傳統(tǒng)平面入射型硅基探測(cè)器由于近紅外吸收系數(shù)低,存在響應(yīng)速度和探測(cè)效率的沖突,被認(rèn)為不適用于短距離光纖通信領(lǐng)域。微納結(jié)構(gòu)可有效提高等效光程,使入射光被吸收層充分吸收,提高光電器件的量子效率,廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)電池、近紅外增強(qiáng)探測(cè)器等領(lǐng)域。近期,研究者基于陷光微結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)20 Gb/s以上、與CMOS工藝兼容的硅基高速探測(cè)器,展現(xiàn)出了廣闊的發(fā)展前景。文章對(duì)微納結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)、制備方法、基于微納結(jié)構(gòu)的硅基高速探測(cè)器的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述和分析。 

【文章來(lái)源】：半導(dǎo)體光電. 2020,41(03)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：8 頁(yè)

【部分圖文】：

基于微納結(jié)構(gòu)的硅基高速探測(cè)器結(jié)構(gòu)示意圖

Gao等人[5]設(shè)計(jì)并制作了基于貫穿型微納陷光結(jié)構(gòu)的高速高響應(yīng)硅基探測(cè)器。該探測(cè)器采用臺(tái)面pin基本結(jié)構(gòu)，光敏面直徑為30μm，吸收區(qū)厚度約為2μm。光敏面通過(guò)干法刻蝕制備了貫穿整個(gè)吸收層的圓孔或漏斗型微納孔陣列。微納孔的直徑范圍為600～1 700nm，周期為900～2 000nm，排列方式為方形排列或六邊形排列。該探測(cè)器的結(jié)構(gòu)及實(shí)物如圖2所示。通過(guò)FDTD(Finite-Different Time-Domain）分析可以看出，入射光經(jīng)過(guò)微納孔形成了橫向傳播的分量，在底部形成全反射，使光波盡可能地停留在吸收層。微納孔陣列的周期對(duì)于橫向分量的大小至關(guān)重要，當(dāng)周期p小于波長(zhǎng)λ時(shí)，橫向分量可以趨近于零[16,43]。當(dāng)p>λ時(shí)，橫向分量大于縱向分量，使得光波能夠從孔中進(jìn)入硅材料從而被完全吸收。此外，漏斗型比圓柱型表現(xiàn)出更高的吸收率，且對(duì)波長(zhǎng)更不敏感，增強(qiáng)響應(yīng)的波段更寬。

Zang等人[44]設(shè)計(jì)并制備了基于倒金字塔型微納結(jié)構(gòu)陣列的單光子蓋革模式雪崩二極管探測(cè)器（SPAD）。該器件采用常見(jiàn)的臺(tái)面結(jié)構(gòu)，總厚度為2.5μm，通過(guò)外延方法在SOI基片上制備而成。光敏面上通過(guò)以低溫氧化硅為硬掩模，濕法腐蝕制備了周期為850nm，深度為600nm的倒金字塔微納結(jié)構(gòu)陣列。該探測(cè)器的結(jié)構(gòu)及實(shí)物如圖3所示。值得一提的是，該SPAD器件的頂部n+重?fù)诫s層的厚度設(shè)計(jì)為0.6μm，以便完整地容納表面微納結(jié)構(gòu)，降低對(duì)器件中高電場(chǎng)耗盡區(qū)的影響。這一厚度是Gao等人基于貫穿型微納結(jié)構(gòu)的探測(cè)器n+層厚度的2倍。過(guò)厚的n+層使得吸收深度較淺的短波光子所產(chǎn)生的載流子難以渡越n+層形成有效的光電流輸出。因此，該SPAD探測(cè)器在400nm波長(zhǎng)的量子效率僅為50%左右。


本文編號(hào)：3316095