本发明专利技术涉及的光电二极管，可以扩展光的吸收波段，完成从可见光到红外光波段(400nm～1350nm)的探测，且在0.8μm～0.9μm以及1.1μm～1.35μm两个重要波段均具有较高响应性。其结构包括：含一个开口的重掺杂N型Si衬底，N型Si衬底上依次层叠有轻掺杂N型Si外延层、重掺杂P型Si、以及由本征Ge缓冲层和在其之上的重掺杂P型Ge构成的台面结构，台面上依次层叠有二氧化硅介质层和钝化层。在N型Si衬底背面设置有金属接触阴极VR，在重掺杂P型Si上设置有第一金属接触阳极VAF，在重掺杂P型Ge上设置有第二金属接触阳极VAS，轻掺杂N型Si外延层背面设置有抗反射层。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体器件领域，特别是一种光电二极管。
技术介绍
在光纤通信系统中，光电探测器是必不可少的关键器件之一。0.8μm～0.9μm波段的短距离、高密度光纤通信系统、数据传输系统，常采用Si单晶衬底或GaAs基PIN光电探测器、雪崩光电探测器与硅前置放大器混合集成的光接收器。而1.06μm～1.55μm波段光纤通信网，则通常采用Ge单晶衬底或InP基PIN光电探测器、雪崩光电探测器与硅前置放大器混合集成的光接收器。
硅光电二极管作为其中一个重要分支，因其光谱响应良好、噪声低、寿命长和与CMOS工艺兼容性高等特点被广泛的应用在可见光探测和成像领域。其中，PIN硅光电平面二极管作为最常用的光电探测器之一，具有快速、室温、廉价、坚固、灵敏度高、量子效率高、体积小、重量轻、可靠性好、使用方便等特点。但是由于能带结构的固有特性，Si单晶材料对近红外光存在吸收系数低、吸收长度长、对1.1μm以上波段没有响应等问题。
Ge材料由于其具有比Si材料高的电子和空穴迁移率，与硅工艺兼容等优点，成为研究的热点。另外，Ge的带隙宽度小于Si，室温下为0.67eV，对通信波段1.3～1.6μm的光具有较高的吸收系数，可以提供在近红外波段的高响应性。因此，在Si基上外延Ge材料对光电集成具有重要的现实意义。而且，近年来，通过缓冲层技术的引入，在Si基上已经可以外延出高质量纯Ge材料，解决了由于Si和Ge的晶格失配较大，而带来的在Si基上直接外延纯Ge材料带来的大量失配位错，从而严重影响器件性能的问题。
在现有技术中，0.8μm～0.9μm波段光探测常采用Si基PIN光电探测器或雪崩光电探测器完成，而1.06μm～1.55μm波段光探测常采用Ge基PIN光电探测器获雪崩光电探测器完成，两个重要波段的探测分别用两种结构完成。因此，设计一种光电二极管，通过修改光电二极管的结构，将硅与锗结合，形成异质结构，分别发挥其材料在且在0.8μm～0.9μm以及1.1μm～1.35μm两个重要波段的高响应性，从而扩展光电二极管对目标光的响应波段，完成波长400nm～1350nm，即可见光到红外光波段的探测，是非常有意义的。
技术实现思路
针对
技术介绍
的不足之处设计一种可见光到红外光探测的宽波段光电二极管，目的在于得到一种能够扩展硅光电二极管探测波段，完成可见光到红外光探测的宽波段光电二极管。
本专利技术的技术方案是一种可见光到红外光探测的宽波段光电二极管，该光电二极管包括：可见光探测区和红外光探测区，所述可见光探测区包括：重掺杂N型Si衬底、设置于重掺杂N型Si衬底下表面两侧的金属阴极、设置于重掺杂N型Si衬底下表面中间位置的抗反射层、设于重掺杂N型Si衬底上的轻掺杂N型Si外延层、设于轻掺杂N型Si外延层上的重掺杂P型Si层、设于重掺杂P型Si层两侧的第一金属阳极；其特征在于所述红外光探测区设置于可见光探测区的重掺杂P型Si层上，所述红外光探测区包括：本征Ge缓冲层、设于本征Ge缓冲层上的重掺杂P型Ge层、设于重掺杂P型Ge层上的第二金属阳极、二氧化硅层、钝化层；其中本征Ge缓冲层、重掺杂P型Ge层、第二金属阳极构成棱台结构，所述二氧化硅层用于密封本征Ge缓冲层和重掺杂P型Ge层，所述钝化层设置于二氧化硅层上。
进一步的，所述重掺杂N型Si衬底中心处设有开口，抗反射层位于开口内，直接设置于轻掺杂N型Si外延层下表面。
进一步的，所述抗反射层材料由为SiO2和Si3N4组成，金属接触阴极、第一金属阳极、第二金属阳极的材料为Al，其中SiO2膜厚60nm,Si3N4膜厚50nm。
进一步的，所述的重掺杂N型Si衬底的掺杂浓度大于1e19cm-3。进一步的，所述N型Si外延层(3)的厚度为10μm，浓度在2e13cm-3到3e13cm-3之间。
进一步的，所述的重掺杂P型Si(4)的厚度为0.2μm，浓度1e19cm-3。
进一步的，所述的本征Ge缓冲层(5)的厚度为10μm，浓度在2e15cm-3到3e15cm-3之间。
进一步的，所述的重掺杂P型Ge(6)的厚度为0.8μm，浓度大于1e20cm-3。
