CN117293205A - 一种双层吸收结构波导型锗硅光电探测器及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双层吸收结构波导型锗硅光电探测器及其制作方法，涉及光电探测领域，其技术方案要点是：包括衬底层、二氧化硅埋层、硅波导层、吸收结构和金属电极；衬底层、二氧化硅埋层和硅波导层自下而上堆叠设置，其中，二氧化硅埋层，设置于衬底层的表面，二氧化硅埋层上刻蚀有凹槽；吸收结构，包括设置于硅波导层的本征i‑Si区远离二氧化硅埋层一侧表面的上吸收层和设置于硅波导层的本征i‑Si区靠近二氧化硅埋层另一侧表面的下吸收层，下吸收层嵌设于凹槽中；金属电极，包括第一电极和第二电极，第一电极设置于第一重掺杂层上方，第二电极设置于第二重掺杂层上方。其能够提高波导型锗硅光电探测器件响应带宽，实现高速和大容量传输的光纤通信。

Description

一种双层吸收结构波导型锗硅光电探测器及其制作方法
技术领域
本发明涉及光电探测领域，特别涉及一种双层吸收结构波导型锗硅光电探测器及其制作方法。
背景技术
在如今的高速光通信中，信号传输的容量越来越大，对各种器件的带宽提出了越来越严苛的要求。影响波导型锗硅PIN光电探测器件带宽的主要有有器件结电容和光生电子和空穴的漂移时间这两个因素。为了保证器件对入射光的充分吸收以获得获得足够大的响应度，往往需要设计足够长度和厚度的锗吸收层。但锗吸收层长度的增加必然会加大器件的结电容，影响器件带宽。而锗吸收层厚度的增加一方面会使得光生电子和空穴的漂移路程加长，另一方面会使得锗内的电场偏弱（特别是锗顶部区域）进而影响光生电子和空穴漂移速度，这两个原因都会增加光生电子和空穴的漂移时间，影响器件的带宽。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的第一个目的在于提供一种双层吸收结构波导型锗硅光电探测器，其特点是能够提高波导型锗硅光电探测器件响应带宽，实现高速和大容量传输的光纤通信。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种双层吸收结构波导型锗硅光电探测器，包括衬底层、二氧化硅埋层、硅波导层、吸收结构和金属电极；所述衬底层、二氧化硅埋层和硅波导层自下而上堆叠设置，其中，二氧化硅埋层，设置于衬底层的表面，所述二氧化硅埋层上刻蚀有凹槽；硅波导层，设置于二氧化硅埋层表面，包括依次连接的入射波导、硅拉锥结构、硅平板波导，其中，入射波导，用于传输入射光，使入射光耦合进入硅拉锥结构；硅拉锥结构，用于对入射光进行模斑转换，以使入射光耦合进入硅平板波导；硅平板波导，用于进行掺杂；硅平板波导上设置有第一重掺杂区、第一轻掺杂区、第二重掺杂区、第二轻掺杂区和本征i-Si区；吸收结构，包括设置于本征i-Si区远离二氧化硅埋层一侧表面的上吸收层和设置于本征i-Si区靠近二氧化硅埋层另一侧表面的下吸收层，所述下吸收层嵌设于所述凹槽中；金属电极，包括第一电极和第二电极，所述第一电极设置于所述第一重掺杂层上方，所述第二电极设置于所述第二重掺杂层上方。
进一步地，所述上吸收层和所述下吸收层的厚度一致，并位于本征i-Si区的中间位置。
进一步地，所述上吸收层和所述下吸收层相对于硅平板波导对称。
进一步地，所述上吸收层或下吸收层为具有特定端面形状的柱形结构，所述特定端面形状包括矩形或三角形或梯形或弧形。
进一步地，还包括二氧化硅上包层，二氧化硅上包层设于二氧化硅埋层上，硅波导层、吸收结构和金属电极均被包裹于二氧化硅上包层和二氧化硅埋层内。
