[发明专利]一种SOI基SiGe双异质结光敏晶体管探测器

说明书

本发明公开了一种SOI基SiGe双异质结光敏晶体管探测器，采用SOI衬底替换Si衬底。该探测器包括一SOI衬底，由下层Si层和SiO₂层构成；在SOI衬底上依次制备出一Si次集电区、一Si集电区、一SiGe基区和一多晶Si发射区。因为Si材料和SiO₂材料折射率不同产生的折射率差，Si/SiO₂界面会形成一个反射镜，入射光到达SOI衬底中Si/SiO₂界面后会被反射而再次吸收，提高吸收效率；此外，SOI衬底中的SiO₂层的存在可以隔离衬底下层Si中产生的慢载流子并降低器件的寄生电容，从而提高工作速度。将光电探测器制作在SOI衬底上可以实现高速高效的光探测。

技术领域

本发明涉及半导体光电子技术领域，特别涉及一种兼顾响应度和响应速度的SOI基SiGe双异质结光敏晶体管探测器(HPT)，可以缓解Si基SiGe双异质结光敏晶体管的光吸收效率和工作速度之间的矛盾，同时实现高速高效光探测。

背景技术

现代光通信的迅猛发展，要求光通信网络必须有更大的信息传输容量和更快的信息处理速度，对集成电路集成度要求越来越高，传统的电互连技术成为高速数据通信的瓶颈。光互连技术已经成为急待解决的关键性技术。因此，适用于光纤通信、光互联和光传感的硅基光子技术不断研究和讨论。

光电探测器是硅基光子学领域中重要的研究课题之一，高性能的光电探测器在该领域发挥着重要作用。2013年，台湾报道了基于0.18μm BiCMOS工艺制备的SiGe/Si HPT探测器，对750nm的光吸收获得了高达75A/W的响应度，但由于使用了衬底的光生载流子，其频率特性很差，器件工作速度慢。2017年，Tegegne Z该组还报道了10×10μm²垂直SiGe异质结双极光电晶体管，其在850nm入射光波长下的截止频率为420MHz和低频光学响应度为0.25A/W，5×5μm²垂直SiGe异质结双极光电晶体管，其在850nm入射光波长下的截止频率为350MHz和低频光学响应度为0.1A/W。可见，当前垂直结构Si基光电探测器的响应度和响应速度都还有待提高，并且光电晶体管在响应度和工作速度的优化上存在矛盾，要想得到高的响应度，需要加大吸收区的厚度提高光的吸收效率，但是这样会导致光生载流子的渡越时间增加，从而降低器件的工作速度，而且衬底中光生载流子的影响也是一个不可忽略的因素。因此，消除衬底光生载流子的影响，以同时兼具高响应度和高工作速度的光电探测器成为研究的一个热点。

发明内容

本发明的主要目的是针对Si基SiGe HPT在光吸收效率和工作速度优化之间的矛盾，提出一种SOI基SiGe HPT，采用SOI衬底替换了Si衬底，缓解垂直光入射结构光电探测器光吸收效率与工作速度优化中存在的矛盾，实现高速高效光探测。

一种SOI基SiGe双异质结光敏晶体管探测器，其特征在于包括：

一SOI衬底，包括下层Si(1)和SiO₂(2)绝缘层；

SOI衬底上一SiGe双异质结光敏晶体管探测器，包括一Si次集电区(3)、一Si集电区(4)、一SiGe基区(5)和一多晶Si发射区(6)；探测器的光窗口位于多晶Si发射区(6)；

上述方案中SOI衬底中Si(1)为P型Si，掺杂浓度≥1×10¹⁸cm^-3且＜1×10²⁰cm^-3，厚度介于0.8μm到2.0μm之间；

上述方案中SOI衬底中SiO₂(2)为绝缘层，厚度介于0.2μm到1μm之间；

上述方案中绝缘物质SiO₂层(2)位于次集电区(3)和下层Si(1)之间；