一种硅基msm光电探测器
技术领域
1.本发明涉及光电探测器领域，特别涉及一种硅基msm光电探测器。
背景技术：2.近年来，随着物联网的迅猛发展，光纤通信系统作为物联网的重要依托，其发展受到更多的重视。在长途骨干网领域，随着光传输技术的成熟和发展，世界范围内出现了干线传输网络的建设热潮，传输带宽、传输容量快速发展。
3.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。
4.近年来，在学术界和工业界的持续创新努力下，各种高性能指标的波导集成的硅基锗光电探测器不断被提出，部分指标已经达到了商用三五族探测器的水平。
5.目前硅基光电探测器按照原理主要分为msm结构、pin结构和apd结构三种类型。三种结构目前各有优缺点，对于msm结构探测器来讲，其优点为带宽大(由于其电容小)、响应度高(响应度不受载流子数量限制)，缺点为暗电流大(肖特基势垒低)。
6.有鉴于此，提出本技术。
技术实现要素：7.本发明公开了一种硅基msm光电探测器，旨在解决msm结构的探测器存在较大的暗电流问题。
8.本发明第一实施例提供了一种硅基msm光电探测器,包括：
9.硅衬底波导层，
10.形成在所述硅衬底波导层上方的光吸收层；
11.在所述光吸收层上成的p型轻掺杂区；
12.与所述p型轻掺杂区连接的n型轻掺杂区；
13.电连接在所述光吸收层第一端部的第一电极，电连接在所述光吸收层第二端部的第二电极，电连接在n型轻掺杂区的第三电极；
14.其中，所述第一电极和所述第二电极配置为在有光信号时产生信号电流，暗电流被所述第三电极输运。
15.优选地，所述光吸收层为本征锗。
16.优选地，所述p型轻掺杂区为p型轻掺杂锗区域，所述n型轻掺杂区为n型轻掺杂锗区域；
17.所述p型轻掺杂锗区域的掺杂浓度为1
×
10
15
～1
×
10
19
,所述n型轻掺杂锗区域的掺杂浓度为1
×
10
15
～1
×
10
19
。
18.优选地，所述p型轻掺杂区和所述n型轻掺杂区形成pn结。
19.优选地，所述第一电极远离所述光吸收层的一端用于接地，所述第二电极远离所述光吸收层的一端用于接第一直流偏置，所述第三电极远离n型轻掺杂区的一端用于接第二直流偏置，其中，所述第一直流偏置小于第二直流偏置。
20.优选地，所述第一直流偏置为0.5v～5v。
21.优选地，所述第三电极与所述n型轻掺杂区的接触为欧姆接触，所述第一电极与所述光吸收层的接触为欧姆接触或肖特基接触，所述第二电极与所述光吸收层的接触为欧姆接触或肖特基接触。
22.优选地，所述n型轻掺杂区、所述p型轻掺杂区的厚度与所述光吸收层的厚度相同。
23.基于本发明提供的一种硅基msm光电探测器，通过先提供硅衬底波导层，接着在硅衬底波导层上形成光吸收层，并在所述光吸收层上的一部分形成p型轻掺杂区，再接着在所述p型轻掺杂区连接且在硅衬底波导层上的n型轻掺杂区，其中，第一电极电连接在所述光吸收层第一端部，第二电极电连接在所述光吸收层第二端部，第三电极电连接在n型轻掺杂区，其中，所述第一电极和所述第二电极配置为在有光信号时产生信号电流，暗电流被所述第三电极输运，解决了msm结构的探测器存在较大的暗电流问题。
附图说明
24.图1是本发明提供的一种硅基msm光电探测器的结构示意图。
具体实施方式
25.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。
26.以下结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。