本发明的另一目的在于提供一种双层吸收结构波导型锗硅光电探测器的制作方法，其特点是能够提高波导型锗硅光电探测器件响应带宽，实现高速和大容量传输的光纤通信。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种双层吸收结构波导型锗硅光电探测器的制作方法，用于制作上述的光电探测器，包括如下步骤：提供衬底层，并在衬底层上制备二氧化硅埋层；在二氧化硅埋层上刻蚀凹槽；在凹槽中制备下吸收层；在二氧化硅埋层上用外延和干法刻蚀制备包括入射波导、硅拉锥结构、硅平板波导的硅波导层；所述硅平板波导的本征i-Si区位于所述下吸收层的正上方；用外延和干法刻蚀制备上吸收层；用沉积薄膜和干法刻蚀制备金属电极。
进一步地，所述在凹槽中制备下吸收层包括，在二氧化硅埋层上外延下吸收层材料，然后用干法刻蚀去除凹槽外多余的下吸收层材料。
进一步地，还包括沉积二氧化硅薄膜制备二氧化硅上包层，包裹所述硅波导层、吸收结构和金属电极。
本发明的另一目的在于提供一种芯片，其特点是芯片的接收端具有较高的响应带宽，能够实现高速和大容量传输的光纤通信。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种芯片，内置有上述任一项所述的光电探测器。
本发明的另一目的在于提供一种光电子设备，其特点是设备的接收端口具有较高的响应带宽，能够实现高速和大容量传输的光纤通信。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种光电子设备，包括上述的芯片。
本发明的有益效果在于:本发明提供的双层吸收结构波导型锗硅光电探测器，相比而言，其单个吸收层的厚度减小，在上吸收层或下吸收层中产生的光生电子和空穴只需经过较短的路径就能漂移到本征i-Si区。同时，吸收层边缘区域的电场比传统光电探测器中的吸收层边缘区域的电场大，光生电子和空穴的漂移速度得到提升。由于光生电子和空穴的漂移速度增大，漂移路程减小，因此光生电子和空穴的漂移时间减小，器件的响应带宽得到提升。同时，本发明的光电探测器的吸收层的等效厚度可以设置为与传统光电探测器一致，从而保证其具有良好的响应度。因此本发明的光电探测器在保证响应度的情况下，具有优点较高的响应带宽，有利于实现波导型锗硅光电探测器在高速和大容量传输光纤通信中的应用。
附图说明
图1为现有技术的波导型锗硅光电探测器的结构示意图；
图2为现有技术的波导型锗硅光电探测器的截面图；
图3为实施例1的结构示意图；
图4为实施例1的截面图；
图5为实施例1和现有技术的光响应电流随偏置电压变化曲线图；
图6为实施例1和现有技术的信号衰减随频率变化的曲线图；
图7为实施例1的上、下吸收层端面均为三角形的光电探测器的截面图；
图8为实施例1的上、下吸收层端面均为梯形的光电探测器的截面图；
图9为实施例1的上、下吸收层端面均为弧形的光电探测器的截面图；
图10为实施例1的上、下吸收层存在工艺误差时的光电探测器的截面图；
图11为实施例2的制作方法流程图。
附图标记：1、锗吸收层；11、上吸收层；12、下吸收层；2、硅波导层；21、入射波导；22、硅拉锥结构；23、硅平板波导；231、第一轻掺杂区；232、第一重掺杂区；233、第二轻掺杂区；234、第二重掺杂区；235、本征i-Si区；3、衬底层；4、二氧化硅埋层；5、第一电极；6、第二电极；7、二氧化硅上包层。
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，下面将结合本发明实施例中的附图，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。
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。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
