CN114497265B - 一种雪崩光电探测器 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种雪崩光电探测器，包括：衬底；第一绝缘层，形成于所述衬底上；Si器件区，形成于所述绝缘层上，其中，所述Si器件区包括呈水平排列的N型电极接触区、N型高掺区、本征倍增区、P型电荷区、本征吸收区、N型电荷区、P型高掺区以及P型电极接触区；Ge吸收层，形成于P型电荷区、本征吸收区、N型电荷区和P型高掺区的上方。其通过采用具有N型电荷区的CSACM结构，较常规SACM结构，新引入的N型电荷区可以和P型电荷区同时调控上层Ge吸收层的电场，使得探测器在穿通时Ge吸收层内尽可能多地被电场覆盖，同时控制电场的大小，使其既可使得载流子达到饱和漂移速度而提高探测器带宽，又不会产生明显的隧穿电流从而降低探测器暗电流。
Description
技术领域
本公开涉及光电探测器技术领域，具体涉及一种雪崩光电探测器。
背景技术
随着人们对信息传递需求的日益增长，光通讯的传输速度和传输距离有了更高的要求。半导体光电探测器作为光通讯中重要的接收器件，起着举足轻重的作用。与PIN型探测器相比，雪崩光电探测器APD因其内部对光电流的增益，提高了对光信号探测的响应度，在光纤通讯系统中的应用日益广泛。
对于APD探测器而言，增益带宽积是描述其性能的重要参数，增益带宽积越大，表明探测器对光信号的放大和快速传输的能力越强。目前光纤通讯系统中使用的APD主要为InP基的InGaAs/InAlAsAPD，当倍增层InAlAs的厚度在0.15-0.4μm时，其电子空穴碰撞离化率比值K值为0.15-0.25，制备获得的InGaAs/InAlAs-APD的增益带宽积约130-180GHz。要想获得增益带宽积更大的探测器，需要K值更低的材料。
Ge/Si APD中使用的Si材料K值仅为0.1，远小于InAlAs材料，因此可以获得比InP基的InGaAs/InAlAsAPD更高的增益带宽积和更低的过剩噪声。
此外随着Ge材料外延工艺的不断提升，使得基于SOI硅基光电子工艺制备获得大批量的高性能的Ge/Si APD成为可能。这种方法成本更低，同时其制备工艺可与其他无源器件及Si电子芯片的工艺相兼容，因此具有广阔的应用前景。
目前的Ge/SiAPD有垂直结构和侧向结构两种类型。垂直结构的探测器中涉及到的制备工艺比侧向结构更为复杂，成本增高。而锗硅叠层的侧向结构Ge/Si APD工艺相对简单，但由于Ge吸收区在硅层之上，可施加的电场较小，因此存在响应度较低，带宽较小的问题；硅层刻蚀后锗下沉结构的侧向Ge/Si APD，增加了刻蚀工艺，同时也增加了界面的缺陷，引入暗电流增大的风险。
发明内容
针对现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种优化的侧向雪崩光电探测器，其通过采用具有N型电荷区、分离的本征吸收区、P型电荷区、本征倍增区的CSACM结构，较常规SACM结构，新引入的N型电荷区可以和P型电荷区同时调控上层Ge吸收层的电场，使得探测器在穿通时Ge吸收层内尽可能多地被电场覆盖，同时控制电场的大小，使其既可使得载流子达到饱和漂移速度而提高探测器带宽，又不增加刻蚀工艺，不引入工艺缺陷。
本发明提供了一种雪崩光电探测器，包括：衬底；第一绝缘层，形成于所述衬底上；Si器件区，形成于所述绝缘层上，其中，所述Si器件区包括呈水平排列的N型电极接触区、N型高掺区、本征倍增区、P型电荷区、本征吸收区、N型电荷区、P型高掺区以及P型电极接触区；Ge吸收层，形成于P型电荷区、本征吸收区、N型电荷区和P型高掺区的上方。
