面入射型硅基锗光电探测器及其制备方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种面入射型硅基锗光电探测器及其制备方法。

背景技术

光电探测器作为光通信、光互联、高速光电信息系统中的核心器件之一，有着非常广阔的应用前景和研究意义。面入射型光电探测器可以直接耦合自由空间光，因而也愈发受到重视。

但面入射型光电探测器由于通信波段应用的材料体系本征吸收系数很低，需要一定厚度的本征吸收层才能实现光电信号的转换。然而，增加本征吸收层的宽度会使得功能器件的带宽受限。因此如何实现面入射型光电探测器响应度和带宽之间的平衡，成为面入射型光电探测器集成化应用的关键问题。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

发明内容

本发明的主要目的在于提供了一种面入射型硅基锗光电探测器，旨在解决如何实现面入射型光电探测器响应度和带宽之间的平衡的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种面入射型硅基锗光电探测器，所述硅基锗光电探测器包括：下台面；

位于所述下台面上表面的上台面，所述上台面包括：由预设数目的结构单元周期性排列构成的超构结构；

所述超构结构包括：第一n型掺杂锗层和第一本征锗层；

所述第一本征锗层，设置在所述下台面的上表面；

所述第一n型掺杂锗层，设置在所述第一本征锗层的上表面。

可选地，下台面包括：硅基板、氧化物层、p型掺杂硅层和p型掺杂锗层；

所述氧化物层，设置在所述硅基板的上表面；

所述p型掺杂硅层，设置在所述氧化物层的上表面，所述p型掺杂硅层为所述p型掺杂锗层的缓冲层；

所述p型掺杂锗层，设置在所述p型掺杂硅层的上表面；

所述p型掺杂锗层，还设置在所述第一本征锗层的下表面。

可选地，所述上台面还包括：非超构结构；

所述非超构结构包围所述超构结构，并与所述超构结构相邻接触设置。

可选地，所述非超构结构与所述超构结构组成层相同，为非结构化的区域；所述非超构结构包括：第二n型掺杂锗层和第二本征锗层；

所述第二本征锗层设置在所述第一本征锗层四周，并与所述第一本征锗层相邻接触设置；

所述第二n型掺杂锗层设置在所述第一n型掺杂锗层四周，并与所述第一n型掺杂锗层相邻接触设置；

所述第二本征锗层，还设置在所述p型掺杂锗层的上表面；

所述第二n型掺杂锗层，还设置在所述第二本征锗层的上表面。

可选地，所述硅基锗光电探测器还包括：阳极电极和阴极电极，所述阳极电极为环形结构，所述阴极电极为扇形结构；

所述阳极电极，设置在所述第二n型掺杂锗层的上表面；

所述阳极电极，还包围所述超构结构，并与所述超构结构不接触设置；

所述阴极电极，设置在所述p型掺杂锗层的上表面；

所述阴极电极，还设置在所述阳极电极的四周，且所述阴极电极的内径大于所述上台面的外径。

可选地，所述硅基锗光电探测器还包括：包覆层；

所述包覆层，设置在所述第一n型掺杂锗层的上表面，并填充在所述结构单元表面的间隙中；

所述包覆层，还设置在所述第二n型掺杂锗层的上表面，并填充在所述阳极电极与所述超构结构之间的间隙中；

所述包覆层，还设置在所述p型掺杂锗层的上表面，并填充在所述阴极电极与所述上台面之间的间隙中。

可选地，所述结构单元为中心对称的类十字结构，所述中心对称的类十字结构由一个正方形结构和四个长方形结构组成，各长方形结构分别设置于所述正方形结构四周，且与所述正方形结构接触设置；

所述超构结构为由所述预设数目的类十字结构周期性排列构成的渔网阵列结构，所述渔网阵列结构由所述第一本征锗层和所述第一n型掺杂锗层组成。

此外，为实现上述目的，本发明还提供了一种面入射型硅基锗光电探测器制备方法，所述锗光电探测器制备方法包括：

设置硅基板；

在所述硅基板上设置氧化物层；

在所述氧化物层上设置p型掺杂硅层；

在所述p型掺杂硅层上设置p型掺杂锗层，所述p型掺杂硅层为所述p型掺杂锗层的缓冲层；

在所述p型掺杂锗层上设置由预设数目的结构单元周期性排列构成的超构结构，所述超构结构包括：第一n型掺杂锗层和第一本征锗层，其中，所述第一本征锗层设置在所述p型掺杂锗层的上表面，所述第一n型掺杂锗层设置在所述第一本征锗层的上表面。