现有的波导型锗硅光电探测器主要采用以下方案实现：如图1-2所示，锗吸收层设置在硅平板波导23上，当入射光经过入射波导21、硅拉锥结构22进入硅平板波导23后，逐渐耦合到锗吸收层并被其吸收，产生相应的光生电子空穴对。器件两端的第一电极5和第二电极6施加相应的电压后，在器件内产生相应的电场，且电场会延申进入锗吸收层。锗吸收层产生的光生电子空穴对在电场作用下，会朝着相反方向做漂移运动并最终被器件两端的电极吸收，光信号由此转变为电信号。
影响上述光电探测器带宽的主要因素有以下两个：光电探测器的结电容、光生电子及空穴的漂移时间。为了保证器件的吸收层对入射光的充分吸收以使光电探测器获得足够大的响应度，往往需要锗吸收层设计为具有足够长度和厚度。但锗吸收层长度的增加必然会加大器件的结电容，导致器件带宽下降。图2中的h表示锗吸收层的厚度，虚线箭头用于显示电子的漂移路径。由图2可知，锗吸收层厚度h的增加一方面会使得光生电子和空穴的漂移路程加长，另一方面会使得锗吸收层内（特别是锗吸收层顶部区i-Si域）的电场偏弱。上述两个因素都会影响光生电子和空穴漂移速度，增加光生电子和空穴的漂移时间，导致器件的带宽下降。因此如何在保证光电探测器响应度的前提下，提高器件的响应带宽是一大技术难点。
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种双层吸收结构波导型锗硅光电探测器及其制作方法。
实施例1：一种双层吸收结构波导型锗硅光电探测器，如图3-4 所示，包括衬底层3、二氧化硅埋层4、硅波导层2、吸收结构和金属电极。衬底层3、二氧化硅埋层4和硅波导层2自下而上堆叠设置，其中，
衬底层3，用于支撑和稳定探测器的主要元件。
二氧化硅埋层4，设置于衬底层3的表面，所述二氧化硅埋层4上刻蚀有凹槽，凹槽用于容置下吸收层12。
具体地，二氧化硅埋层4与衬底层3由标准SOI工艺平台制成。标准SOI工艺平台（SOI，Silicon-On-Insulator）是一种常用的半导体加工技术，用于制备高性能的电子器件。其主要特点是在硅衬底上生长一层绝缘层（通常是二氧化硅），再在绝缘层上生长一层薄硅层，从而形成硅-绝缘层-硅结构。这种结构可以减少电子器件中的电子漂移和电子互相干扰，从而提高器件的性能和可靠性。二氧化硅埋层4的厚度通常为2um。
硅波导层2，设置于二氧化硅埋层4表面，包括依次连接的入射波导21、硅拉锥结构22、硅平板波导23。
入射波导21，用于传输入射光，使入射光耦合进入硅拉锥结构22。
硅拉锥结构22，用于对入射光进行模斑转换，以使入射光耦合进入硅平板波导23。硅平板波导23，用于进行掺杂。
硅平板波导23上设置有第一重掺杂区232、第一轻掺杂区231、第二重掺杂区234、第二轻掺杂区233和本征i-Si区235。具体地，所述本征i-Si区235、第一轻掺杂区231、第二轻掺杂区233均设置于所述二氧化硅埋层4的上方，所述本征i-Si区235设置于所述第一轻掺杂区231和第二轻掺杂区233之间，第一重掺杂区232设置于第一轻掺杂区231远离二氧化硅埋层4的一侧，第二重掺杂区234设置于第二轻掺杂区233远离二氧化硅埋层4的一侧。
吸收结构，包括设置于本征i-Si区235远离二氧化硅埋层4一侧表面的上吸收层11，和设置于本征i-Si区235靠近二氧化硅埋层4另一侧表面的下吸收层12，所述下吸收层12嵌设于所述凹槽中。
金属电极，包括第一电极5和第二电极6，所述第一电极5设置于所述第一重掺杂层上方，所述第二电极6设置于所述第二重掺杂层上方。在一个具体的实施例中，第一电极5和第二电极6都为铝电极。