可选地，所述P型电荷区、本征吸收区、N型电荷区和P型高掺区沿长度方向的一端设置有光波导，用于使载流子渡越方向和光吸收方向彼此垂直，解耦了探测器的响应度和载流子渡越时间之间的相互限制。
可选地，探测器的响应度随着所述Si器件区与Ge吸收层长度的增加而增加。
可选地，所述探测器的带宽随着所述Si器件区与Ge吸收层长度的增加而减小。
可选地，所述Si器件区和Ge吸收层上方设置有第二绝缘层。
可选地，所述N型电极接触区上方的第二绝缘层开设有第一电极接触孔；所述P型电极接触区上方的第二绝缘层开设有第二电极接触孔。
可选地，所述第一电极接触孔和第二电极接触孔中填充有金属电极；所述金属电极与探测器外部连接处设置有电极引线。
本发明还提供了一种雪崩光电探测器的制备方法，用于制备上述的雪崩光电探测器，包括：步骤A：刻蚀SOI晶圆，形成衬底、第一绝缘层、光波导和Si器件区；步骤B：将Si器件区沿水平方向进行选区掺杂，依次形成N型电极接触区、N型高掺区、本征倍增区、P型电荷区、本征吸收区、N型电荷区、P型高掺区和P型电极接触区；步骤C：在第一绝缘层、光波导和Si器件区上方进行淀积，形成第二绝缘层；步骤D：刻蚀P型电荷区、本征吸收区、N型电荷区和P型高掺区上方的第二绝缘层，形成一窗口，在所述窗口内生长Ge形成Ge吸收层。
可选地，还包括：步骤E：在N型电极接触区上方的第二绝缘层开设第一电极接触孔，在P型电极接触区上方的第二绝缘层开设第二电极接触孔；步骤F：在第一电极接触孔和第二电极接触孔分别生长Cu和/或W，形成金属电极。
可选地，还包括：步骤G：在金属电极与探测器外部连接处生长Al，形成电极引线。
本发明中所公开的雪崩光电探测器采用具有N型电荷区、本征吸收区、P型电荷区、本征倍增区的CSACM结构，较常规SACM结构，新引入的N型电荷区可以和P型电荷区同时调控上层Ge吸收层的电场，使得探测器在穿通时Ge吸收层内尽可能多地被电场覆盖，同时控制电场的大小，使其既可使得载流子达到饱和漂移速度而提高探测器带宽，又不会产生明显的隧穿电流从而降低探测器暗电流。
本发明中所公开的雪崩光电探测器通过设计合适的Si器件区与Ge吸收层的长度，使响应度和带宽都比较大。又可以在不影响探测器光吸收的情况下减小Ge吸收区的宽度，这样也可以缩短载流子的渡越时间，提高探测器的带宽。
附图说明
图1示意性示出了根据本公开实施例的雪崩光电探测器的衬底、绝缘层、光波导和Si器件区的组合俯视图；
图2示意性示出了以图1中A线为截面的雪崩光电探测器的剖视图；
图3示意性示出了以图1中B线为截面的雪崩光电探测器的剖视图；
图4示意性示出了根据本公开实施例的雪崩光电探测器的Si器件区和Ge吸收层内的剖面电场图；
图5示意性示出了根据本公开实施例的雪崩光电探测器的Ge吸收区对1310nm波长光的归一化吸收率随Ge吸收区长度的变化关系；
图6示意性示出了根据本公开实施例的雪崩光电探测器的RC时间常数限制的带宽fRC随Ge吸收区长度的变化关系；
图中，衬底-1、第一绝缘层-2、光波导-3、Si器件区-4、N型电极接触区-4-1、N型高掺区-4-2、本征倍增区-43、P型电荷区-4-4、本征吸收区-4-5、N型电荷区-4-6、P型高掺区-4-7、P型电极接触区-4-8、Ge吸收层-5、第一SiOx绝缘层-6、第一通孔-7、第一SiNx截止层-8、第二SiOx绝缘层-9、第二通孔-10、第二SiNx截止层-11、第三SiOx绝缘层-12、第三通孔-13、第三SiNx截止层-14、第四SiOx绝缘层-15、第四通孔-16、第四SiNx截止层-17、第五SiOx绝缘层-18、第五通孔-19、第六通孔-20、第七通孔-21、第八通孔-22、第九通孔-23、第十通孔-24。
