一种硅基锗探测器及其制作工艺

1.本发明涉及光电探测器领域，特别涉及一种硅基锗探测器及其制作工艺。


背景技术：

2.随着光纤通信系统的发展，光器件的发展也同样面临着机遇和挑战，如何开发出性能优良、价格低廉的光器件已经成为人们所面临的首要问题。硅基光电子器件具有易于集成、工艺成本低等优点，近些年来引起研究人员的广泛关注。硅(si)材料作为微电子领域的传统材料，在加工工艺和制作成本上有着其他材料无可比拟的优势，硅基光电子集成技术应运而生。作为硅基光电集成技术中的重要的代表元件之一的光电探测器，它的作用就是把入射的光信号转化为电信号，以便后续的信号处理电路进行分析。硅基锗光电探测器经过十几年的发展，在结构上不断优化，性能进一步提高。
3.目前，硅基锗光电探测器主要采用在硅脊波导上外延锗吸收层的形式。硅波导的区域为锗的外延区域。目前一般的探测器前段有一taper区，探测器中硅波导宽度变宽，以使锗吸收层对信号光有更充分的吸收以及光场分布更加均匀(避免局部光场分布太强)。硅波导层变宽会导致探测器的寄生电容增大，从而减小其带宽。根据rc常数决定的带宽公式，硅波导宽度减小一半则其带宽会增加一倍。然而硅波导宽度减小会引起的问题是吸收区域减小光吸收不充分。由此可见，上述两个因素存在相互制约的关系。
4.有鉴于此，提出本技术。