27.本发明公开了一种硅基msm光电探测器，旨在解决msm结构的探测器存在较大的暗电流问题。
28.请参阅图1，本发明第一实施例提供了一种硅基msm光电探测器,包括：
29.硅衬底波导层1；
30.形成在所述硅衬底波导层1上方的光吸收层2；
31.在所述光吸收层2上成的p型轻掺杂区3；
32.与所述p型轻掺杂区3连接的n型轻掺杂区4，其中，所述n型轻掺杂区4、所述p型轻掺杂区3的厚度与所述光吸收层2的厚度相同；
33.电连接在所述光吸收层2第一端部的第一电极5，电连接在所述光吸收层2第二端部的第二电极6，电连接在n型轻掺杂区4的第三电极7；
34.其中，所述第一电极5和所述第二电极6配置为在有光信号时产生信号电流，暗电流被所述第三电极7输运。
35.需要说明的是，发明人发现：msm探测器存在暗电流大的问题，其主要是由于肖特基势垒低造成，这限制了msm探测器的应用，大的暗电流会造成信噪比降低，进而导致误码率提高。
36.在本实施例中，所述光吸收层2的材质可以是本征锗，其作为吸收区，所述硅衬底波导层1用于输入信号光，所述p型轻掺杂区3形成在光吸收层2第二端的一个侧部上，所述n型轻掺杂区4与所述p型轻掺杂区3连接，且形成在所述硅衬底波导层1上，其中，所述所述p型轻掺杂区3可以为p型轻掺杂锗区域，其掺杂浓度可以为1
×
1015～1
×
1019，所述所述n型轻掺杂区4可以为n型轻掺杂锗区域，其掺杂浓度可以为1
×
1015～1
×
1019，本实施例中，所述所述p型轻掺杂区3和所述n型轻掺杂区4的连接处形成pn结。
37.在本实施例中，所述第一电极5电连接在所述光吸收层2第一端部，第二电极6电连接在所述光吸收层2第二端部，第三电极7电连接在n型轻掺杂区4，需要说明的是，电极的材质为金属电极，其可以是铝、钨等材质，这里不做具体限定，但这些方案均在本发明的保护范围内。
38.在本实施例中，所述第一电极5远离所述光吸收层2的一端用于接地，所述第二电极6远离所述光吸收层2的一端用于接第一直流偏置，所述第三电极7远离n型轻掺杂区4的一端用于接第二直流偏置，其中，所述第一直流偏置小于第二直流偏置。
39.需要说明的是，在本实施例中，通过在所述第二电极6上施加直流偏置，在所述第三电极7上施加大于第二电极6的正向偏置(其可以根据具体结构来设定)，使得所述p型轻掺杂区3的电势高于第二电极6。
40.在本实施例中，所述第一直流偏置可以为0.5v～5v。
41.需要说明的是，所述第一直流偏置的还可以采用其他电压等级的，这里不做具体限定，但这些方案均在本发明的保护范围内。
42.在本实施例中，所述第三电极7与所述n型轻掺杂区4的接触为欧姆接触，所述第一电极5与所述光吸收层2的接触为欧姆接触或肖特基接触，所述第二电极6与所述光吸收层2的接触为欧姆接触或肖特基接触。
43.需要说明的是，所述第一电极5和第二电极6可以是一个与所述光吸收层2进行肖特基接触、一个与所述光吸收层2进行欧姆接触，也可以是两个均与光吸收层2进行肖特基接触，也可以是两个均与光吸收层2进行欧姆接触，当然，在其他实施例中，还可以采用其他的接触方式，这里不做具体限定，但这些方案均在本发明的保护范围内。
44.以下简述上述方案提供的硅基msm光电探测器的工作原理：
45.p型轻掺杂区3和n型轻掺杂区4形成pn结，通过第二电极6和第三电极7施加反向电压，使得pn结处于反向截止状态，其中，pn结反向截止存在漏电流，在没有光信号时，所述光吸收层2(即本征锗)中产生的暗电流会通过第三电极7进行输运(其原因是：p型轻掺杂区3的电势高于第二电极6)，此时，所述第二电极6中的电流为0，在有光信号时，产生光电流，由于pn结反向截止，因此，第三电极7只能通过漏电流大小的电流。大部分的光电流会通过所