具体实施方式
以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
在此使用的所有术语包括技术和科学术语具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释例如，“具有A、B和C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等。
图1示意性示出了根据本公开实施例的雪崩光电探测器的衬底1、绝缘层2、光波导3和Si器件区4的组合俯视图。
图2示意性示出了以图1中A线为截面的雪崩光电探测器的剖视图。
图3示意性示出了以图1中B线为截面的雪崩光电探测器的剖视图。
本公开的实施例提供了一种雪崩光电探测器，如图1-3所示，包括：衬底1；第一绝缘层2，形成于所述衬底1上；Si器件区4，形成于所述第一绝缘层2上，其中，所述Si器件区4包括呈水平排列的N型电极接触区4-1、N型高掺区4-2、本征倍增区4-3、P型电荷区4-4、本征吸收区4-5、N型电荷区4-6、P型高掺区4-7以及P型电极接触区4-8；Ge吸收层5，形成于P型电荷区4-4、本征吸收区4-5、N型电荷区4-6和P型高掺区4-7的上方。
本申请采用具有N型电荷区4-6、本征吸收区4-5、P型电荷区4-4、本征倍增区4-3的CSACM结构，较常规SACM结构，新引入的N型电荷区4-6可以和P型电荷区4-4同时调控上层Ge吸收层5的电场，使得探测器在穿通时Ge吸收层5内尽可能多地被电场覆盖，同时控制电场的大小，使其既可使得载流子达到饱和漂移速度而提高探测器带宽，又不会产生明显的隧穿电流从而降低探测器暗电流。
图4示意性示出了根据本公开实施例的雪崩光电探测器的Si器件区4和Ge吸收层5内的剖面电场图。
从图4中可以看出，加入N型电荷区4-6后，Ge吸收层5内的电场被增强，光生载流子能够被快速扫出，从而提升探测器的响应度和带宽。
其中，N型电极接触区4-1的宽度为600nm，N型高掺区4-2的宽度为1411nm，本征倍增区4-3的宽度为250nm、P型电荷区4-4的宽度为150nm，本征吸收区4-5的宽度为150nm，N型电荷区4-6的宽度为150nm，P型高掺区4-7的宽度为1778nm，P型电极接触区4-8的宽度为600nm。Ge吸收层5的宽度为500nm。
第一绝缘层2所用材料为SiO2。
在一些实施例中，所述P型电荷区4-4、本征吸收区4-5、N型电荷区4-6和P型高掺区4-7沿长度方向的一端设置有光波导3；所述光波导3沿水平方向的宽度较Si器件区4沿水平方向的宽度小，从而光波导3与Si器件区4共同形成一个波导结构，使得载流子渡越方向和光吸收方向彼此垂直，解耦了探测器的响应度和载流子渡越时间之间的相互限制。
其中，光波导3用于引导入射光进入探测器内，尺寸为宽410nm、长10um。
在一些实施例中，所述探测器的响应度在一定范围内随着所述Si器件区与Ge吸收层长度的增加而增加，适当增加所述Si器件区与Ge吸收层的长度有助于提高所述探测器的响应度。
响应度R是评估光电探测器性能的一个重要参数，通常用于表征光电探测器的光电转换效率，定义为每单位入射光功率产生的光电流，单位是A/W。响应度可以等效地用外量子效率ηext来表征。对于简单的垂直结构的探测器，外量子效率可以近似地表示为：ηext＝(1-r)(1-e-αd)，其中，d是吸收区的厚度，d是吸收系数，r是探测器表面的反射率。响应度R与外量子效率ηext之间的关系可以表示为：
