一种电压控制的宽光谱锗硅探测器及其控制方法与流程

本发明涉及光电探测器，特别涉及一种电压控制的宽光谱锗硅探测器及其控制方法。

背景技术：

1、光电探测器是大多数光电子集成系统中作为接收信号端最为关键的部件。现如今，光通信、自动驾驶领域、医疗诊断等应用的快速发展不断刺激光电探测领域的需求，具体表现不仅是探测器在灵敏度及高速响应方面，还在探测器对宽光谱响应的能力。在现有的成熟应用中，光通信、增强成像、遥感、计量、农业、制药等都需要可见光及近红外光谱范围内的探测。然而传统设计的锗硅探测器由于锗的直接带隙是0.8 ev，只能有效的吸收1.1μm以上的光辐射，制约了硅基光电器件对于1.1μm以下的可见光波段的发展。且现有的硅基光电探测器主要进行单波段光谱探测，探测范围有限。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种电压控制的宽光谱锗硅探测器及其控制方法，以克服现有技术中的不足。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明公开了一种电压控制的宽光谱锗硅探测器及其控制方法，所述锗硅探测器包括自下而上依次设有的半导体衬底、p型重掺杂硅层、i型非掺杂本征硅层、n型重掺杂硅层、非掺杂本征锗层、p型重掺杂锗层，所述p型重掺杂硅层上设有与p型重掺杂硅层相连的金属接触电极一，所述p型重掺杂锗层上设有与p型重掺杂锗层相连的金属接触电极二，所述锗硅探测器在器件有源区形成pinip型整体掺杂结构。

4、作为优选的，所述p型重掺杂硅层相连的金属接触电极一与所述p型重掺杂锗层相连的金属接触电极二构成一组电极，通过控制电极外部施加电压选择使用硅-pin光电探测器或锗-pin光电探测器。

5、作为优选的，所述p型掺杂掺杂离子为b3+，所述n型掺杂掺杂离子为p5+或as5+。

6、作为优选的，所述锗硅探测在半导体衬底上制作，所述半导体衬底为硅、锗或soi。

7、作为优选的，所述pinip型整体掺杂结构中，p型重掺杂区与i型本征区之间存在p型轻掺杂区。

8、作为优选的，所述pinip型整体掺杂结构中，n型重掺杂区与i型本征区之间存在n型轻掺杂区。

9、作为优选的，所述金属电极一和金属电极二的材料为al、cu或au。

10、本发明公开了一种基于上述锗硅探测器的光谱范围控制方法，通过控制施加给金属电极的电压，切换使用硅-pin光电探测器和锗-pin光电探测器，根据硅材料和锗材料吸收光谱能量的范围，实现所述锗硅探测器可探测的光谱范围的切换。

11、本发明的有益效果：本发明一种电压控制的宽光谱锗硅探测器及其控制方法，将宽光谱光源垂直入射锗硅探测器根据入射波长光源不同被锗材料或硅材料吸收光子，通过控制锗硅探测器外部施加电压选择硅-pin光电探测器结构或者锗-pin光电探测器结构来实现电压控制的宽光谱探测，拓宽锗硅探测器应用领域。

技术特征：

1.一种电压控制的宽光谱锗硅探测器，其特征在于：所述锗硅探测器包括自下而上依次设有的半导体衬底、p型重掺杂硅层、i型非掺杂本征硅层、n型重掺杂硅层、非掺杂本征锗层、p型重掺杂锗层，所述p型重掺杂硅层上设有与p型重掺杂硅层相连的金属接触电极一，所述p型重掺杂锗层上设有与p型重掺杂锗层相连的金属接触电极二，所述锗硅探测器在器件有源区形成pinip型整体掺杂结构。

2.如权利要求1所述的一种电压控制的宽光谱锗硅探测器，其特征在于：所述p型重掺杂硅层相连的金属接触电极一与所述p型重掺杂锗层相连的金属接触电极二构成一组电极，通过控制电极外部施加电压选择使用硅-pin光电探测器或锗-pin光电探测器。

3.如权利要求1所述的一种电压控制的宽光谱锗硅探测器，其特征在于：所述p型掺杂掺杂离子为b3+，所述n型掺杂掺杂离子为p5+或as5+。

4.如权利要求1所述的一种电压控制的宽光谱锗硅探测器，其特征在于：所述锗硅探测在半导体衬底上制作，所述半导体衬底为硅、锗或soi。

5.如权利要求1所述的一种电压控制的宽光谱锗硅探测器，其特征在于：所述pinip型整体掺杂结构中，p型重掺杂区与i型本征区之间存在p型轻掺杂区。

6.如权利要求1所述的一种电压控制的宽光谱锗硅探测器，其特征在于：所述pinip型整体掺杂结构中，n型重掺杂区与i型本征区之间存在n型轻掺杂区。

7.如权利要求1所述的一种电压控制的宽光谱锗硅探测器，其特征在于：所述金属电极一和金属电极二的材料为al、cu或au。

8.一种基于权利要求1-7任一项所述的锗硅探测器的光谱范围控制方法，其特征在于：通过控制施加给金属电极的电压，切换使用硅-pin光电探测器和锗-pin光电探测器，根据硅材料和锗材料吸收光谱能量的范围，实现所述锗硅探测器可探测的光谱范围的切换。

技术总结
本发明公开了一种电压控制的宽光谱锗硅探测器及其控制方法，所述锗硅探测器包括自下而上依次设有的半导体衬底、P型重掺杂硅层、I型非掺杂本征硅层、N型重掺杂硅层、非掺杂本征锗层、P型重掺杂锗层，所述P型重掺杂硅层上设有与P型重掺杂硅层相连的金属接触电极一，所述P型重掺杂锗层上设有与P型重掺杂锗层相连的金属接触电极二，所述锗硅探测器在器件有源区形成PINIP型整体掺杂结构。将宽光谱光源垂直入射锗硅探测器根据入射波长光源不同被锗材料或硅材料吸收光子，通过控制锗硅探测器外部施加电压选择硅‑PIN光电探测器结构或者锗‑PIN光电探测器结构来实现电压控制的宽光谱探测，拓宽锗硅探测器应用领域。

技术研发人员：骆瑞琦,马蔚,刘楠,刘冠东,王乔
受保护的技术使用者：之江实验室
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15