一种面入射型SACM结构雪崩光电探测器.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115939250A(43)申请公布日2023.04.07(21)申请号202211319485.1(22)申请日2022.10.26(71)申请人中国科学院上海微系统与信息技术研究所地址200050上海市长宁区长宁路865号(72)发明人李川蔡艳李欣雨(74)专利代理机构上海泰博知识产权代理有限公司31451专利代理师谢文凯(51)Int.Cl.H01L31/107(2006.01)H01L31/0216(2014.01)G01J1/42(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图1页(54)发明名称一种面入射型SACM结构雪崩光电探测器(57)摘要本发明涉及一种面入射型SACM结构雪崩光电探测器。该光电探测器从上至下依次为具有内应力的氮化硅层、第一电极层、光吸收层、场控制层、倍增层、第二电极层、具有内应力的氮化硅层以及衬底层。该光电探测器引入氮化硅作为应力源改变了锗材料的能带结构，提高了器件的光吸收率，可以在扩展探测波长的同时保持高响应度。CN115939250ACN115939250A权利要求书1/1页1.一种面入射型SACM结构雪崩光电探测器，其特征在于，从上至下依次为具有内应力的氮化硅层、第一电极层、光吸收层、场控制层、倍增层、第二电极层、具有内应力的氮化硅层以及衬底层，其中最上层的具有内应力的氮化硅层覆盖器件的整个台面。2.根据权利要求1所述的面入射型SACM结构雪崩光电探测器，其特征在于，所述第一电极层为P+‑Ge电极层；光吸收层为i‑Ge吸收层；场控制层为p‑Si电荷层；倍增层为i‑Si倍增层；第二电极层为N+‑Si电极层；衬底层为硅衬底层。3.根据权利要求2所述的面入射型SACM结构雪崩光电探测器，其特征在于，所述P+‑Ge电极层和N+‑Si电极层掺杂浓度大于1×1018cm‑3，层厚度为0.1～0.5μm。4.根据权利要求2所述的面入射型SACM结构雪崩光电探测器，其特征在于，所述i‑Ge吸收层的电场强度为104V/cm～105V/cm，掺杂浓度为1×1015～1×1016cm‑3，层厚度为0.7～1μm。5.根据权利要求2所述的面入射型SACM结构雪崩光电探测器，其特征在于，所述p‑Si电荷层掺杂浓度为1×1017～2×1017cm‑3，层厚度为0.1～0.2μm。6.根据权利要求2所述的面入射型SACM结构雪崩光电探测器，其特征在于，所述i‑Si倍增层掺杂浓度为5×1015～1×1016cm‑3，层厚度为0.3～0.5μm；N+‑Si电极层上台面结构直径为5‑10μm。7.根据权利要求1所述的面入射型SACM结构雪崩光电探测器，其特征在于，所述探测器背面设置一层金属薄层，所述金属薄层设置在所述衬底层的下方。8.一种如权利要求1所述面入射型SACM结构雪崩光电探测器在激光雷达、光纤通信或生物检测中的应用。2CN115939250A说明书1/3页一种面入射型SACM结构雪崩光电探测器技术领域[0001]本发明属于光电探测器领域，特别涉及一种面入射型SACM结构雪崩光电探测器。背景技术[0002]光电探测器能够实现光信号到电信号的转换，是硅基光收发模块的重要组成器件之一。相比于PIN以及MSM(metal‑semiconductor‑metal,金属‑半导体‑金属)型探测器，雪崩光电探测器具备可探测弱光信号、灵敏度高、信噪比高的优势，在激光雷达、遥感探测以及医学图像检测等领域具有广泛应有需求。[0003]基于锗硅材料的雪崩光电探测器结合了锗在通信波段高效光吸收和硅作为倍增层空穴电子离化率比k值小(0.09)的优势，具有更低的过剩噪声以及更高的增益带宽积，同时其制备工艺能够与CMOS(ComplementaryMetalOxideSemiconducto，互补金属氧化物半导体)工艺兼容，实现成本更低，因此锗硅雪崩光电探测器成为应用主流之一。[0004]目前锗硅雪崩光电探测器按入射光方式可分为面入射型和波导集成型。面入射型锗硅雪崩光电探测器结构相对简单，但由于其入射光方向与载流子输运方向相同，导致其自身很难在保持带宽的情况下提高器件响应度。另外，随着通信技术的发展，对探测器响应度和探测波长扩展提出了更高的需求，受限于锗材料的能带宽度，其光吸收系数在1550nm之后急剧下降，导致传统的锗硅雪崩光电探测器在1550nm之后的响应度很低。中国专利CN112531067A公开了基于锗硅材料的雪崩光电探测器在SACM结构的基础上加入控制栅结构，通过调节栅极电压来控制电荷收集区的势垒高度，实现降低暗电流、提高光电转换率的目的。但是，该雪崩光电探测器不适用于1625nm波段且器件响应度偏低，[0005]如何实现锗硅雪崩光电探测器的高响应度以及将探测波长扩展至L波