[实用新型]具有谐振腔增强效应条栅型的SOI光电探测器

说明书

技术领域

本实用新型属于半导体技术领域，涉及一种具有谐振腔增强效应条栅型的SOI光电探测器。

背景技术

由于光纤通信、红外遥感和军事应用需求的不断增长促进了半导体器件及其光电路的发展。随着光电路系统强大优势的不断体现，光电器件及其电路在计算系统、自由空间卫星系统、光盘存储应用、成像系统以及通信系统等领域具有广泛的应用。考虑到CMOS工艺的兼容性，传统的Si基光电探测器是在Si衬底上进行n型离子的注入形成n阱区（n-well），在衬底顶部临近n阱区之间形成p的源区，在源区顶部引出电极的金属引线；在n阱区中按条栅型进行p型离子注入形成条栅型的PCOMP，在PCOMP和n阱区边缘的部分生成n的欧姆接触区，并在欧姆接触区顶部引出电极的金属引线；在每个PCOMP顶部形成p的欧姆接触区，并在欧姆接触区的顶部引出电极的金属引线。传统CMOS光电探测器由于Si的吸收系数较低，从而量子效率低，若靠增加吸收层厚度来提高量子效率，则会使带宽大大降低，不利于提高器件和系统的综合特性。随着半导体技术与TCAD的发展，采用空间调制（SML）、横向PIN等结构的CMOS光电探测器受CMOS工艺限制，响应度和带宽无法进一步满足超高速短距离等光互连的需求。为了实现更高响应度和带宽的光电探测器，研究人员还提出了基于硅CMOS工艺的雪崩击穿光电探测器（APD）结构，该结构的响应度和频率带宽等性能都较好，不足之处在于光电探测器需要施加高的反向偏压，极大的限制了光电探测器应用范围。

发明内容

本实用新型针对现有技术的不足，提供一种具有谐振腔增强效应条栅型的SOI光电探测器新结构，通过引入法布里－罗布腔，同时利用条栅型结构，增大耗尽区面积，使得量子效率大大增加，同时不会使得带宽降低，该器件能够在SOI　CMOS工艺上进行实现，具有很好的工艺兼容性，能够与普通CMOS器件集成在一起从而形成光电集成电路芯片或片上光电系统；同时相比其他可兼容CMOS光电探测器，具有高量子效率、高响应度和高带宽的特点。

本实用新型一种具有条栅型PCOMP的谐振腔增强型光电探测器，包括p型半导体衬底、埋氧化层、n型n-well阱区、p型欧姆接触区、环形地电极、环形电压极、n型欧姆接触区、输出电极、条栅型的PCOMP、顶层氧化层和多晶硅 ；

距离p型半导体衬底表面2 um处设置有埋氧化层，p型半导体衬底上表面设有n型n-well阱区，环形p型欧姆接触区设置在p型半导体衬底上表面且位于n型n-well阱区外侧，环形地电极设置在环形p型欧姆接触区上，环形的n型欧姆接触区设置在p型半导体衬底上表面且位于n型n-well阱区内侧，环形电压极设置在环形n型欧姆接触区上，在p型半导体衬底上表面且位于环形电压极内侧设置有多根互相平行的条栅型的PCOMP ；每根条栅型的PCOMP上设置输出电极；在p型半导体衬底上表面各个电极之间覆盖一层氧化层，在氧化层的表面覆盖一层多晶硅。

所述的p型半导体衬底为蓝宝石衬底或硅衬底。

所述的埋氧化层厚度为140nm。

所述的n型n-well阱区厚度为1.5um。

所述的条栅型的PCOMP厚度为1um。

所述的顶层的氧化层厚度140nm。

所述的多晶硅厚度为60nm。

所述的环形地电极、环形电压极和输出电极的材料分别为Al或者Cu的一种。

条栅型的PCOMP间的距离为1um。

所述的埋氧化层、n型n-well阱区、条栅型的PCOMP、环形p型欧姆接触区和n型欧姆接触区的外延生长方式采用注氧隔离方法实现。

本实用新型谐振腔增强效应条栅型的SOI光电探测器新结构，通过引入法布里－罗布腔，使得光波在腔体内往复运动，从而使得光波多次通过吸收层达到光电增强效应，器件可获得较高的量子效率。利用条栅型结构，增大耗尽区面积，同时由于吸收层较薄，光生载流子产生的电子-空穴对在吸收层中的渡越时间较小，可使器件获得较高的带宽，解决了光电探测器的量子效率和带宽之间相互制约的问题。

有益效果：本实用新型通过改变光电探测器横向、纵向（三维）结构，使得这种新型器件在作为光电探测器工作时具有更高的响应度和带宽。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为图1的A-A截面示意图；

图4为图1的B-B截面示意图。

具体实施方式