03在外延锗吸收层04之前先通过刻蚀工艺刻蚀一定深度，然后再在该刻蚀槽上外延锗吸收层04。因此如图(1b)所示，锗吸收层04是一部分嵌入薄硅层03之中，另一部分凸起位于薄硅层03之上。
所述锗吸收层04下方的薄硅层03设有多结型掺杂区结构；所述锗吸收层04为采用低温缓冲层技术生长的锗材料。
如图1(b)所示，所述多结型掺杂区结构至少包括一对P-I-N重掺杂区结构，所述P-I-N重掺杂区结构沿第二方向包括P型重掺杂区03f和N型重掺杂区03g，所述P型重掺杂区03f与N型重掺杂区03g之间由非掺杂区区域相隔。
如图1(b)～(c)，所述多结型掺杂区结构还包括其他形式的重掺杂区结构03X；例如至少包括一对N-I-P重掺杂区结构，所述N-I-P重掺杂区结构沿所述第二方向包括N型重掺杂区03h和P型重掺杂区03i，所述N-I-P重掺杂区结构位于所述非掺杂区区域。
所述薄硅层03除多结型掺杂区结构外还包括沿所述第二方向排列的P型重掺杂区03b、P型轻掺杂区03d、N型轻掺杂区03e和N型重掺杂区03c。
两轻掺杂区03d、03e各有一部分与所述锗吸收层04沿第一方向的下表面重叠，所述多结型掺杂区结构沿所述第二方向的宽度小于所述锗吸收层04减去所述锗吸收层04与两轻掺杂区03d、03e重叠区的宽度。
需要说明的是，本发明实施例中所述第二方向与所述第一方向互相垂直，假设第一方向为竖直方向，则第二方向为水平方向。
所述硅氧化上包层05包括通孔结构06a，所述通孔结构06a连接所述金属电极06和所述薄硅层03。具体来说，所述通孔结构06a连接所述金属电极06和所述P型重掺杂区03b、N型重掺杂区03c，其金属半导体的接触为欧姆接触；所述金属电极06和P型重掺杂03b连接的为P电极，所述金属电极06和N型重掺杂03c连接的为N电极，其中P电极加反向偏压、N电极接地。
本发明实施例中所述薄硅层03还包括刻蚀形成的波导结构03a。
所述波导结构03a的一端沿光传播方向连接光栅耦合器或端面耦合器，另一端连接所述多结型掺杂区结构和锗吸收层04，通过刻蚀窗口作为锗外延区域。所述光传播方向垂直于所述第一方向和第二方向确定的平面。
所述薄硅层(03)通过P型掺杂(重掺杂03b、轻掺杂03d)和N型掺杂(重掺杂03c、轻掺杂03e)与锗吸收层04及锗吸收层04下方的剩余硅材料形成P-I-N结构。位于通信波段的光通过耦合器进入波导结构03a，在波导结构03a的另一端一部分直接进入锗区被吸收，另一部分进入锗下方的剩余硅层，再通过倏逝波耦合进入锗吸收层04，最终被锗吸收转换为电信号输出。
需要说明的是，载流子迁移率为载流子(电子或空穴)在单位电场作用下的平均迁移速率，单位是cm2/Vs(平方厘米/伏秒)，是由器件结构和材料所决定的固有属性。载流子的漂移速度是由电场强度和迁移率共同决定的，在载流子迁移率确定的情况下，增加电场强度，可以提高载流子的迁移速率。在锗吸收区内形成较强的电场强度，则可以有效的提高锗吸收区内光生载流子的速率。提高光生载流子的迁移速率，就能减小光生载流子到两极收集区所用的渡越时间，从而能够提高探测器的响应速度，即提高带宽。
锗与硅同属IV族元素，尽管硅和锗具有相同的金刚石结构，但它们的晶格常数不同，其中硅的晶格常数为0.5431nm，锗的晶格常数为0.5657nm。因此，硅衬底上外延生长Ge时，其晶格失配度达4.2％。由于锗与硅之间存在晶格结构的失配，导致通过硅基外延生长锗技术制备的Ge探测器存在大量的晶格缺陷。在硅光子技术中，通常采用低温锗缓冲层工艺制备锗吸收层，在400℃以下的温度下生长出应力弛豫的锗缓冲层，厚度约50nm，然后将衬底温度提高到600℃左右，生长合适厚度的锗层。在锗/硅界面处存在大量的缺陷，在电场的作用下会形成漏电通道，界面的缺陷密度和连续的电场会产生较大的漏电流。应理解，在制备单晶锗的过程中，锗缓冲层不是单晶材料，而是多晶材料，多晶材料的迁移率大于非晶材料但是要小于单晶材料。
