专利名称：一种波导共振增强型光电探测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光电探测器，尤其是涉及一种波导共振增强型光电探测器。
背景技术：
随着光通信事业的不断发展和半导体新材料的不断开拓，以光纤通信、光互连为代表的光电子集成技术对半导体光电子器件和电路提出了越来越迫切的要求，其中一个课题就是如何以成熟的硅工艺技术为基础，利用新原理和新材料，在硅衬底上直接制作与硅微电子工艺兼容的、能在近红外波段有效工作的高性能价格比的硅基光电探测器及其集成器件。SiGe是间接带隙材料，它的吸收系数非常小，因此普通型的SiGe探测器量子效率非常低，无法达到实用化。传统的光电二极管为了提高探测器量子效率，通常采用的方法有1)用长的波导结构(H.Temkin，T.P.Pearsall，J.C.Bean et al.，“GexSi1-xstrained-layer superlatticewaveguide photodetectors operating near 1.3μm”，Appl.Phys.Lett.，1986，48(15)963～965；B.Jalali，L.Naval，A.F.J.Levi，“Si-Based Receivers for Optical Data Links”，IEEE J.Of lightwavetechnology.，1994，72(6)930～935；D.C.Diaz，C.L.Schow，Jieming Qi et.al.，“Si/SiO2resonantcavity photodetectors”，Appl.Phys.Lett 1996，69(19)798～800；T.P.Pearsall，H.Temkin，J.C.Bean，S.Luryi，“Avalanche Gain in Si1-xGex/Si Infrared waveguide detectors”，IEEE Electron DeviceLett.，1986，EDL-7(5)，330～333)，实现对入射光的完全吸收，但是用这种方法制作的器件波导尺寸大，响应速度减小，未能从根本上解决响应频率与效率的矛盾，不利于硅基光电子器件的集成；2)用雪崩倍增探测器(H.Temkin，A.Antreasyan，N.A.Olsson，et al.，“Ge0.6Si0.4ribwaveguide avalanche photodetectors for 1.3μm operation”，Appl.Phys.Lett.1986，49(13)809～811；Jin-Wei Shi，Yin-Hsin Liu and Chee-Wee Liu，“Design and Analysis ofSeparate-Absorption-Transport-Charge-Multiplication Traveling-Wave Avalanche Photodetectors”，J.Lightwave Technol.，2004，22(6)1583～1590)，应用其具有内部增益的特点，实现量子效率的提高，但是在一般情况下雪崩噪声大，对材料质量要求高，很难在SiGe外延材料中实现；3)用垂直共振腔结构，以提高探测器的的量子效率，由于Si与SiGe晶格失配的影响，SiGe层的厚度受到临界值的限制，理论预期的量子效率为20％以下，已经被实验证实的最大量子效率仅为5％(C.Li，Q.Q.Yang，H.J.Wang et al.，“Si1-xGex/Si resonant-cavity-enhancedphotodetectors with a silicon-on-oxide reflector operating near 1.3μm”，Appl.Phys.Lett.2000，77(2)157～159；C.B.Li，R.W.Mao，Y.H.Zuo et al.，“1.55μm Ge islands resonant-cavity-enhanceddetectorwith high-reflectivity bottom mirror”，Appl.Phys.Lett.2004，85(14)2697～2699)。
发明内容
本发明的目的在于针对已有的探测器的量子效率低的缺点，提供一种可实现对入射光的有效限制和共振增强效应，提高器件的量子效率，同时使器件具有波长选择特性的一种波导共振增强型光电探测器，主要用于对近红外波段入射光的探测。