其中，I是光生电流，P是入射光功率，hv是入射光子能量，e是电子电荷。因此对于简单的垂直结构探测器，当其它条件固定时，增加吸收区厚度可以有效提高探测器响应度。同样地，对于所述探测器，适当增加所述Si器件区与Ge吸收层的长度有助于提高所述探测器的响应度，但还需考虑波导的限制因子等因素。
在一些实施例中，所述探测器的带宽受Si器件区与Ge吸收层各区域宽度、掺杂分布和长度等因素的共同限制，在不影响所述探测器响应度的前提下适当减小Si器件区与Ge吸收层的长度有助于提高所述探测器的带宽。
探测器的3dB(表示为f3dB)带宽主要受两个因素影响，一个是RC时间常数，由它限制的带宽可以表示为fRC；另一个是载流子渡越时间和倍增时间，由它们限制的带宽可以表示为fT&M，这三个参数之间的关系如下所示：
1/f3dB 2＝1/fRC 2+1/fT&M 2
对于所述的探测器而言，Ge吸收层5的长度主要影响fRC，当其它条件固定时，减小Ge吸收层5的长度可以有效提高fRC。
Ge吸收层5的长度与Si器件区4的长度相同，均为d，d为图1中纵向的距离，在一定范围内，d越长响应度R越大，但当fT&M一定时带宽f3dB会随d的增加而减小，通过设计合适的d值，使响应度和带宽都比较大。
当确定Si器件区4和Ge吸收层5各个区域的宽度后，可以通过仿真计算Ge吸收区对1310nm光的归一化吸收率及其长度的关系如图5所示。当取串联电阻为50Ω时，可以计算获得RC时间常数限制的带宽fRc与Ge吸收区长度的关系如图6所示。
图5示意性示出了根据本公开实施例的雪崩光电探测器的Ge吸收区对1310nm波长光的归一化吸收率随Ge吸收区长度的变化关系；
图6示意性示出了根据本公开实施例的雪崩光电探测器的RC时间常数限制的带宽fRc随Ge吸收区长度的变化关系。
结合图5和图6取合适的Ge吸收区长度以同时获得较高的探测器带宽和响应度。
在不影响探测器光吸收的情况下减小Ge吸收区5的宽度，这样也可以缩短载流子的渡越时间，提高探测器的带宽。
本实施例中，d为20um。
在一些实施例中，所述Si器件区4和Ge吸收层5上方设置有第二绝缘层。绝缘层可以将大面积电极引线与探测器表面进行电学隔离，控制探测器的漏电流。同时也起到了隔离水汽和灰尘等污染的作用。
其中，第二绝缘层包括至少一个SiOx绝缘层，还可以包括设置于每两相邻SiOx绝缘层中的至少一个SiNx截止层。
另有，至少一个SiOx绝缘层包括第一SiOx绝缘层6、第二SiOx绝缘层9、第三SiOx绝缘层12、第四SiOx绝缘层15和第五SiOx绝缘层18，第一SiOx绝缘层6设置于Ge吸收层5、光波导3和第一绝缘层2之上，第二SiOx绝缘层9设置于Ge吸收层5和光波导3之上，第三SiOx绝缘层12设置于第二SiOx绝缘层9之上，第四SiOx绝缘层15设置于第三SiOx绝缘层12之上，第五SiOx绝缘层18设置于第四SiOx绝缘层15之上。
至少一个SiNx截止层包括第一SiNx截止层8、第二SiNx截止层11、第三SiNx截止层14和第四SiNx截止层17。第一SiNx截止层8设置于第一SiOx绝缘层6和第二SiOx绝缘层9之间；第二SiNx截止层11设置于第二SiOx绝缘层9和第三SiOx绝缘层12之间；第三SiNx截止层14设置于第三SiOx绝缘层12和第四SiOx绝缘层15之间；第四SiNx截止层17设置于第四SiOx绝缘层15和第五SiOx绝缘层18之间。
在一些实施例中，所述N型电极接触区4-1上方的第二绝缘层开设有第一电极接触孔；所述P型电极接触区4-8上方的第二绝缘层开设有第二电极接触孔。电极接触孔内用于填充导电金属，从而连接器件区的电极接触区和电极引线，从而可以通过电极引线对器件区施加外部偏置电压。
