一种吸收区独立且带有周期性光控单元的双极晶体管型硅基光探测器

技术特征：
1.一种吸收区独立且带有周期性光控单元的双极晶体管型硅基光探测器，其特征在于：soi衬底包括硅衬底，二氧化硅box层和顶硅层；硅衬底晶向为<100>，p型掺杂，电阻率为15-20ohm
·
cm；二氧化硅box层的厚度介于50nm到500nm之间；顶硅层为n型掺杂，掺杂浓度介于1.0
×
10
18
cm-3
到1.0
×
10
20
cm-3
之间，厚度300nm-500nm；在soi衬底上依次外延n型硅层、p型sige层、n型多晶硅层；其中所述的soi衬底的顶硅层作为晶体管次集电区，n型硅层作为晶体管集电区，p型sige层作为晶体管基区，n型多晶硅层作为晶体管发射区，它们共同构成一个sige/si异质结双极型晶体管；其中所述的晶体管集电区为n型掺杂，掺杂浓度介于1.0
×
10
16
cm-3
到1.0
×
10
17
cm-3
之间，厚度介于600nm到750nm之间；其中所述的晶体管基区为p型掺杂，掺杂浓度介于1.0
×
10
18
cm-3
到1.0
×
10
19
cm-3
之间，厚度介于40nm到100nm之间；其中所述的晶体管发射区为n型掺杂，掺杂浓度介于1.0
×
10
20
cm-3
到1.0
×
10
21
cm-3
之间，厚度介于200nm到300nm之间；刻蚀外延片表面部分n型多晶硅层，在刻蚀区域中沉积二氧化硅层形成隔离区；隔离区将sige/si异质结双极型晶体管型硅基光探测器划分为两个相对独立的区域，分别是异质结双极型晶体管区和独立pn结光吸收区；n型多晶硅层、p型sige层构成一个sige/sipn结，光窗口在表面的n型多晶硅层上，独立pn结光吸收区由sige/si pn结和光窗口构成；入射光垂直于光窗口入射到独立吸收区中，在sige/si pn结的耗尽区中被吸收；独立吸收区内制备周期性排列的纳米空气孔，构成周期性光控单元；具体为在硅介质中刻蚀孔阵列，空气孔排列的周期介于420nm到800nm之间，空气孔直径介于200nm到780nm之间，刻蚀深度介于600nm到1000nm之间，空气孔贯通sige/si pn结的耗尽区。2.根据权利要求1所述的一种光吸收区独立且带有周期性光控单元的双极晶体管型硅基光探测器，其特征在于，异质结双极型晶体管区发射结面积为2
×
5μm2到3
×
40μm2之间，集电结面积介于5
×
5μm2到6
×
40μm2之间；相对独立于异质结双极型晶体管区的sige/si pn结负责探测和吸收400nm到800nm波段的可见光，光窗口面积介于100μm2到800μm2之间。

技术总结
本发明提供一种吸收区独立且带有周期性光控单元的双极晶体管型硅基光探测器。该探测器制备于SOI衬底上，刻蚀外延片表面部分n型多晶硅层并沉积二氧化硅形成隔离区，将探测器划分为两个相对独立的区域，分别是异质结双极型晶体管区和独立pn结光吸收区。n型多晶硅层作为晶体管发射区，p型SiGe层作为晶体管基区，n型硅层作为晶体管集电区，SOI衬底顶硅层作为晶体管次集电区。独立pn结吸收区由n型多晶硅层和p型SiGe层构成的SiGe/Si pn结，以及n型多晶硅层表面的光窗口组成。独立pn结光吸收区中制备周期性排列的空气孔，形成光控制单元，控制入射光在吸收区的传输方向由垂直传输转化为水平传输。本器件分离了光探测吸收和光电流放大，分别优化吸收区结构参数和双极型晶体管的结面积，能保证光探测器既具备高速响应又拥有更高效的光吸收效率。有更高效的光吸收效率。有更高效的光吸收效率。


技术研发人员：谢红云 纪瑞朗 向洋 沙印 朱富 申晓婷
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：2022.02.27
技术公布日：2022/5/31