[发明专利]基区Ge组分分段分布的SiGe/Si异质结光敏晶体管探测器

说明书

基区Ge组分分段分布的SiGe/Si异质结光敏晶体管探测器是一种兼顾可见光和近红外光波段的探测器。该探测器包括Si衬底；在Si衬底上依次制备出的Si次集电区、Si集电区、Ge组份分段分布的SiGe基区/吸收层和多晶Si发射区；多晶Si发射区上的发射极；SiGe基区上的基极；Si亚集电区上的集电极。光窗口设计在基区台面，避免了光窗口在发射区台面时对入射光的损耗。因为不同Ge组份的SiGe材料对可见光波段和近红外光波段入射光的吸收系数和吸收长度不同，采用了Ge组份分段分布的基区/吸收层可以分别对应吸收波长短的可见光和波长长的近红外光，均衡可见光和近红外光波段内的吸收效率。

技术领域

本发明属于半导体光电子技术领域，特别涉及一种兼顾可见光和近红外光的SiGe/Si异质结光敏晶体管探测器。这种光敏晶体管探测器在可见光波段和近红外光波段入射光下都有高的吸收效率。

背景技术

硅基光电探测器具有低成本和易大规模集成的优点，且吸收谱落在光互联技术中的短距通信和甚短距通信用到的近红外波段和可见光波段。因此，相比价格昂贵、工艺复杂的化合物光电探测器，硅基光电探测器在短距和甚短距通信的应用等方面具有巨大的应用潜力。另外，红外探测还大量应用于预警、制导、夜视、跟踪及空间技术、天文、医学工业以及辐射测量，自动控制和激光探测，资源探测，大气监测等领域。而成本低，无电磁辐射，高速率高保密性的可见光通信(LiFi)也越来越成为研究的一个热点。

目前所报道的硅基光电探测器大多仅能在近红外波段或可见光波段实现光信号的高效吸收探测，全波段的探测器则鲜有报道。2008年，中国台湾报道了一种基于标准BiCMOS工艺的可见光SiGe/Si HPT探测器，该器件由一个SiGe/Si HPT和一个表面探测二极管构成，在V_ce为0.5V偏压下，450nm 光信号的响应度为5.69A/W，670nm光信号的响应度为9.47A/W；2011年，法国报道了基于标准80GHz BiCMOS工艺制备的SiGe/Si HPT探测器，对于850nm波长的激光作为载波的50MHz光学微波信号，响应度为5.62A/W； 2013年，中国台湾报道了基于0.18um BiCMOS工艺制备的SiGe/Si HPT探测器，通过将衬底与基极连接，依靠衬底吸收产生的光生电流为光敏晶体管提供基极偏置提高器件的响应度，对750nm的光吸收获得了75A/W的响应度。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的是提供一种高效全波段光敏晶体管探测器，实现作为单一器件就可以兼顾可见光和近红外光波段的高效吸收。

1.基区Ge组分分段分布的SiGe/Si异质结光敏晶体管探测器，其特征在于包括：

Si衬底；在Si衬底上依次制备出的Si亚集电区、Si集电区、SiGe基区/吸收层、多晶Si发射区；探测器的光窗口位于SiGe基区/吸收层；SiGe 基区/吸收层的Ge组分分段分布，从发射结异质结到集电结异质结依次分为四段，其第一段的厚度介于0.02μm到0.05μm之间，Ge组分介于0到 20％之间，其第二段的厚度介于0.03μm到0.06μm之间，Ge组分介于20％到50％之间，其第三段的厚度介于0.06μm到0.09μm之间，Ge组分介于 50％到80％之间，其第四段的Ge组分线性减少到0，厚度介于0.02μm到 0.03μm之间。

SiGe基区/吸收层的Ge组分分段分布中第一段、第二段和其第三段， Ge组分的分布是均匀或渐变或均匀与渐变相组合的形式。

更具体的，一种基区Ge组分分段式分布的SiGe/Si异质结光敏晶体管探测器，包括：

Si衬底1；在Si衬底上依次制备出的Si亚集电区2、Si集电区3、SiGe 基区/吸收层4、多晶Si发射区5；发射极6，制作在多晶Si发射区5上；基极7，制作在SiGe基区/吸收层4上；集电极8，制作在Si亚集电区2上。