其中，第一电极接触孔包括有第一通孔7、第二通孔10、第三通孔13、第四通孔16和第五通孔19。第一通孔7开设于N型电极接触区4-1上方的第一SiOx绝缘层6中；第二通孔10开设于N型电极接触区4-1上方的第一SiNx截止层8和第二SiOx绝缘层9中；第三通孔13开设于N型电极接触区4-1上方的第二SiNx截止层11和第三SiOx绝缘层12中；第四通孔16开设于N型电极接触区4-1上方的第三SiNx截止层14和第四SiOx绝缘层15中；第五通孔19开设于N型电极接触区4-1上方的第四SiNx截止层17和第五SiOx绝缘层18中。
第二电极接触孔包括有第六通孔20、第七通孔21、第八通孔22、第九通孔23和第十通孔24。第六通孔20开设于P型电极接触区4-8上方的第一SiOx绝缘层6中；第七通孔21开设于P型电极接触区4-8上方的第一SiNx截止层8和第二SiOx绝缘层9中；第八通孔22开设于P型电极接触区4-8上方的第二SiNx截止层11和第三SiOx绝缘层12中；第九通孔23开设于P型电极接触区4-8上方的第三SiNx截止层14和第四SiOx绝缘层15中；第十通孔24开设于P型电极接触区4-8上方的第四SiNx截止层17和第五SiOx绝缘层18中。
在一些实施例中，所述第一电极接触孔和第二电极接触孔中填充有金属电极；所述金属电极与探测器外部连接处设置有电极引线。电极接触孔内填充的导电金属用于连接器件区的电极接触区和最外部的电极引线，从而可以通过电极引线对器件区施加外部偏置电压。
其中，第一通孔7、第二通孔10、第三通孔13、第四通孔16、第六通孔20、第七通孔21、第八通孔22和第九通孔23中依次填充有第一电极连接、第一电极、第一电极过渡、第三电极、第二电极连接、第二电极、第二电极过渡和第四电极。第一电极连接和第二电极连接所用材料为金属W；第一电极、第二电极、第三电极、第四电极、第一电极过渡和第二电极过渡所使用的材料为Cu。
第五通孔19和第十通孔24中依次填充有第一电极引线和第二电极引线，第一电极引线和第二电极引线所使用的材料为金属Al。
本公开的实施例还提供了一种雪崩光电探测器的制备方法，如图1-3所示，用于制备上述的雪崩光电探测器，包括：
步骤A：采用光刻工艺，在SOI晶圆上光刻出光波导3及Si器件区4的外部轮廓，使用刻蚀工艺，将其余部分的Si单晶材料层刻蚀掉，刻蚀至第一绝缘层2后停止，形成衬底1、第一绝缘层2、光波导3和Si器件区4，此处的光波导3和器件区4所用材料为单晶Si；
步骤B：将Si器件区4沿水平方向进行选区掺杂，依次形成N型电极接触区4-1、N型高掺区4-2、本征倍增区4-3、P型电荷区4-4、本征吸收区4-5、N型电荷区4-6、P型高掺区4-7和P型电极接触区4-8；
步骤C：在第一绝缘层2、光波导3和Si器件区4上方进行淀积，形成第二绝缘层；
步骤D：刻蚀P型电荷区4-4、本征吸收区4-5、N型电荷区4-6和P型高掺区4-7上方的第二绝缘层，形成一窗口，在所述窗口内生长Ge形成Ge吸收层5；
步骤E：在N型电极接触区4-1上方的第二绝缘层开设第一电极接触孔，在P型电极接触区4-8上方的第二绝缘层开设第二电极接触孔；
步骤F：在第一电极接触孔和第二电极接触孔分别生长Cu和/或W，形成金属电极；
步骤G：在金属电极与探测器外部连接处生长Al，形成电极引线。
其中，步骤C、D、E、F和G还包括：
采用淀积工艺，在第一绝缘层2、光波导3和Si器件区4的上方表面生长第一SiOx绝缘层6的下半部分，并进行化学机械研磨，以保持表面平整；