可选地，所述方法还包括：

在所述p型掺杂锗层上设置第二本征锗层，所述第二本征锗层与所述第一本征锗层位于同一平面，并设置在所述第一本征锗层四周，与所述第一本征锗层相邻接触设置；

在所述第二本征锗层上设置第二n型掺杂锗层，所述第二n型掺杂锗层与所述第一n型掺杂锗层位于同一平面，并设置在所述第一n型掺杂锗层四周，与所述第二n型掺杂锗层相邻接触设置；

在所述第二n型掺杂锗层上设置阳极电极，所述阳极电极为环形结构并设置在所述超构结构四周，且所述阳极电极与所述超构结构并不接触设置；

在所述掺杂缓冲层上设置阴极电极，所述阴极电极为扇形结构，且所述阴极电极的内径大于所述上台面的外径。

本发明公开了一种面入射型硅基锗光电探测器及其制备方法，该硅基锗光电探测器包括：下台面；位于下台面上表面的上台面，上台面包括：由预设数目的结构单元周期性排列构成的超构结构；超构结构包括：第一n型掺杂锗层和第一本征锗层；第一本征锗层，设置在下台面的上表面；第一n型掺杂锗层，设置在第一本征锗层的上表面。下台面包括：硅基板、氧化物层、p型掺杂硅层和p型掺杂锗层；氧化物层，设置在硅基板的上表面；p型掺杂硅层，设置在氧化物层的上表面，p型掺杂硅层为p型掺杂锗层的缓冲层；p型掺杂锗层，设置在p型掺杂硅层的上表面；p型掺杂锗层，还设置在第一本征锗层的下表面。上台面还包括：非超构结构；非超构结构包围超构结构，并与超构结构相邻接触设置。非超构结构与超构结构组成层相同，为非结构化的区域；非超构结构包括：第二n型掺杂锗层和第二本征锗层；第二本征锗层设置在第一本征锗层四周，并与第一本征锗层相邻接触设置；第二n型掺杂锗层设置在第一n型掺杂锗层四周，并与第一n型掺杂锗层相邻接触设置；第二本征锗层，还设置在p型掺杂锗层的上表面；第二n型掺杂锗层，还设置在第二本征锗层的上表面。硅基锗光电探测器还包括：阳极电极和阴极电极，阳极电极为环形结构，阴极电极为扇形结构；阳极电极，设置在第二n型掺杂锗层的上表面；阳极电极，还包围超构结构，并与超构结构不接触设置；阴极电极，设置在p型掺杂锗层的上表面；阴极电极，还设置在阳极电极的四周，且阴极电极的内径大于上台面的外径。硅基锗光电探测器还包括：包覆层；包覆层，设置在第一n型掺杂锗层的上表面，并填充在结构单元表面的间隙中；包覆层，还设置在第二n型掺杂锗层的上表面，并填充在阳极电极与超构结构之间的间隙中；包覆层，还设置在p型掺杂锗层的上表面，并填充在阴极电极与上台面之间的间隙中。本发明基于薄尺寸且异质集成的上包层，即上述超构结构和非超构结构，不仅保证了面入射型硅基锗光电探测器的带宽性能，也减小了器件的整体尺寸，有助于通信模块的集成化、小型化。同时本发明可通过刻蚀了特殊结构单元的超构结构组成光敏区域增强整体结构器件光与物质的相互作用，增加了器件在特定波段的光电转化效率，而本征层厚度的减薄，缩减了载流子的渡越时间，提高了整体器件的响应度。因此本发明可在不影响带宽的情况下提高面入射型光电探测的响应度，实现了面入射型光电探测器响应度和带宽之间的平衡。

附图说明

图1为本发明面入射型硅基锗光电探测器第一实施例的结构示意图；

图2为本发明面入射型硅基锗光电探测器第一实施例中结构剖面示意图；

图3为本发明面入射型硅基锗光电探测器第二实施例的结构示意图。

图4为本发明面入射型硅基锗光电探测器第二实施例中超构结构形状示意图；

图5为本发明面入射型硅基锗光电探测器第二实施例中类十字结构形状示意图；

图6为本发明面入射型硅基锗光电探测器第二实施例中光学仿真的仿真光谱示意图；

图7为本发明面入射型硅基锗光电探测器第二实施例中光学仿真的场分布示意图；

图8为本发明面入射型硅基锗光电探测器第二实施例中电学仿真第一效果图；

图9为本发明面入射型硅基锗光电探测器第二实施例中电学仿真第二效果图；

图10为本发明面入射型硅基锗光电探测器第三实施例的流程示意图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例、基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在本发明实施例中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征，另外各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

