一种半导体光电探测器芯片及其制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115832096A(43)申请公布日2023.03.21(21)申请号202211472136.3(22)申请日2022.11.23(71)申请人江苏联格科技有限公司地址226000江苏省南通市开发区崇州大道60号南通创新区紫琅科技城8号楼3层(72)发明人郑志明征峰徐峰(74)专利代理机构南京钟山专利代理有限公司32252专利代理师陈亮亮(51)Int.Cl.H01L31/107(2006.01)H01L31/0232(2014.01)H01L31/18(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图4页(54)发明名称一种半导体光电探测器芯片及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种半导体光电探测器芯片及其制备方法，包括至少一个光电探测器单元，每个光电探测器单元包括光耦合器、耦合光波导和微环结构半导体横向雪崩光电探测器，微环结构半导体横向雪崩光电探测器包括硅衬底、氧化硅层、阳极接触区、第一P型区、脊形波导吸收区、第二P型区、雪崩区、N型区和阴极型接触区。本发明适合于在吸收系数很低的情况下对微弱光信号的探测和成像，并且采用微环结构不增加器件的尺寸，解决了现有技术在微弱光信号下的探测率低和工作速度低的问题。CN115832096ACN115832096A权利要求书1/2页1.一种半导体光电探测器芯片，其特征在于：包括至少一个光电探测器单元，每个光电探测器单元包括光耦合器、耦合光波导和微环结构半导体横向雪崩光电探测器，入射光经光耦合器进入耦合光波导，再由耦合光波导耦合进入微环结构半导体横向雪崩光电探测器；微环结构半导体横向雪崩光电探测器包括硅衬底、氧化硅层、阳极接触区、第一P型区、脊形波导吸收区、第二P型区、雪崩区、N型区和阴极型接触区，氧化硅层设置在硅衬底上侧，阳极接触区、第一P型区、脊形波导吸收区、第二P型区、雪崩区、N型区和阴极型接触区依次横向排列设置在氧化硅层的上侧，第一电极设置在阳极接触区上，第二电极设置在阴极接触区上。2.根据权利要求1所述的一种半导体光电探测器芯片，其特征在于：所述光耦合器采用水平光耦合器或者垂直光耦合器。3.根据权利要求1所述的一种半导体光电探测器芯片，其特征在于：所述耦合光波导采用硅、氧化硅或氮化硅材料制成。4.根据权利要求1所述的一种半导体光电探测器芯片，其特征在于：所述微环结构半导体横向雪崩光电探测器为闭合的环形结构，闭环的形结构包括圆形、椭圆形和腰圆形。5.根据权利要求1所述的一种半导体光电探测器芯片，其特征在于：所述脊形波导吸收区采用硅、锗、锗硅和锗量子点中的一种或几种材料组成的异质结构材料。6.根据权利要求1所述的一种半导体光电探测器芯片，其特征在于：所述阳极接触区、第一P型区、第二P型区、雪崩区、N型区和阴极型接触区采用硅材料。7.根据权利要求1所述的一种半导体光电探测器芯片，其特征在于：所述微环结构半导体横向雪崩光电探测器的外侧部分为无源波导。8.根据权利要求1所述的一种半导体光电探测器芯片，其特征在于：所述阳极接触区、第一P型区、脊形波导吸收区、第二P型区、雪崩区、N型区和阴极型接触区成同心的环形分布。9.根据权利要求8所述的一种半导体光电探测器芯片，其特征在于：所述阳极接触区、第一P型区、脊形波导吸收区、第二P型区、雪崩区、N型区和阴极型接触区由内向外依次排列设置在氧化硅层的上侧，阳极接触区和第一P型区位于脊形波导吸收区构成的微环以内区域，第二P型区、雪崩区、N型区和阴极型接触区位于脊形波导吸收区构成的微环以外区域。10.根据权利要求8所述的一种半导体光电探测器芯片，其特征在于：所述阳极接触区、第一P型区、脊形波导吸收区、第二P型区、雪崩区、N型区和阴极型接触区由外向内依次排列设置在氧化硅层的上侧，阳极接触区和第一P型区位于脊形波导吸收区构成的微环以外区域，第二P型区、雪崩区、N型区和阴极型接触区位于脊形波导吸收区构成的微环以内区域。11.一种权利要求1‑10任一项所述的半导体光电探测器芯片的制备方法，其特征在于包含以下步骤：S1、取一SOI片，其氧化层厚度2微米，表面硅层厚度220nm，在SOI片表面沉积氧化硅层，厚度为30nm；S2、光刻并刻蚀SOI片表面的氧化硅层，以氧化硅为掩膜刻蚀硅，刻蚀厚度为70nm，形成光栅结构光耦合器，同时形成光波导结构；S3、用光刻胶保护光耦合器光栅区域，刻蚀硅，刻蚀厚度60nm，将脊形耦合光波导和微环光波导的脊高从70nm增加到约130nm，耦合光波导与微环光波导在耦合区的距离为2CN115832096A权利要求书2/2页250nm；再在需要隔离的区域刻蚀硅至埋层氧化硅，实现隔离；光耦合器和脊形耦合光波导制作完成；S4、由微环里向微环外，经多次区域离子注入，并退火激活，形成不同的掺