对应的，本发明实施例提供的全硅掺杂多结电场增强型锗光波导探测器，能够在降低光波导探测器的暗电流的同时，有效提高光波导探测器的带宽和响应度。
本发明实施例的工作原理如图2所示(图中箭头表示主要电场分布情况)，主要可以从三个方面说明本发明实施例结构上的优势。
第一，有效的提高器件的带宽。对于传统结构(图2上)，电场大部分会进入锗吸收层下方的薄硅层导致锗区电场较弱，光进入锗吸收区被吸收后形成电子空穴对，在电场作用下运动，而锗区电场较弱，因此载流子迁移速度较低，导致载流子的渡越时间增加，降低了器件带宽。而本发明实施例结构(图2下)，增加的多结型掺杂区结构会阻断电场在薄硅层03的存在而使电场进入锗吸收层04并得到增强，降低渡越时间，提高带宽。另外，传统结构载流子的输运通道有相当一部分要通过硅层，而硅的电子和空穴迁移率比锗要小的多(硅的电子、空穴迁移率分别是1400cm2/Vs、450cm2/Vs，而锗的电子、空穴迁移率分别是3900cm2/Vs、1900cm2/Vs)，也是导致带宽降低的因素，而本发明实施例结构可以使整个载流子的输运尽量在锗材料中完成，由于锗具有更高的迁移率，同样也是增加器件带宽的因素。
第二，提高器件的响应度。对于传统结构，锗吸收区电场较弱，尤其靠近上表面的区域电场很弱或者电场几乎没有进入该区域，导致该区域载流子还未来得及被输运至电极就被大量复合掉，降低了器件的响应度，本发明实施例结构能让电场更多的进入这些区域，增加载流子的输出效率，降低了载流子的复合概率，提高器件的响应度。
第三，抑制器件的漏电流。锗/硅界面态和锗缓冲层是漏电的主要通道，漏电流的形成是缺陷和电场同时作用的结果，传统结构器件的薄硅层和锗吸收层界面电场较强，导致漏电流较高，本发明实施例通过增加多结型掺杂区结构阻断了锗硅界面处的连续电场，有效的降低了漏电流。需要指出的是，本发明实施例还可以通过不同对正反向掺杂结构的组合及掺杂宽度和位置的变化，可以获得所有关键指标都得到提升探测器，也可以改变参数获得特定应用的部分指标最优的探测器。
为了验证本发明的有益效果，现选取三种参数下的全硅掺杂多结电场增强型锗光波导探测器，详细参数见表一所示的实施例一、实施例二、实施例三和对比结构。
表1
对传统探测器和三种参数下的光波导探测器暗电流、光电流、带宽依次进行测试，其中测试环境为室温，对暗电流和光电流特性的测试主要利用数字源表和直流/高频探针收集电流，对器件带宽的测试主要是基于矢量网络分析仪(VNA)。而光电流及小信号带宽的测试，采用1550nm光源耦合进入光栅耦合器，输入光功率7dBm，光栅耦合器损耗4.45dBm，即进入探测器有源区输入端的光功率为2.55dBm。最终得到结果并进行比较，如图4-6所示。具体包括：
图3所示是锗波导结构吸收区的光场分布，从图中可以看到，光场在锗波导中心位置最强，从波导的中心往边缘，光场强度急剧下降，波导边缘光场强度最弱。光在锗波导区被吸收形成载流子(电子空穴对)，光场强度的分布即对应光生载流子浓度的分布，提高器件的光电流响应就要增加高载流子浓度区域的电场强度，使高光场强度和电场区域尽量重合。为了增强锗波导区域的电场强度，通常的做法是沿图3中水平方向的锗区域两侧掺杂，但这将增加工艺难度和增大锗波导的吸收损耗。本发明实施例所提出的探测器结构就可以不增加锗吸收区掺杂的情况下，同样能增加锗波导吸收区电场强度，进而提高探测器的整体性能。
图7(b)是本发明实施例二的电场分布和传统结构的对比仿真图，可以看到锗波导吸收区的电场得到了显著的增强，图7(a)是沿距离锗/硅界面180nm处锗波导截面的二维电场分布，可以看到实施例二相对于传统结构锗波导区中心电场强度提升了一倍以上。
