一种波导型梯度掺杂雪崩光电探测器的制作方法

本发明涉及光通信，尤其涉及一种波导型梯度掺杂雪崩光电探测器。

背景技术：

1、波导型的光电探测器在集成光电子芯片中作为光链路的接收端，可实现光信号到电信号的转换，是集成芯片中的核心器件，相比于面入射的光电探测器，波导型光电探测器具有更高的灵敏度与响应度。

2、由于载流子屏蔽效应，随着输入光功率的增加，波导型光电探测器的响应度会降低。在直调直检光传输系统中，单波传输容量超过100gbps后，接收端的功率约为-15dbm以上，此时探测器响应度会显著降低，因此提升波导型光电探测器在大光功率情况下的响应度成为一个重要问题。

3、目前iii-v族材料的波导型雪崩光电探测器通常通过在吸收区中进行掺杂实现线性度的提升，但该方案并不适用于ge/si雪崩光电探测器。sacm结构的ge/si雪崩光电探测器目前采取的主要方式是通过调节电荷区的掺杂剂量，提高吸收区内的电场，从而抑制载流子屏蔽效应，进而提升探测器在大光功率输入情况下的响应度，但是这种方案带来的缺点是暗电流显著增加。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供

2、为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

3、本发明采用如下技术方案：

4、提供一种波导型梯度掺杂雪崩光电探测器，包括：吸收区；还包括：电荷控制区以及电场控制区；

5、所述电荷控制区和/或所述电场控制区上的掺杂区域采用梯度掺杂方式，以使得所述吸收区沿着自靠近至远离光输入端口的方向，电场强度逐渐降低；

6、所述梯度掺杂方式是指：

7、当所述电场控制区采用均匀掺杂时，所述电荷控制区在水平方向上沿着自靠近至远离光输入端口的方向，掺杂浓度逐渐增加；

8、或，

9、当所述电荷控制区采用均匀掺杂时，所述电场控制区在水平方向上沿着自靠近至远离光输入端口的方向，掺杂浓度逐渐减小；

10、或，

11、所述电荷控制区在水平方向上沿着自靠近至远离光输入端口的方向，掺杂浓度逐渐增加，且所述电场控制区在水平方向上沿着自靠近至远离光输入端口的方向，掺杂浓度逐渐减小。

12、进一步的，所述光输入端口为一个，且位于该雪崩光电探测器的其中一侧；

13、所述电荷控制区和/或所述电场控制区上的掺杂区域采用梯度掺杂方式，以使得所述吸收区在靠近所述光输入端口的一侧的电场强度为最大值，在远离所述光输入端口的一侧的电场强度为最小值；

14、所述梯度掺杂方式是指：

15、当所述电场控制区采用均匀掺杂时，所述电荷控制区在靠近所述光输入端口的一侧掺杂浓度为最小值，在远离所述光输入端口的一侧掺杂浓度为最大值；

16、或，

17、当所述电荷控制区采用均匀掺杂时，所述电场控制区在靠近所述光输入端口的一侧掺杂浓度为最大值，在远离所述光输入端口的一侧掺杂浓度为最小值；

18、或，

19、所述电荷控制区在靠近所述光输入端口的一侧掺杂浓度为最小值，在远离所述光输入端口的一侧掺杂浓度为最大值，且所述电场控制区在靠近所述光输入端口的一侧掺杂浓度为最大值，在远离所述光输入端口的一侧掺杂浓度为最小值。

20、进一步的，所述光输入端口为两个，且两个光输入端口分别位于该雪崩光电探测器的两侧；

21、所述电荷控制区和/或所述电场控制区上的掺杂区域采用梯度掺杂方式，以使得所述吸收区的中间区域电场强度为最小值，两侧区域电场强度为最大值；

22、所述梯度掺杂方式是指：

23、当所述电场控制区采用均匀掺杂时，所述电荷控制区的掺杂浓度由两侧区域向中心区域逐渐增加；

24、或，

25、当所述电荷控制区采用均匀掺杂时，所述电场控制区的掺杂浓度由两侧区域向中心区域逐渐减小；

26、或，

27、所述电荷控制区的掺杂浓度由两侧区域向中心区域逐渐增加，且所述电场控制区的掺杂浓度由两侧区域向中心区域逐渐减小。

28、进一步的，所述的一种波导型梯度掺杂雪崩光电探测器，还包括：衬底，所述衬底位于所述电场控制区的下方；光信号经波导传输至所述衬底中，所述波导与所述衬底相接的一端作为所述光输入端口。