通过上述设置，将锗吸收层，也即本实施例中的吸收结构，分成两个部分，分布于本征i-Si区235的上、下表面，使单个吸收层的厚度减小，使得在上吸收层11或下吸收层12中产生的光生电子和空穴只需经过较短的路径就能漂移到本征i-Si区235。同时，由于在吸收结构中的电场是从硅波导层2延申进入到吸收结构中，当单个吸收层的厚度较厚时，在吸收层内远离本征i-Si区235的边缘的电场往往比较弱，光生电子和空穴的漂移速度也会比较慢。当单个吸收层厚度减少后， 吸收层边缘区i-Si域的电场比传统光电探测器中的吸收层边缘区i-Si域的电场大，光生电子和空穴的漂移速度也会得到提升。由于光生电子和空穴的漂移速度增大，漂移路程减小，因此光生电子和空穴的漂移时间减小，器件的响应带宽得到提升。图6给出了通过仿真得到的单层Ge吸收结构器件和双层Ge吸收结构器件的信号衰减随频率变化的曲线，图6中的黑色实线为双层Ge吸收结构器件的信号衰减随频率变化的曲线，黑色虚线为单层Ge吸收结构器件的信号衰减随频率变化的曲线；图6中的“Normal-Res”表示信号衰减，“Frequnency”表示信号频率。设置图6的仿真条件为，二者除锗吸收层的分布不同之外，其它设置条件完全相同。从图6可以明显看出双层Ge吸收结构器件的3dB带宽要明显大于单层Ge吸收结构器件的。
而上吸收层11和下吸收层12的厚度之和可以设置为大于或等于传统波导型锗硅光电探测器的吸收层厚度，从而使本发明的等效吸收层，即本实施例中的吸收结构（包括上吸收层11和下吸收层12）厚度相对于传统波导型锗硅光电探测器的锗吸收层的厚度不发生改变或等效厚度更大，从而保证本发明中吸收结构的光吸收率不变或提高，保证本发明的光电探测器具有良好的响应度。
如图4所示，在一个具体的实施例中，第一轻掺杂区231为p+掺杂区i-Si域，掺杂浓度通常为1e17~1e18/cm3。第二轻掺杂区233为n+掺杂区i-Si域，掺杂浓度通常为1e17~1e18/cm3。第一重掺杂区232为p++掺杂区i-Si域，掺杂浓度通常要求大于1e19/cm3，以和金属电极形成欧姆接触，以减小接触电阻。第二重掺杂区234为n++掺杂区i-Si域，掺杂浓度通常要求大于1e19/cm3，以和金属电极形成欧姆接触，以减小接触电阻。第一电极5为阴极，第二电极6为阳极。硅掺杂浓度的选择通常会由晶圆制备厂所发布的PDK设计规则确定，但应满足上述所要求的掺杂区i-Si间。在其他实施例中，p++掺杂区i-Si域和n++掺杂区i-Si域的位置可以互换，相应地，p+掺杂区i-Si域和n+掺杂区i-Si域的位置也可以互换，同时，第一电极5和第二电极6也可以互换，根据需要设定即可。
优选地，所述上吸收层11和所述下吸收层12的厚度一致，并位于本征i-Si区235在宽度方向上的中间位置。该种结构能够使得光生电子和空穴的漂移时间获得最小值，器件的响应带宽最大。图4即示出了这一实施例，在图4中，0.5h表示上吸收层11或下吸收层12的厚度，虚线箭头用于显示电子的漂移路径。将图4与图2对比，假设传统波导型锗硅光电探测器的厚度为h，设置上吸收层11和下吸收层12的厚度之和也为h。当一边锗吸收层的厚度由0.5h减小到0，而另一边锗吸收层的厚度由0.5h增加到h的过程中，光生电子和空穴的漂移时间是单调增大的，器件的响应带宽也会单调减小。因此，设置上吸收层11和所述下吸收层12的厚度一致，即上吸收层11和下吸收层12的厚度均为0.5h。需要注意的是，由于下吸收层12是先通过刻蚀二氧化硅埋层4，再进行锗吸收层生长形成的，因此锗吸收层的形状是由刻蚀的二氧化硅凹槽确定。而上层锗吸收层是先整面生长锗吸收层薄膜，再对其进行刻蚀得到预设的形状。工艺制备的不一致可能会导致器件上下层的锗吸收层的厚度不一致。这些工艺偏差带来的器件结构的不对称可能会使器件在性能的优化上达不到最优值，但仍能使器件的工作带宽有明显的提高。
优选地，所述上吸收层11和所述下吸收层12相对于硅平板波导23对称。这样设置能够保证器件相对于传统光电探测器具有相近的响应度。图5给出了通过仿真得到的单层锗吸收结构器件和本实施例双层锗吸收结构器件的光响应电流随偏置电压变化的曲线，图5中的黑色实线为本实施例双层锗吸收结构器件的光响应电流随偏置电压变化的曲线，黑色虚线为单层锗吸收结构器件的光响应电流随偏置电压变化的曲线。图5中的“Voltage”表示电压。设置图5的仿真条件为，二者除吸收层的分布不同之外，其它设置条件完全相同。从图5中可以看出，两种器件的光响应电流差别不大，说明将锗吸收层分成对称的上下两部分并未影响器件对光的吸收，器件的量子效率保持不变。
