[发明专利]一种光电探测器

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件领域，特别是一种光电探测器，能完成可见光到红外光波段的探测。

背景技术

在光纤通信系统中，光电探测器是必不可少的关键器件。0.8μm～0.9μm波段的短距离、高密度光纤通信系统、数据传输系统常采用Si单晶衬底或GaAs基PIN光电探测器、雪崩光电探测器与硅前置放大器混合集成的光接收器探测。而1.06μm～1.55μm波段光纤通信网则通常采用Ge单晶衬底或InP基PIN光电探测器、雪崩光电探测器与硅前置放大器混合集成的光接收器探测。

硅光电二极管作为其中一个重要分支，因其光谱响应良好、噪声低、寿命长和与CMOS工艺兼容性高等特点被广泛的应用于可见光探测和成像领域。其中，硅光电二极管作为最常用的光电探测器之一，具有快速、廉价、坚固、灵敏度高、量子效率高、体积小、重量轻、可靠性好、使用方便等特点。但是，由于Si材料的固有特性，存在对近红外光吸收系数低、对1.1μm以上波段没有响应等问题。

如图1所示为常规硅基光电PIN型二极管结构图。常规硅基光电PIN型二极管包括：重掺杂N型Si层20，在重掺杂N型Si层20上依次层叠有本征Si层21和重掺杂P型Si层22。重掺杂P型Si层22上表面左右两侧设置有金属阳极接触23，重掺杂N型Si层20下表面设置有金属阴极接触24。重掺杂P型Si层22上设置有抗反射层25。典型地，金属阳极接触23和金属阴极接触24均由金属Al材料构成，抗反射层25由SiO₂构成。应注意，上述材料仅仅是以示例的方式提供的，本技术领域人员应理解，其他材料也可以用在常规硅基光电PIN型二极管的构造中。

该类型光电二极管的工作原理是入射光射入器件，本征Si层21作为光吸收区，吸收光子，并产生光生载流子。在外加反向偏置作用下，器件内部产生自下而上的电场，光生载流子在电场作用下，分别向两极漂移移动，直至被电极吸收。

如图1所示为常规硅基光电PIN型二极管结构在0.8μm～0.9μm波段具有高响应性，但由于Si材料能带结构的固有特性，其对1.1μm以上的红外光波段没有响应。

在一些实施例中，本征Si层21的掺杂浓度，达到10¹³cm^-3数量级。

在一些实施例中，重掺杂N型Si层20和重掺杂P型Si层22的掺杂浓度，达到10¹⁹cm^-3数量级。

Ge材料由于其具有比Si材料更高的电子和空穴迁移率，与硅工艺兼容等优点，成为研究的热点。另外，Ge的带隙宽度小于Si，室温下为0.67eV，对1.3μm～1.6μm的光具有较高的吸收系数，在近红外波段的有较高的响应性。近年来，由于Ge外延技术的蓬勃发展，在Si基上已经可以外延出高质量纯Ge材料，减小了由于Si和Ge的晶格失配引起的失配位错，提高了Ge光电器件的性能。

在现有技术中，0.8μm～0.9μm波段的光，常采用Si PIN光电探测器或雪崩光电探测器探测，而1.06μm～1.55μm波段的光，常采用Ge PIN光电探测器或雪崩光电探测器探测，两个重要波段的探测分别用两种器件完成。

发明内容

针对背景技术的不足之处，本发明提出的一种光电探测器，将硅光电二极管与锗光电二极管通过重掺杂N型Si层背靠背相连，分别发挥Si PIN型光电二极管和Ge PIN型光电二极管在0.8μm～0.9μm以及1.1μm～1.35μm两个重要波段的高响应性的特点，从而实现可见光到红外光波段的探测；而且，本发明提出的一种光电探测器工作电压较低，可在5V及以下的电压工作，易与前置放大器混合集成。

本发明的技术方案为：

一种光电探测器，包括：由重掺杂P型Ge层6、重掺杂N型Si层4和中间掺入的本征Ge层5构成的一个Ge PIN型光电二极管以及由重掺杂N型Si层4、重掺杂P型Si层2和中间掺入的本征Si层3构成的一个Si PIN型光电二极管通过重掺杂N型Si层4背靠背相连；

所述重掺杂N型Si层4、本征Ge层5和重掺杂P型Ge层6构成一个平面结构11，所述本征Si层3和重掺杂P型Si层2构成一个台面结构10；所述台面结构10位于所述平面结构11上侧；所述的重掺杂P型Ge层6下表面设有第一金属阳极接触7，在重掺杂N型Si层4上表面左右两侧设有金属阴极接触8，在重掺杂P型Si层2上表面左右两侧设有第二金属阳极接触9；

所述的台面结构10上表面、侧壁和平面结构11上表面左右两侧淀积有一层钝化层1。