在探测过程中：低波段光探测(波长1000nm以下)时，光子从开口的重掺杂N型Si衬底(2)射入，轻掺杂N型Si外延层(3)和重掺杂P型Si(4)作为光吸收区，吸收光子，产生光生载流子。在外加电压作用下，金属接触阴极VR和第一金属接触阳极VAF(12)之间产生电场，光生载流子在电场作用下，分别向两极漂移移动，直至被电极吸收；在较高探测波段(波长1000nm以上)时，光子从开口的重掺杂N型Si衬底(2)射入，轻掺杂N型Si外延层(3)和重掺杂P型Si(4)对于光子而言为透明材料，不能吸收光子，光透过轻掺杂N型Si外延层(3)和重掺杂P型Si(4)，进入由本征Ge缓冲层(5)和在其之上的重掺杂P型Ge(6)组成的台面结构(7)，被Ge材料吸收，并产生光生载流子。在外加电压作用下，金属接触阴极VR和第二金属接触阳极VAS(12)之间产生电场，光生载流子在电场作用下，分别向两极漂移移动，直至被电极吸收。
根据本专利技术，能扩展硅光电二极管的光探测波段，本专利技术结构能完成400nm～1350nm光波段的探测，且在0.8μm～0.9μm以及1.1μm～1.35μm两个重要波段均具有较高响应性。
附图说明
图1为常规硅基光电PIN型二极管结构图；
图2为本专利技术实施例的具有较长波段探测的光电二极管(PD)的截面图。
具体实施方式
本专利技术所要解决的，就是针对上述光电二极管存在的问题，提出一种能完成可见光到红外波段探测的宽波段光电二极管，其在0.8μm～0.9μm波段以及1.06μm～1.55μm波段均有高响应性。下面结合附图和具体的实施例对本专利技术光电二极管作进一步的阐述。
需要注意的是，图1和图2仅仅表示所述二极管的示意性简化图，因此这两张图并不是按比例绘制的。
如图1所示为常规硅基光电PIN型二极管结构图。常规硅基光电PIN型二极管包括：重掺杂N型Si衬底(20)，其上一次层叠有低掺杂N型Si外延层(21)以及重掺杂P型注入层(22)。重掺杂P型注入层(22)上设置有金属阳极接触(23)，重掺杂N型Si衬底(20)背面设置有金属阴极接触(24)。重掺杂P型注入层(22)上设置有抗反射层(25)，以加强对入射光的吸收。典型地，金属阳极接触(23)和金属阴极接触均由金属Al材料构成，抗反射层由SiO2和Si3N4组合而成。应注意，上述材料仅仅是以示例的方式提供的，本
人员应理解，其他材料也可以用在常规硅基光电PIN型二极管的构造中。
该类型光电二极管的工作原理是入射光射入器件，低掺杂N型Si外延层(21)作为光吸收区，吸收光子产生光生载流子。在外加反向偏置作用下，器件内部产生自下而上的电场，光生载流子在电场作用下，空穴被金属阳极(23)收集，电子被金属阴极(24)收集。
如图1所示为常规硅基光电PIN型二极管结构在0.8μm～0.9μm波段具有高响应性，但是由于Si材料能带结构的固有特性，其对1.1μm以上红外光波段没有响应。
在一些实施例中，低掺杂N型Si外延层(21)的厚度T(21)大约是8本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种可见光到红外光探测的宽波段光电二极管，该光电二极管包括：可见光探测区和红外光探测区，所述可见光探测区包括：重掺杂N型Si衬底、设置于重掺杂N型Si衬底下表面两侧的金属阴极、设置于重掺杂N型Si衬底下表面中间位置的抗反射层、设于重掺杂N型Si衬底上的轻掺杂N型Si外延层、设于轻掺杂N型Si外延层上的重掺杂P型Si层、设于重掺杂P型Si层两侧的第一金属阳极；其特征在于所述红外光探测区设置于可见光探测区的重掺杂P型Si层上，所述红外光探测区包括：本征Ge缓冲层、设于本征Ge缓冲层上的重掺杂P型Ge层、设于重掺杂P型Ge层上的第二金属阳极、二氧化硅层、钝化层；其中本征Ge缓冲层、重掺杂P型Ge层、第二金属阳极构成棱台结构，所述二氧化硅层用于密封本征Ge缓冲层和重掺杂P型Ge层，所述钝化层设置于二氧化硅层上。
【技术特征摘要】
1.一种可见光到红外光探测的宽波段光电二极管，该光电二极管包括：可见光探测区和
红外光探测区，所述可见光探测区包括：重掺杂N型Si衬底、设置于重掺杂N型Si衬底下表
面两侧的金属阴极、设置于重掺杂N型Si衬底下表面中间位置的抗反射层、设于重掺杂N型
Si衬底上的轻掺杂N型Si外延层、设于轻掺杂N型Si外延层上的重掺杂P型Si层、设于重
掺杂P型Si层两侧的第一金属阳极；其特征在于所述红外光探测区设置于可见光探测区的重
掺杂P型Si层上，所述红外光探测区包括：本征Ge缓冲层、设于本征Ge缓冲层上的重掺杂
P型Ge层、设于重掺杂P型Ge层上的第二金属阳极、二氧化硅层、钝化层；其中本征Ge缓
冲层、重掺杂P型Ge层、第二金属阳极构成棱台结构，所述二氧化硅层用于密封本征Ge缓冲
层和重掺杂P型Ge层，所述钝化层设置于二氧化硅层上。
2.如权利要求1所述的一种可见光到红外光探测的宽波段光电二极管，其特征在于所述
重掺杂N型Si衬底中心处设有开口，抗反射层位于开口内，直接设置于轻掺杂N型Si外延层
下表面。
3.如权利要求1所述的一...
【专利技术属性】
技术研发人员：张有润，章志海，袁福润，龚宏国，刘影，张波，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
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