本发明设有脊型光波导、两个介质分布布拉格反射镜和电极。脊型光波导生长在SOI衬底或硅单晶衬底上，脊型光波导作为吸收区，脊型光波导的材料选自SiGe/Si多量子阱，或Ge量子点等。这两个介质分布布拉格反射镜分别设于脊型光波导的两端，形成共振腔，使得入射光在探测器内发生共振，电极正负端分别接脊型光波导N型硅和P型硅。所说的介质选自Si/SiO2，或Si/空气。Si/SiO2分布布拉格反射镜的制作方法是在脊型光波导的两端先用干法刻蚀技术刻蚀，再用等离子体增强淀积技术在刻蚀区填充SiO2，即形成Si/SiO2分布布拉格反射镜。Si/空气分布布拉格反射镜的制作方法是在脊型光波导的两端用干法刻蚀技术刻蚀，即形成Si/空气分布布拉格反射镜。
本发明是一种高量子效率的Si基光电探测器，工作波长从可见光到近红外光波段。由于本发明结合了波导探测器与共振腔型探测器的优点，与传统波导探测器相比，本发明的尺寸大为减小，RC时间减小，在相同的量子效率下可以得到更高的响应速度。与垂直共振腔结构探测器相比，吸收区的厚度不受SiGe临界厚度和响应速度的限制，可以灵活设计，从而达到优化器件的目的。
图1为硅基波导共振增强型光电探测器三维结构示意图。
图2为硅基波导共振增强型光电探测器横向截面图。
图3为硅基波导共振增强型光电探测器纵向截面图。
具体实施例方式
以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。
实施例1参见图1-3，在N型SOI衬底上外延生长SiGe/Si多量子阱层，用作吸收区，SiGe/Si多量子阱层的表面为P型Si覆盖层。光波导用刻蚀技术制作成脊型状，在脊型光波导的两端分别用干法刻蚀技术和等离子体增强淀积技术制作出分布布拉格反射镜，构成共振腔，脊型光波导的长度将由吸收区的吸收系数和共振腔的共振条件决定。电极正负极分别接于脊型光波导的N型Si和刻蚀的台面下方P型Si上。在图1-3中的标记分别为1、平面绝缘层；2、SiGe/Si多量子阱；3、金属电极；4、P型硅；5、N型硅；6、硅衬底；7、介质分布布拉格反射镜；8、入射光；9、二氧化硅保护层。
实施例2与实施例1类似，其区别在于脊型光波导的材料选自Ge量子点材料，用作吸收区，介质选自Si/SiO2，Si/SiO2分布布拉格反射镜的制作方法是在光波导的两端先用干法刻蚀技术刻蚀，再用等离子体增强淀积技术在刻蚀区填充SiO2，这样就形成Si/SiO2分布布拉格反射镜。
实施例3与实施例2类似，其区别在于脊型光波导的材料选自Ge量子点材料，用作吸收区，介质选自Si/空气，Si/空气分布布拉格反射镜的制作方法是在光波导的两端用干法刻蚀技术刻蚀，即形成Si/空气分布布拉格反射镜。
权利要求
1.一种波导共振增强型光电探测器，其特征在于设有脊型光波导、两个介质分布布拉格反射镜和电极，脊型光波导生长在SOI衬底或硅单晶衬底上，脊型光波导作为吸收区，两个介质分布布拉格反射镜分别设于脊型光波导的两端，形成共振腔，电极正负端分别接脊型光波导N型硅和P型硅。
2.如权利要求1所述的一种波导共振增强型光电探测器，其特征在于脊型光波导的材料选自SiGe/Si多量子阱，或Ge量子点。
3.如权利要求1所述的一种波导共振增强型光电探测器，其特征在于所说的介质选自Si/SiO2或Si/空气。
全文摘要
一种波导共振增强型光电探测器，涉及一种光电探测器，尤其是涉及一种波导共振增强型光电探测器。提供一种可实现对入射光的有效限制和共振增强效应，提高器件的量子效率，同时使器件具有波长选择特性的一种波导共振增强型光电探测器，主要用于对近红外波段入射光的探测。设有脊型光波导、两个介质分布布拉格反射镜和电极，光波导生长在SOI衬底或硅单晶衬底上，作为吸收区，两个反射镜分别设于光波导两端，形成共振腔，电极端接光波导N型硅和P型硅。是一种高量子效率的Si基光电探测器，工作波长从可见光到近红外光。器件尺寸与RC时间大幅减小，在相同的量子效率下可得到更高的响应速度。吸收区厚度不受SiGe临界厚度和响应速度限制。
文档编号H01L31/103GK1794474SQ200510119710
公开日2006年6月28日 申请日期2005年11月2日 优先权日2005年11月2日
发明者李成, 陈荔群 申请人:厦门大学