可选地，上吸收层11或下吸收层12为具有特定端面形状的柱形结构，所述特定端面形状包括矩形或三角形或梯形或弧形或者是其它可以实现的结构。
在本实施例中，为使上吸收层11或下吸收层12对称设置，令上吸收层11和下吸收层12的端面形状相同，如可同时为矩形或三角形或梯形或弧形。当上吸收层11、下吸收层12的端面形状为诸如三角形、弧形等非等厚的形状时，本实施例中所称厚度为上述形状的最厚处的厚度。
在一个具体的实施例中，如图8所示，上吸收层11的端面和下吸收层12的端面均为三角形。在一个具体的实施例中，如图9所示，上吸收层11的端面和下吸收层12的端面均为梯形。在一个具体的实施例中，如图10所示，上吸收层11的端面和下吸收层12的端面均为弧形。
在其他实施例中，可使上吸收层11和下吸收层12具有不同的端面形状，例如上吸收层11的端面形状为矩形，下吸收层12的端面形状为梯形。由于如上所述，上吸收层11和下吸收层12的制备工艺的不一致，会导致器件上下层的锗吸收层的分布不对称。如图7所示，器件制备中在刻蚀二氧化硅时，可能存在较多的侧向刻蚀，导致下吸收层12呈现较为明显的梯形结构，而上吸收层11在可能由于工艺偏差，厚度偏大。这些工艺偏差带来的器件结构的不对称可能会使器件在性能的优化上达不到最优值，但仍能使器件的工作带宽有明显的提高。
该光电探测器还包括二氧化硅上包层7，二氧化硅上包层7设于二氧化硅埋层4上，硅波导层2、吸收结构和金属电极均被包裹于二氧化硅上包层7和二氧化硅埋层4内。二氧化硅上包层7用于保护硅波导层2、吸收结构和金属电极，提高器件稳定性。
实施例2：一种双层吸收结构波导型锗硅光电探测器的制作方法，用于制作如实施例1所述的光电探测器，如图11所示，包括如下步骤：
S1：提供衬底层3，并在衬底层3的表面制备二氧化硅埋层4。具体地包括，选择一块材质适合用于制备光电探测器的衬底层3，通常为硅基片或其他半导体基片。选取的衬底层3需要具有良好的光学和电学性质，以便在其上制备出高性能的光电探测器。在衬底层3上通过化学气相沉积、物理气相沉积或热氧化等方法来制备一层二氧化硅埋层4。
S2：在二氧化硅埋层4上预设位置刻蚀目标尺寸的凹槽。通过光刻和干法刻蚀在二氧化硅埋层4上刻蚀用于容置下吸收层12的凹槽。该凹槽用于生长下吸收层12，因此凹槽的尺寸由所设计的下吸收层12的尺寸确定，凹槽的位置也由所设计的下吸收层12的位置确定。该步骤具体包括，将待加工的样品涂上一层光刻胶。然后使用光刻机将光刻胶上照射UV光，使得光刻胶在暴露区i-Si域发生化学反应，形成图案。这个图案就是我们要在二氧化硅埋层4上刻出的凹槽形状。将经过光刻的样品放入刻蚀机中，利用干法刻蚀的方式将暴露的二氧化硅层刻蚀掉，形成凹槽。干法刻蚀是通过将气体中的反应物离子化并加速到样品表面，与样品表面的原子或分子发生反应，从而将样品表面的材料刻蚀掉。刻蚀完成后，还需要对样品进行清洗，将样品从刻蚀机中取出，用一些溶剂来清洗掉光刻胶和残留的刻蚀物，最终得到一个具有凹槽的二氧化硅埋层4。
S3：在凹槽中制备下吸收层12，使下吸收层12完全覆盖凹槽。具体包括：在二氧化硅埋层4上外延下吸收层12材料，然后用干法刻蚀去除凹槽外多余的下吸收层12材料。具体为，将步骤S2得到的样品放入外延炉中进行加热，并将外延材料沉积在二氧化硅埋层4上，形成下吸收层12。再通过干法刻蚀，去除凹槽外多余的下吸收层12材料，得到下吸收层12。