述第二电极6输运，产生光电流。因此，第一电极5和第二电极6之间产生信号电流，而暗电流被第三电极7输运走。
46.上述方案的有益效果是：可以提高信噪比。例如对于普通msm结构光电探测器，光电流为1a，暗电流为0.1a时，信噪比为1：0.1，对于该结构，信噪比为(1-0.1)：0。
47.基于本发明提供的一种硅基msm光电探测器，通过先提供硅衬底波导层1，接着在硅衬底波导层1上形成光吸收层2，并在所述光吸收层2上的一部分形成p型轻掺杂区3，再接着在所述p型轻掺杂区3连接且在硅衬底波导层1上的n型轻掺杂区4，其中，第一电极5电连接在所述光吸收层2第一端部，第二电极6电连接在所述光吸收层2第二端部，第三电极7电连接在n型轻掺杂区4，其中，所述第一电极5和所述第二电极6配置为在有光信号时产生信号电流，暗电流被所述第三电极7输运，解决了msm结构的探测器存在较大的暗电流问题。
48.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。
技术特征：1.一种硅基msm光电探测器,其特征在于，包括：硅衬底波导层，形成在所述硅衬底波导层上方的光吸收层；在所述光吸收层上形成的p型轻掺杂区；与所述p型轻掺杂区连接的n型轻掺杂区；电连接在所述光吸收层第一端部的第一电极，电连接在所述光吸收层第二端部的第二电极，电连接在n型轻掺杂区的第三电极；其中，所述第一电极和所述第二电极配置为在有光信号时产生信号电流，暗电流被所述第三电极输运。2.根据权利要求1所述的一种硅基msm光电探测器,其特征在于，所述光吸收层为本征锗。3.根据权利要求2所述的一种硅基msm光电探测器,其特征在于，所述p型轻掺杂区为p型轻掺杂锗区域，所述n型轻掺杂区为n型轻掺杂锗区域；所述p型轻掺杂锗区域的掺杂浓度为1
×
10
15
～1
×
10
19
,所述n型轻掺杂锗区域的掺杂浓度为1
×
10
15
～1
×
10
19
。4.根据权利要求1所述的一种硅基msm光电探测器,其特征在于，所述p型轻掺杂区和所述n型轻掺杂区的连接处形成pn结。5.根据权利要求4所述的一种硅基msm光电探测器,其特征在于，所述第一电极远离所述光吸收层的一端用于接地，所述第二电极远离所述光吸收层的一端用于接第一直流偏置，所述第三电极远离n型轻掺杂区的一端用于接第二直流偏置，其中，所述第一直流偏置小于第二直流偏置。6.根据权利要求1所述的一种硅基msm光电探测器,其特征在于，所述第一直流偏置为0.5v～5v。7.根据权利要求1所述的一种硅基msm光电探测器,其特征在于，所述第三电极与所述n型轻掺杂区的接触为欧姆接触，所述第一电极与所述光吸收层的接触为欧姆接触或肖特基接触，所述第二电极与所述光吸收层的接触为欧姆接触或肖特基接触。8.根据权利要求1所述的一种硅基msm光电探测器,其特征在于，所述n型轻掺杂区、所述p型轻掺杂区的厚度与所述光吸收层的厚度相同。
技术总结本发明提供了一种硅基MSM光电探测器,包括：硅衬底波导层，形成在所述硅衬底波导层上方的光吸收层；在所述光吸收层上形成的P型轻掺杂区；与所述P型轻掺杂区连接的N型轻掺杂区；电连接在所述光吸收层第一端部的第一电极，电连接在所述光吸收层第二端部的第二电极，电连接在N型轻掺杂区的第三电极；其中，所述第一电极和所述第二电极配置为在有光信号时产生信号电流，暗电流被所述第三电极输运，解决了MSM结构的探测器存在较大的暗电流问题。题。题。
技术研发人员：崔积适 肖洪地
受保护的技术使用者：三明学院
技术研发日：2022.07.04
技术公布日：2022/11/1