采用光刻工艺，在第一SiOx绝缘层6的下半部分上光刻Ge吸收区5的窗口图形，然后使用刻蚀工艺，将窗口图形下的第一SiOx绝缘层6的下半部分刻蚀掉，刻蚀至Si器件区4后停止，露出Ge吸收层5的生长区域；
采用外延生长工艺，在Ge吸收区的窗口内生长单晶Ge材料作为Ge吸收层5；
采用淀积工艺，在Ge吸收层5和第一SiOx绝缘层6的下半部分的上表面继续生长第一SiOx绝缘层6的上半部分，并进行化学机械研磨，以保持表面平整；
采用光刻工艺，在第一SiOx绝缘层6上光刻出第一通孔7和第六通孔20的图形，然后使用刻蚀工艺，将窗口图形下第一SiOx绝缘层6刻蚀掉，刻蚀至第三层的Si器件区4后停止；
采用淀积工艺，在刻蚀出的第一通孔7和第六通孔20内分别生长金属W，形成第一电极连接和第二电极连接，并进行化学机械研磨，以保持表面平整；
采用淀积工艺，在第一SiOx绝缘层6上生长一定厚度的SiNx材料第一SiNx截止层8；
采用淀积工艺，在第一SiNx截止层8表面生长一定厚度的SiOx材料作第二SiOx绝缘层9，并进行化学机械研磨，以保持表面平整；
采用光刻工艺，在第二SiOx绝缘层9上光刻出第二通孔10和第七通孔21的图形，然后使用刻蚀工艺，将通孔图形下第二SiOx绝缘层9刻蚀掉，随后继续将下方的第一SiNx截止层8刻蚀掉，刻蚀至第一电极连接和第二电极连接后停止；
采用淀积工艺，在第二通孔10生长金属Cu作为第一电极，在第七通孔21内生长金属Cu作为第二电极，并进行化学机械研磨，以保持表面平整。
采用淀积工艺，在第二SiOx绝缘层9表面生长一定厚度的SiNx材料作第二SiNx截止层11，并进行化学机械研磨，以保持表面平整；
采用淀积工艺，在第二SiNx截止层11表面生长一定厚度的SiOx材料作第三SiOx绝缘层12，并进行化学机械研磨，以保持表面平整；
采用光刻工艺，在第三SiOx绝缘层12上光刻出第三通孔13和第八通孔22的图形，然后使用刻蚀工艺，将通孔图形下第三SiOx绝缘层12刻蚀掉，随后继续将下方的第二SiNx截止层11刻蚀掉，刻蚀至第一电极和第二电极后停止；
采用淀积工艺，在第三通孔13内生长金属Cu作为第一电极过渡，在第八通孔22内生长金属Cu作为第二电极过渡，并进行化学机械研磨，以保持表面平整；
采用淀积工艺，在第三SiOx绝缘层12表面生长一定厚度的SiNx材料作第三SiNx截止层14，并进行化学机械研磨，以保持表面平整；
采用淀积工艺，在第三SiNx截止层14表面生长一定厚度的SiOx材料作第四SiOx绝缘层15，并进行化学机械研磨，以保持表面平整；
采用光刻工艺，在第四SiOx绝缘层15上光刻出第四通孔16和第九通孔23的图形，然后使用刻蚀工艺，将通孔图形下第四SiOx绝缘层15刻蚀掉，随后继续将下方的第三SiNx截止层14刻蚀掉，刻蚀至第一电极过渡和第二电极过渡后停止；
采用淀积工艺，在第四通孔16内生长金属Cu作为第三电极，在第九通孔23内生长金属Cu作为第四电极，并进行化学机械研磨，以保持表面平整；
采用淀积工艺，在第四SiOx绝缘层15表面生长一定厚度的SiNx材料作第四SiNx截止层17，并进行化学机械研磨，以保持表面平整；
采用淀积工艺，在第四SiNx截止层17表面生长一定厚度的SiOx材料作第五SiOx绝缘层18，并进行化学机械研磨，以保持表面平整；
采用光刻工艺，在第五SiOx绝缘层18上光刻出第五通孔19和第十通孔24的图形，然后使用刻蚀工艺，将通孔图形下第五SiOx绝缘层18刻蚀掉，随后继续将下方的第四SiNx截止层17刻蚀掉，刻蚀至第三电极和第四电极后停止；
采用淀积工艺，在第五通孔19内生长金属Al作为第一电极引线，在第十通孔24内生长金属Al作为第二电极引线，并进行化学机械研磨，以保持表面平整。
