[发明专利]红外探测器

说明书

本发明公开了一种红外探测器，包括：N型硅衬底；光吸收层，设置于N型硅衬底上的部分区域，适用于吸收入射光；P型掺杂层，设置于光吸收层上，P型掺杂层设置有一凹陷区，凹陷区暴露光吸收层；光栅结构，设置于凹陷区内，光栅结构和P型掺杂层都与光吸收层顶部相连，光栅结构适用于通过对入射光进行折射以改变入射光的角度，使入射光沿光吸收层的水平方向传播。通过设置光栅结构可以改变入射光的方向，增加光吸收层吸收光的效率，有效降低光吸收层的厚度。

技术领域

本发明涉及光通信和光传感领域，特别涉及一种红外探测器。

背景技术

当前用于高速光通信的硅光芯片受限于锗探测器的带隙，主要工作在光通信的C波段，而不能扩展至L、U波段甚至2微米波段。锗锡合金是硅基材料，其器件的制备工艺与硅的CMOS工艺兼容，可用于制造硅基光电集成芯片。通过在锗晶格中引入适量的锡，锗锡合金的带隙能够覆盖光通信的L和U波段，是拓展光通信容量的重要技术手段。

传统的垂直面入射光电探测器其3dB带宽与响应度存在制约关系。一般来说，吸收层厚度越薄，探测器的3dB带宽越高，但是响应度却很减小。反之亦然。另外，锗锡材料在锗上属于异质外延生长。由于晶格失配，外延过程的应变能会随着外延厚度增加不断累积，达到一定临界厚度之后，会突然释放，并在锗锡/锗的界面处、锗锡层中存在很多位错缺陷，影响器件的响应度和3dB带宽。因此，要避免外延锗锡合金的应变释放，就必须将锗锡外延层厚度控制在临界厚度之内，这样就可以有效降低外延锗锡材料中的缺陷密度。然而，异质外延的临界厚度随着锗锡合金中锡含量的增加呈指数减小。如锡含量为10％时，锗锡合金的临界厚度约为100nm，难以满足高响应度的指标。为了同时实现高的3dB带宽和响应度，需要对锗锡器件的光学结构进行改进。

发明内容

为解决现有技术中的上述和其他方面的至少部分技术问题，根据本发明一个方面的实施例，提供一种红外探测器，包括：

N型硅衬底；

光吸收层，设置于N型硅衬底上的部分区域，适用于吸收入射光；

P型掺杂层，设置于光吸收层上，P型掺杂层设置有一凹陷区，凹陷区暴露光吸收层；

光栅结构，设置于凹陷区内，光栅结构和P型掺杂层都与光吸收层顶部相连，光栅结构适用于通过对入射光进行折射以改变入射光的角度，使入射光沿光吸收层的水平方向传播。

在本发明的一些实施例中，其中，光吸收层包括：

锗层，设置于N型硅衬底上；

锗锡层，设置于锗层上，锗锡层与锗层相配合以吸收入射的红外光。

在本发明的一些实施例中，其中，锗层的厚度为100nm～500nm，锗锡层的厚度50nm～500nm，锗锡层中锡的组分范围为2％～15％。

在本发明的一些实施例中，其中，P型掺杂层的材料为硅或锗，P型掺杂层的厚度为100nm～10000nm。

在本发明的一些实施例中，其中，N型硅衬底的载流子浓度范围为10¹⁸cm^-3～10²⁰cm^-3。

在本发明的一些实施例中，其中，在P型掺杂层的上表面环绕凹陷区设置有第一金属电极，在N型硅衬底的环绕部分区域的表面上设有环绕光吸收层的第二金属电极，在光吸收层吸收入射光时产生在第一金属电极7和第二金属电极之间流动的光生载流子。

在本发明的一些实施例中，其中，还包括：

绝缘衬底，设置在N型硅衬底下方，用于承载红外探测器。

根据本发明一个方面的实施例，提供一种红外探测器的制备方法，包括：

形成N型硅衬底；