S4：在二氧化硅埋层4上用外延和干法刻蚀制备包括入射波导21、硅拉锥结构22、硅平板波导23的硅波导层2；所述硅平板波导23的本征i-Si区235位于所述下吸收层12的正上方。具体地，将步骤S3得到的样品放入外延炉中进行加热，并将外延材料沉积在二氧化硅埋层4和下吸收层12上，形成顶层硅。再通过光刻和干法刻蚀在顶层硅上形成包括入射波导21、硅拉锥结构22、硅平板波导23的硅波导层2。
还需要通过掩膜并利用离子注入对硅平板波导23的不同区i-Si域进行掺杂。具体地，首先需要根据硅平板波导23的设计要求，利用计算机辅助设计软件设计出需要掺杂的掩膜图案。这个图案需要包括掺杂区i-Si域和非掺杂区i-Si域。将掩膜图案传输到掩膜板上，并通过光刻和蚀刻等技术制备出掩膜。掩膜板通常是由玻璃或石英等材料制成的，其表面涂上一层光刻胶，再通过光刻和蚀刻等步骤制备出掩膜。将制备好的掩膜放在硅平板波导23表面上，并使用真空吸附等方法将其固定在表面上。将样品放入离子注入机中，通过加速器将离子加速到一定能量，然后将其注入掺杂区i-Si域。注入的离子种类和能量需要根据掺杂的要求来确定，以达到预期的掺杂效果。将样品从离子注入机中取出，用一些溶剂来清洗掉掩膜和残留的离子等杂质。将样品放入烘箱中进行烘烤，以去除掩膜和离子注入过程中产生的残留物，同时激活掺杂的离子，使其能够有效地参与到硅平板波导23的电学性质中。
S5：用外延和干法刻蚀于本征i-Si区235远离二氧化硅埋层4一侧表面制备上吸收层11。将步骤S4得到的样品放入外延炉中进行加热，并将外延材料沉积在硅波导层2上，再通过干法刻蚀，去除多余的上吸收层11材料，形成上吸收层11。
S6：用沉积薄膜和干法刻蚀于所述第一重掺杂层232上方制备第一电极5，于所述第二重掺杂层234上方制备第二电极6，包括阴极和阳极。具体地，将步骤S5样品放入真空沉积机中，利用物理气相沉积或化学气相沉积等方法，在器件表面沉积一层金属薄膜。通常使用的金属包括铝、铜、钛、钨等，其选择需要根据器件的要求和性能来确定。通过光刻技术在金属薄膜上制备掩模，掩模需要包括电极的形状和位置等信息。掩模可以使用光刻胶或其他材料制备，其厚度和形状需要根据电极的要求来确定。将样品放入干法刻蚀机中，利用氧化物或氧气等气体进行干法刻蚀，将未被掩模保护的金属薄膜刻蚀掉。干法刻蚀需要控制好刻蚀时间、温度、气体流量等参数，以确保金属电极的形状和位置满足器件的要求。将样品从干法刻蚀机中取出，用溶剂清洗掉残留的刻蚀物和杂质，以确保金属电极的质量。
S7：沉积二氧化硅薄膜制备二氧化硅上包层7，包裹所述硅波导层2、吸收结构和金属电极。具体地，将步骤S6得到的样品放入真空沉积机中，利用化学气相沉积或物理气相沉积等方法，在器件表面沉积一层二氧化硅薄膜。这一层二氧化硅薄膜将会成为器件的二氧化硅上包层7，保护器件不受外部环境的影响，同时也可以作为后续加工的基础层。
还包括，通过光刻和干法刻蚀露出金属电极，以方便外部引线与电极连接。具体地，将器件放入光刻机中，在二氧化硅薄膜表面涂上一层光刻胶，然后通过光刻机中的掩模将光刻胶进行曝光和显影，形成金属电极的图案。电极图案的形状和位置需要根据器件的设计要求来确定。将样品放入干法刻蚀机中，利用氧化物或氧气等气体进行干法刻蚀，将未被光刻胶保护的二氧化硅薄膜刻蚀掉，露出金属电极。干法刻蚀需要控制好刻蚀时间、温度、气体流量等参数，以确保金属电极的形状和位置满足器件的要求。将样品从干法刻蚀机中取出，用一些溶剂来清洗掉残留的刻蚀物和杂质，以确保金属电极的质量。
本实施例的制作方法制得的光电探测器的上吸收层11和下吸收层12分布于本征i-Si区235的两边，在保证器件响应度的情况下，单个吸收层的厚度得以减小，在上吸收层11或下吸收层12中产生的光生电子和空穴漂移路径得以缩短，而吸收层边缘区i-Si域的电场得以增强，光生电子和空穴的漂移速度得以提升。因此光生电子和空穴的漂移时间得以减小，器件的响应带宽得到提升。