在本实施例中通过上述技术方案制备的雪崩光电探测器；10倍增益下的3dB带宽可达到20GHz，最大增益带宽积可达到364GHz，可以应用于高速、高灵敏度的光信号探测。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种雪崩光电探测器，其特征在于，包括：
衬底(1)；
第一绝缘层(2)，形成于所述衬底(1)上；
Si器件区(4)，形成于所述第一绝缘层(2)上，其中，所述Si器件区(4)包括呈水平排列的N型电极接触区(4-1)、N型高掺区(4-2)、本征倍增区(4-3)、P型电荷区(4-4)、本征吸收区(4-5)、N型电荷区(4-6)、P型高掺区(4-7)以及P型电极接触区(4-8)；
Ge吸收层(5)，形成于P型电荷区(4-4)、本征吸收区(4-5)、N型电荷区(4-6)和P型高掺区(4-7)的上方；以及，
第二绝缘层，设置于所述Si器件区(4)和所述Ge吸收层(5)上方；
其中，所述第二绝缘层包括至少一个SiOx绝缘层，和设置于每两相邻SiOx绝缘层中的至少一个SiNx截止层。
2.根据权利要求1所述的雪崩光电探测器，其特征在于，所述P型电荷区(4-4)、本征吸收区(4-5)、N型电荷区(4-6)和P型高掺区(4-7)沿长度方向的一端设置有光波导(3)，用于使载流子渡越方向和光吸收方向彼此垂直，解耦了探测器的响应度和载流子渡越时间之间的相互限制。
3.根据权利要求1所述的雪崩光电探测器，其特征在于，所述探测器的响应度随着所述Si器件区(4)与Ge吸收层(5)长度的增加而增加。
4.根据权利要求3所述的雪崩光电探测器，其特征在于，所述探测器的带宽随着所述Si器件区(4)与Ge吸收层(5)长度的增加而减小。
5.根据权利要求1所述的雪崩光电探测器，其特征在于，所述N型电极接触区(4-1)上方的第二绝缘层开设有第一电极接触孔；所述P型电极接触区(4-8)上方的第二绝缘层开设有第二电极接触孔。
6.根据权利要求5所述的雪崩光电探测器，其特征在于，所述第一电极接触孔和第二电极接触孔中填充有金属电极；所述金属电极与探测器外部连接处设置有电极引线。
7.一种雪崩光电探测器的制备方法，用于制备如权利要求1至6中任一项所述的雪崩光电探测器，其特征在于，包括：
步骤A：刻蚀SOI晶圆，形成衬底(1)、第一绝缘层(2)、光波导(3)和Si器件区(4)；
步骤B：将Si器件区(4)沿水平方向进行选区掺杂，依次形成N型电极接触区(4-1)、N型高掺区(4-2)、本征倍增区(4-3)、P型电荷区(4-4)、本征吸收区(4-5)、N型电荷区(4-6)、P型高掺区(4-7)和P型电极接触区(4-8)；
步骤C：在第一绝缘层(2)、光波导(3)和Si器件区(4)上方进行淀积，形成第二绝缘层；
步骤D：刻蚀P型电荷区(4-4)、本征吸收区(4-5)、N型电荷区(4-6)和P型高掺区(4-7)上方的第二绝缘层，形成一窗口，在所述窗口内生长Ge形成Ge吸收层(5)。
8.根据权利要求7所述的雪崩光电探测器的制备方法，其特征在于，还包括：
步骤E：在N型电极接触区(4-1)上方的第二绝缘层开设第一电极接触孔，在P型电极接触区(4-8)上方的第二绝缘层开设第二电极接触孔；
步骤F：在第一电极接触孔和第二电极接触孔分别生长Cu和/或W，形成金属电极。
9.根据权利要求8所述的雪崩光电探测器的制备方法，其特征在于，还包括：
步骤G：在金属电极与探测器外部连接处生长Al，形成电极引线。
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