由图3可知，通过硅波导的光功率主要分布在波导中心，这就导致耦合进入锗吸收区的光场也主要分布在中心区，这将导致中心区高密度载流子的产生，这将增加中心区域的空间电荷效应，导致探测器的饱和功率降低，影响器件带宽和降低响应度。
图7(d)为本发明实施例三吸收区截面电场分布，可以看到该实施例通过多段掺杂结构将电场调制分布在了两个区域，可以通过双硅波导将功率分配后的信号光耦合进入两强电场区，这将有效的降低中心区光功率密度，降低空间电荷效应。
图4是分别对在同一晶圆上加工制备的传统结构、实施例一和实施例二结构探测器测量得到的暗电流数据，实验数据表明本发明实施例的暗电流相对于传统结构有明显的改善。这是由于掺杂结构改变了锗/硅界面的电场分布，图7(c)是实施例二沿锗/硅界面处的电场水平分量，可以看到，传统结构在整个界面区域的水平电场分量是连续的，这是导致暗电流较高的原因。而实施例二结构界面处的水平方向电场是不连续的，在新增的掺杂区域03f和03g处电场为零，03f左侧和03g右侧区域水平电场剧烈变化、方向翻转，只有中心区域电场连续，而该中心区域产生的载流子很难通过两边的无电场区域形成暗电流。因此本发明实施例能够有效地抑制漏电流。
图5是分别对在同一晶圆上加工制备的传统结构、实施例一和实施例二结构探测器测量得到的光电流数据，光信号通过硅波导耦合进入锗波导吸收区，通过图3可知光能量密度在锗波导吸收区密度很高，这导致光电转换后的载流子密度很高，如果这些载流子不能及时的被电场扫出吸收区，将会逐渐聚集，而这些带电载流子又会形成屏蔽电场影响载流子的输出，从而降低光电流。由图7(a)可以看出，实施例新结构可以大幅度提高载流子高密度区域电场强度，这将促进光生载流子的扫出，提高探测器的光电流，进而有效的提高探测器的响应度。
图6是分别对在同一晶圆上加工制备的传统结构、实施例一和实施例二结构探测器测量得到的不同偏压下的S21参数，实验数据表明在-1V偏压下实施例一和实施例二结构探测器带宽分别是传统结构探测器的3.73倍和6.62倍，-2V偏压下实施例一和实施例二结构探测器带宽分别是传统结构探测器的4.54倍和6.32倍。此处带宽提高的原因是新结构减小了光生载流子的渡越时间。
从图7(a)～(d)可以看到，新结构增强了探测器吸收区电场同时阻断了非吸收区的载流子通道。载流子的渡越时间τ＝d/μE，d为耗尽区宽度，μ为载流子迁移率，E为电场强度。新结构器件相对于传统结构提高了电场，同时改变了光生载流子的传输通道，如图7所示，新结构器件使光生载流子主要在高迁移率的锗波导吸收层04传输，避开了低迁移率的多晶硅缓冲层(锗/硅界面处)和薄硅层03，提高了器件的有效迁移率。因此新结构器件大大降低了光生载流子的渡越时间。新结构带宽提高的另一个因素是新结构降低了器件的电容，这是因为传统结构器件的光生载流子的传输通道包括锗波导吸收层4和锗吸收层下方的薄硅层3，两个通道是并联的，因此结电容为两块区域电容之和。而新结构器件锗吸收层下方的薄硅层3通道被阻断，相当于光生载流子的迁移输运通道只剩下锗波导吸收层4，因此降低了电容。新结构器件同时具有更低的电容和更短的渡越时间是新结构器件3dB带宽的提高的原因。
综上所述，与现有技术相比，具备以下有益效果：