实施例3：一种芯片，内置有上述实施例1的一种双层吸收结构波导型锗硅光电探测器。具体而言，芯片的接收端上设置有若干个上述任意实施例提供的双层吸收结构波导型锗硅光电探测器。由于本发明任意实施例提供的双层吸收结构波导型锗硅光电探测器具有较大的响应带宽，因此，本发明提供的芯片的接收端同样具有较大的响应带宽。
实施例4：一种光电子设备，包括上述实施例3的一种芯片，因此也包括实施例1的一种双层吸收结构波导型锗硅光电探测器。具体而言，光电子设备上的接收端口（即芯片的接收端）上设置有若干个上述任意实施例提供的双层吸收结构波导型锗硅光电探测器。由于本发明任意实施例提供的双层吸收结构波导型锗硅光电探测器具有较大的响应带宽，因此，本发明提供的光电子设备的接收端口同样具有较大的响应带宽。
需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (10)

1.一种双层吸收结构波导型锗硅光电探测器，其特征在于，包括衬底层、二氧化硅埋层、硅波导层、吸收结构和金属电极；所述衬底层、二氧化硅埋层和硅波导层自下而上堆叠设置，其中，
二氧化硅埋层，设置于衬底层的表面，所述二氧化硅埋层上刻蚀有凹槽；
硅波导层，包括依次连接的入射波导、硅拉锥结构、硅平板波导，所述硅波导层设置于二氧化硅埋层表面，其中，
入射波导，用于传输入射光，使入射光耦合进入硅拉锥结构；
硅拉锥结构，用于对入射光进行模斑转换，以使入射光耦合进入硅平板波导；
硅平板波导上设置有第一重掺杂区、第一轻掺杂区、第二重掺杂区、第二轻掺杂区和本征i-Si区；
吸收结构，包括设置于本征i-Si区远离二氧化硅埋层一侧表面的上吸收层和设置于本征i-Si区靠近二氧化硅埋层另一侧表面的下吸收层，所述下吸收层嵌设于所述凹槽中；
金属电极，包括第一电极和第二电极，所述第一电极设置于所述第一重掺杂层上方，所述第二电极设置于所述第二重掺杂层上方。
2.根据权利要求1所述的光电探测器，其特征在于：所述上吸收层和所述下吸收层的厚度一致，并位于本征i-Si区在宽度方向上的中间位置。
3.根据权利要求1所述的光电探测器，其特征在于：所述上吸收层和所述下吸收层相对于硅平板波导对称。
4.根据权利要求3所述的光电探测器，其特征在于：所述上吸收层或下吸收层为具有特定端面形状的柱形结构，所述特定端面形状包括矩形或三角形或梯形或弧形。
5.根据权利要求3所述的光电探测器，其特征在于：还包括二氧化硅上包层，二氧化硅上包层设于二氧化硅埋层上，硅波导层、吸收结构和金属电极均被包裹于二氧化硅上包层和二氧化硅埋层内。
6.一种双层吸收结构波导型锗硅光电探测器的制作方法，用于制作权利要求1-5中任一项所述的光电探测器，其特征在于，包括如下步骤：
提供衬底层，并在衬底层的表面制备二氧化硅埋层；
在二氧化硅埋层上预设位置刻蚀目标尺寸的凹槽；
在凹槽中制备下吸收层，使下吸收层完全覆盖所述凹槽；
在二氧化硅埋层上用外延和干法刻蚀制备包括入射波导、硅拉锥结构、硅平板波导的硅波导层；所述硅平板波导的本征i-Si区位于所述下吸收层的正上方；
用外延和干法刻蚀于本征i-Si区远离二氧化硅埋层一侧表面制备上吸收层；
用沉积薄膜和干法刻蚀于所述第一重掺杂层上方制备第一电极，于所述第二重掺杂层上方制备第二电极。
7.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于：所述在凹槽中制备下吸收层包括，在二氧化硅埋层上外延下吸收层材料，然后用干法刻蚀去除凹槽外多余的下吸收层材料。
8.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于：还包括沉积二氧化硅薄膜制备二氧化硅上包层，包裹所述硅波导层、吸收结构和金属电极。
9.一种芯片，其特征在于：内置有如权利要求1-5中任一项所述的光电探测器。
10.一种光电子设备，其特征在于：包括权利要求9所述的芯片。
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