29、进一步的，所述的一种波导型梯度掺杂雪崩光电探测器，还包括：雪崩倍增区及顶接触层；所述雪崩倍增区位于所述电荷控制区与所述电场控制区之间；所述顶接触层位于所述电荷控制区的上方。

30、进一步的，所述衬底为硅衬底；所述波导为硅波导；所述电场控制区、所述雪崩倍增区以及所述电荷控制区为外延硅材料；所述吸收区材料为外延锗或锗硅材料；所述顶接触层为多晶硅材料。

31、进一步的，所述衬底与所述电场控制区的上表面进行局部的n型掺杂，以形成n型掺杂区，且所述电场控制区上的n型掺杂区采用所述梯度掺杂方式；所述电荷控制区的上表面进行局部的p型掺杂，以形成p型掺杂区，且所述电荷控制区上的p型掺杂区采用所述梯度掺杂方式；所述顶接触层进行p型掺杂；所述雪崩倍增区与所述吸收区为本征区。

32、进一步的，所述衬底、所述电场控制区、所述电荷控制区上的掺杂区域以及所述顶接触层，在垂直方向上为均匀掺杂；所述衬底上的掺杂区域与所述顶接触层在水平方向上为均匀掺杂。

33、本发明所带来的有益效果：电荷控制区和/或电场控制区采用梯度掺杂的方式实现对吸收区电场分布的调整，以匹配光生载流子在波导型apd内的分布特点，在不增加暗电流的前提下，抑制载流子屏蔽效应，进而提高波导型apd在大光功率(大于-20dbm)情况下的响应度。

技术特征：

1.一种波导型梯度掺杂雪崩光电探测器，包括：吸收区；其特征在于，还包括：电荷控制区以及电场控制区；

2.根据权利要求1所述的一种波导型梯度掺杂雪崩光电探测器，其特征在于，所述光输入端口为一个，且位于该雪崩光电探测器的其中一侧；

3.根据权利要求1所述的一种波导型梯度掺杂雪崩光电探测器，其特征在于，所述光输入端口为两个，且两个光输入端口分别位于该雪崩光电探测器的两侧；

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种波导型梯度掺杂雪崩光电探测器，其特征在于，还包括：衬底，所述衬底位于所述电场控制区的下方；光信号经波导传输至所述衬底中，所述波导与所述衬底相接的一端作为所述光输入端口。

5.根据权利要求4所述的一种波导型梯度掺杂雪崩光电探测器，其特征在于，还包括：雪崩倍增区及顶接触层；所述雪崩倍增区位于所述电荷控制区与所述电场控制区之间；所述顶接触层位于所述电荷控制区的上方。

6.根据权利要求5所述的一种波导型梯度掺杂雪崩光电探测器，其特征在于，所述衬底为硅衬底；所述波导为硅波导；所述电场控制区、所述雪崩倍增区以及所述电荷控制区为外延硅材料；所述吸收区材料为外延锗或锗硅材料；所述顶接触层为多晶硅材料。

7.根据权利要求6所述的一种波导型梯度掺杂雪崩光电探测器，其特征在于，所述衬底与所述电场控制区的上表面进行局部的n型掺杂，以形成n型掺杂区，且所述电场控制区上的n型掺杂区采用所述梯度掺杂方式；

8.根据权利要求7所述的一种波导型梯度掺杂雪崩光电探测器，其特征在于，所述衬底、所述电场控制区、所述电荷控制区上的掺杂区域以及所述顶接触层，在垂直方向上为均匀掺杂；

技术总结
本发明公开一种波导型梯度掺杂雪崩光电探测器，电荷控制区和/或电场控制区上的掺杂区域采用梯度掺杂方式，以使得吸收区沿着自靠近至远离光输入端口的方向，电场强度逐渐降低。通过梯度掺杂的方式实现对吸收区电场分布的调整，以匹配光生载流子在波导型APD内的分布特点，在不增加暗电流的前提下，抑制载流子屏蔽效应，进而提高波导型APD在大光功率情况下的响应度。

技术研发人员：吴冀亮,祁帆,蔡鹏飞
受保护的技术使用者：NANO科技（北京）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/9