本发明中沿第一方向依次堆叠的金属电极、硅氧化上包层、波导层和硅氧化下包层；所述波导层包括锗吸收层和薄硅层，所述锗吸收层位于所述薄硅层和硅氧化上包层之间；所述锗吸收层下方的薄硅层设有多结型掺杂区结构；所述硅氧化上包层包括通孔结构，所述通孔结构连接所述金属电极和所述薄硅层，极大地提高了探测器的综合性能，具体包括：第一、无需增加额外工艺步骤、加工容易，且与CMOS工艺完美兼容；第二、多结型结构能够提高锗吸收区的电场，增加载流子的迁移速度，提高器件带宽，同时本发明结构可以使整个载流子的输运尽量在单晶锗材料中完成，由于锗具有更高的迁移率，同样也是增加器件带宽的因素；第三、多结型结构能将电场调节进入锗吸收层，光生载流子更容易被快速分立并被电极收集。降低了电子空穴对被复合的概率，增加了载流子的收集效率，提高了探测器的响应度；第四、多结型结构能够阻断或减弱锗硅界面附近及缺陷密度较高的缓冲层的电场，进而阻断或消减主要漏电传输通道，降低漏电流。
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。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种全硅掺杂多结电场增强型锗光波导探测器，其特征在于，包括：沿第一方向依次堆叠的金属电极(06)、硅氧化上包层(05)、波导层和硅氧化下包层(02)；
所述波导层包括锗吸收层(04)和薄硅层(03)，所述锗吸收层(04)位于所述薄硅层(03)和硅氧化上包层(05)之间；
所述锗吸收层(04)下方的薄硅层(03)设有多结型掺杂区结构；
所述硅氧化上包层(05)包括通孔结构(06a)，所述通孔结构(06a)连接所述金属电极(06)和所述薄硅层(03)。
2.如权利要求1所述的全硅掺杂多结电场增强型锗光波导探测器，其特征在于，所述多结型掺杂区结构至少包括一对P-I-N重掺杂区结构，所述P-I-N重掺杂区结构沿第二方向包括P型重掺杂区(03f)和N型重掺杂区(03g)，所述P型重掺杂区(03f)与N型重掺杂区(03g)之间由非掺杂区区域相隔。
3.如权利要求2所述的全硅掺杂多结电场增强型锗光波导探测器，其特征在于，所述多结型掺杂区结构至少还包括一对N-I-P重掺杂区结构，所述N-I-P重掺杂区结构沿所述第二方向包括N型重掺杂区(03h)和P型重掺杂区(03i)，所述N-I-P重掺杂区结构位于所述非掺杂区区域。
4.如权利要求2所述的全硅掺杂多结电场增强型锗光波导探测器，其特征在于，所述薄硅层(03)还包括沿所述第二方向排列的P型重掺杂区(03b)、P型轻掺杂区(03d)、N型轻掺杂区(03e)和N型重掺杂区(03c)；
两轻掺杂区(03d、03e)各有一部分与所述锗吸收层(04)沿第一方向的下表面重叠，所述多结型掺杂区结构沿所述第二方向的宽度小于所述锗吸收层(04)减去所述锗吸收层(04)与两轻掺杂区(03d、03e)重叠区的宽度。
5.如权利要求4所述的全硅掺杂多结电场增强型锗光波导探测器，其特征在于，所述通孔结构(06a)连接所述金属电极(06)和所述P型重掺杂区(03b)、N型重掺杂区(03c)；
所述金属电极(06)和P型重掺杂(03b)连接的为P电极，所述金属电极(06)和N型重掺杂(03c)连接的为N电极，其中P电极加反向偏压、N电极接地。
6.如权利要求4所述的全硅掺杂多结电场增强型锗光波导探测器，其特征在于，所述薄硅层(03)还包括刻蚀形成的波导结构(03a)；
所述波导结构(03a)的一端沿光传播方向连接光栅耦合器或端面耦合器，另一端连接所述多结型掺杂区结构和锗吸收层(04)。
7.如权利要求1所述的全硅掺杂多结电场增强型锗光波导探测器，其特征在于，所述全硅掺杂多结电场增强型锗光波导探测器还包括硅衬底层(01)，所述硅衬底层(01)位于所述硅氧化下包层(02)下方。
8.如权利要求1所述的全硅掺杂多结电场增强型锗光波导探测器，其特征在于，所述锗吸收层(04)为采用低温缓冲层技术生长的锗材料。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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