技术实现要素：

5.本发明公开了一种硅基锗探测器及其制作工艺，旨在解决现有技术中，为了增加带宽而减小硅波导层的宽度，进而导致光的吸收不充分的问题。
6.本发明第一方面提供了一种硅基锗探测器，包括：
7.衬底层；
8.配置在所述衬底层中心部的硅脊波导层；
9.覆盖所述硅脊波导层上的锗吸收层；
10.配置在所述锗吸收层上的第一电极、配置在所述衬底层上的第二电极和第三电极。
11.优选地，所述锗吸收层包括顶部吸收层、第一侧部吸收层、以及第二侧部吸收层；
12.其中，所述顶部吸收层覆盖在所述硅脊波导层的顶部，所述第一侧部吸收层覆盖在所述硅脊波导层的第一侧部，所述第二侧部吸收层覆盖在所述硅脊波导层的第二侧部。
13.优选地，所述第一电极配置在所述顶部吸收层上，所述第二电极配置在所述衬底层的第一侧部，所述第三电极配置在所述衬底层的第二侧部，其中，所述衬底层的第一侧部和第二侧部关于所述硅脊波导层对称。
14.优选地，所述衬底层为硅衬底。
15.本发明第二方面提供了一种如上任意一项所述的硅基锗探测器的制作工艺，包
括：
16.准备硅衬底；
17.在所述硅衬底形成硅脊波导；
18.在所述硅脊波导的顶部、在靠近所述硅脊波导第一侧部相对应的硅衬底上、以及在靠近所述硅脊波导第二侧部相对应的硅衬底上同时生长锗吸收层；
19.在所述硅脊波导的顶部的锗吸收层生长第一电极、在所述衬底层上生成第二电极和第三电极。
20.优选地，所述第二电极配置在所述衬底层的第一侧部，所述第三电极配置在所述衬底层的第二侧部，其中，所述衬底层的第一侧部和第二侧部关于所述硅脊波导层对称。
21.本发明第三方面提供了一种如上任意一项的硅基锗探测器的制作工艺，包括：
22.准备硅衬底；
23.在所述硅衬底形成硅脊波导；
24.在靠近所述硅脊波导第一侧部相对应的硅衬底上生长第一锗吸收层，在靠近所述硅脊波导第二侧部相对应的硅衬底上生长第二锗吸收层，直至所述第一锗吸收层和所述第二锗吸收层与所述硅脊波导的顶部平面平齐，形成顶层平面；
25.在所述顶层平面生成顶部锗吸收层；
26.在所述顶部锗吸收层生长第一电极、在所述衬底层上生成第二电极和第三电极。
27.优选地，所述第二电极配置在所述衬底层的第一侧部，所述第三电极配置在所述衬底层的第二侧部，其中，所述衬底层的第一侧部和第二侧部关于所述硅脊波导层对称。
28.基于本发明提供的一种硅基锗探测器及其制作工艺，通过在所述衬底层形成硅脊波导层，并在硅脊波导层上生成能够覆盖所述硅脊波导层的锗吸收层，其中，所述锗吸收层包括覆盖在所述硅脊波导层顶部的顶部吸收层、覆盖在所述硅脊波导第一侧部的第一侧部吸收层、以及覆盖在所述硅脊波导第二侧部的第二侧部吸收层，其中，所述顶部吸收层、第一侧部吸收层以及第二侧部吸收层均能够对信号光进行吸收，解决了现有技术中，为了增加带宽而减小硅波导层的宽度，进而导致光的吸收不充分的问题。
附图说明
29.图1是本发明提供的一种硅基锗探测器的结构示意图，其由第二方面提供的制备方法生成；
30.图2是本发明提供的一种硅基锗探测器的结构示意图，其由第三方面提供的制备方法生成。
具体实施方式
31.为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，
本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
32.以下结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。
33.本发明公开了一种硅基锗探测器及其制作工艺，旨在解决现有技术中，为了增加带宽而减小硅波导层的宽度，进而导致光的吸收不充分的问题。
34.请参阅图1或图2，本发明第一方面提供了一种硅基锗探测器，包括：
35.衬底层6；
36.配置在所述衬底层6中心部的硅脊波导层5；
37.覆盖所述硅脊波导层5上的锗吸收4层；
38.配置在所述锗吸收4层上的第一电极2、配置在所述衬底层6上的第二电极1和第三电极3。
39.需要说明的是，发明人发现，目前一般的探测器前段有一taper区，探测器中硅波导宽度变宽，探测器中硅波导宽度变宽，以使覆盖在硅波导上的锗吸收4层对信号光有更充分的吸收以及光场分布更加均匀(避免局部光场分布太强)，然而硅波导层变宽会导致探测器的寄生电容增大，从而减小其带宽，在现有的硅基锗光电探测器，其为了增加带宽，会选择减小硅波导层的宽度，进而导致吸收区域减小光吸收不充分的问题。
40.在本实施例中，通过在所述衬底层6配置硅脊波导层5，并在所述硅脊波导层5覆盖一层锗吸收4层，具体地，在本发明一个可能的实施方式中，所述锗吸收4层可以包括顶部吸收层、第一侧部吸收层、以及第二侧部吸收层；
41.其中，所述顶部吸收层覆盖在所述硅脊波导层5的顶部，所述第一侧部吸收层覆盖在所述硅脊波导层5的第一侧部，所述第二侧部吸收层覆盖在所述硅脊波导层5的第二侧部
42.需要说明的是，所述顶部吸收层、所述第一侧部吸收层、以及所述第二侧部吸收层均能够对信号光进行吸收，其能够在为了减小探测器的带宽，减小硅脊波导层5的宽度的前提下，保证探测器对信号光的吸收，解决了现有技术中的探测器的吸收区域存在光吸收不充分的问题。
43.在本发明一个可能的实施例中，所述第一电极2配置在所述顶部吸收层上，所述第二电极1配置在所述衬底层6的第一侧部，所述第三电极3配置在所述衬底层6的第二侧部，其中，所述衬底层6的第一侧部和第二侧部关于所述硅脊波导层5对称。
44.需要说明的是，所述第一电极2、第二电极1、第三电极3用于与外部的电流信号提取装置电气连接，其可以配合电极将光信转化电流信号，本实施例中，所述第二电极1和所述第三电极3的位置可以是相对设置，也可以是错开设置，其可以根据实际情况对应设置，这里不做具体限定，但这些方案均在本发明的保护范围内。
45.在本发明一个可能的实施例中，所述衬底层6为硅衬底。
46.需要说明的是，所述衬底层6还可以采用其他材质，例如二氧化硅，其可以根据实际情况对应选择，这里不做具体限定，但这些方案均在本发明的保护范围内。
47.请继续参阅图1，本发明第二方面提供了一种如上任意一项所述的硅基锗探测器的制作工艺，包括：
48.准备硅衬底；
49.在所述硅衬底形成硅脊波导；
50.在所述硅脊波导的顶部、在靠近所述硅脊波导第一侧部相对应的硅衬底上、以及在靠近所述硅脊波导第二侧部相对应的硅衬底上同时生长锗吸收4层；
51.在所述硅脊波导的顶部的锗吸收4层生长第一电极2、在所述衬底层6上生成第二电极1和第三电极3。
52.需要说明的是，在本实施例中，在所述衬底上和所述硅脊波导的顶部表面上具有掩膜，在要生长的部位开设一个窗口，在所述窗口上进行生长锗吸收4层，值得注意的是，本实施例中，所述锗吸收4层是同时进行生长的。
53.在本发明一个可能的实施例中，所述第二电极1配置在所述衬底层6的第一侧部，所述第三电极3配置在所述衬底层6的第二侧部，其中，所述衬底层6的第一侧部和第二侧部关于所述硅脊波导层5对称。
54.请继续参阅图2，本发明第三方面提供了一种如上任意一项的硅基锗探测器的制作工艺，包括：
55.准备硅衬底；
56.在所述硅衬底形成硅脊波导；
57.在靠近所述硅脊波导第一侧部相对应的硅衬底上生长第一锗吸收4层，在靠近所述硅脊波导第二侧部相对应的硅衬底上生长第二锗吸收4层，直至所述第一锗吸收4层和所述第二锗吸收4层与所述硅脊波导的顶部平面平齐，形成顶层平面7；
58.在所述顶层平面7生成顶部锗吸收4层；
59.在所述顶部锗吸收4层生长第一电极2、在所述衬底层6上生成第二电极1和第三电极3。
60.需要说明的是，在本实施例中，在靠近所述硅脊波导第一侧部相对应的硅衬底上的掩膜开设一窗口，在靠近所述硅脊波导第二侧部相对应的硅衬底上的掩膜开设一窗口，在两个窗口进行锗吸收4层，直至两个窗口的锗吸收4层与所述硅脊波导的顶部平面平齐，形成顶层平面7，在所述硅脊波导的顶部平面的掩膜开设一窗口，继续生长锗吸收4层。
61.在本发明一个可能的实施例中，所述第二电极1配置在所述衬底层6的第一侧部，所述第三电极3配置在所述衬底层6的第二侧部，其中，所述衬底层6的第一侧部和第二侧部关于所述硅脊波导层5对称。
62.基于本发明提供的一种硅基锗探测器及其制作工艺，通过在所述衬底层6形成硅脊波导层5，并在硅脊波导层5上生成能够覆盖所述硅脊波导层5的锗吸收4层，其中，所述锗吸收4层包括覆盖在所述硅脊波导层5顶部的顶部吸收层、覆盖在所述硅脊波导第一侧部的第一侧部吸收层、以及覆盖在所述硅脊波导第二侧部的第二侧部吸收层，其中，所述顶部吸收层、第一侧部吸收层以及第二侧部吸收层均能够对信号光进行吸收，解决了现有技术中，为了增加带宽而减小硅波导层的宽度，进而导致光的吸收不充分的问题。
63.以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。