参照图1，图1为本发明面入射型硅基锗光电探测器第一实施例的结构示意图。

如图1所示，本实施例中，所述硅基锗光电探测器包括：

下台面；

位于所述下台面上表面的上台面，所述上台面包括由预设数目的结构单元周期性排列构成的超构结构；

所述超构结构包括：第一n型掺杂锗层20和第一本征锗层30；

所述第一本征锗层30，设置在所述下台面的上表面；

所述第一n型掺杂锗层20，设置在所述第一本征锗层的上表面。

需要说明的是，由于面入射型硅基锗光电探测器的本征吸收层过厚会影响器件的带宽，因此本实施例可减少本征锗层的厚度，同时也可基于此降低器件的整体结构尺寸，扩大面入射型硅基锗光电探测器的应用范围。然而，可理解的是，若光电探测器的本征吸收层厚度不够，则面入射型硅基锗光电探测器的光吸收率会受到影响降低。因此，本实施例中可在硅基锗光电探测器的上台面中设置一个光敏区域，即上述设置了预设数目的结构单元周期性排列构成的超构结构，该超构结构可提高硅基锗光电探测器的光吸收率，进而可实现面入射型硅基锗光电探测器响应度与带宽之间的平衡。

需要理解的是，超构结构中上述结构单元的具体的数目，即上述预设数目对应的具体数量，可根据实际应用场合的具体需求进行调整，本实施例对此不加以限制。上述结构单元可以是经过图案刻蚀后形成，本实施例中结构单元呈周期性分布可以是指结构单元可以相互接触设置，超构结构的单元周期可为510nm(纳米)。

可以理解的是，本实施例可通过锗的异质集成拓宽了硅基器件的响应波长，即为上述非掺杂的第一n型掺杂锗层20和第一本征锗层30。其中，第一本征锗层30的厚度可为210nm；第一n型掺杂锗层20可为n型重掺杂锗层，掺杂浓度为：1×10

进一步地，如图1所示，本实施例中，所述下台面包括：硅基板70、氧化物层60、p型掺杂硅层50和p型掺杂锗层40；

所述氧化物层60，设置在所述硅基板70的上表面；

所述p型掺杂硅层50，设置在所述氧化物层60的上表面；

所述p型掺杂锗层40，设置在所述p型掺杂硅层50的上表面，所述p型掺杂硅层50为所述p型掺杂锗层40的缓冲层；

所述p型掺杂锗层40，还设置在所述第一本征锗层30的下表面。

需要说明的是，本实施例中上述氧化物层60的材质可为二氧化硅，因为二氧化硅折射率低，可满足上述超构结构折射率匹配的设计要求。可理解的是，上述氧化物层60的材质还可以是其他低折射率的材质，具体材质本实施例不加限制；而上述p型掺杂硅层50是硅的p型掺杂组成，作为p型掺杂锗层40的缓冲层，可使p型掺杂锗层40在沉积制备过程中因为晶格匹配而获得更好的质量。

需要理解的是，本实施例中，上述p型掺杂锗层40可为p型掺杂锗层40，掺杂浓度为：1×10

进一步地，本实施例中，所述上台面还包括：非超构结构；所述非超构结构包围所述超构结构，并与所述超构结构相邻接触设置。所述非超构结构包括：第二n型掺杂锗层21和第二本征锗层31；所述第二本征锗层31与所述第一本征锗层30位于同一平面，所述第二n型掺杂锗层21与所述第一n型掺杂锗层20位于同一平面；

所述第二本征锗层31设置在所述第一本征锗层30四周，并与所述第一本征锗层30相邻接触设置；

所述第二n型掺杂锗层21设置在所述第一n型掺杂锗层20四周，并与所述第一n型掺杂锗层20相邻接触设置；

所述第二本征锗层31，还设置在所述p型掺杂锗层40的上表面；

所述第二n型掺杂锗层21，还设置在所述第二本征锗层31的上表面。

需要理解的是，本实施例中上台面实际上由异质集成的本征锗层和掺杂锗层构成，但只有中心区域的超构结构进行了图案刻蚀，成为渔网状阵列结构。剩余部分(即上述非超构结构)并未进行图案刻蚀，但非超构结构与超构结构除外形外，其余参数，如材质，厚度和粒子掺杂浓度等一应相同。为了便于理解，以图2为例进行举例说明，图2为本发明面入射型硅基锗光电探测器第一实施例中结构剖面示意图，如图2所示，第二本征锗层31设置在第一本征锗层30四周，并与第一本征锗层30相邻接触设置；第二n型掺杂锗层21设置在第一n型掺杂锗层20四周，并与第一n型掺杂锗层20相邻接触设置。本实施例中，第二本征锗层31的厚度可为210nm；第二n型掺杂锗层21可为n型重掺杂锗层，掺杂浓度可为：1×10

进一步地，所述硅基锗光电探测器还包括：阳极电极80和阴极电极90，所述阳极电极80为环形结构，所述阴极电极90为扇形结构；

所述阳极电极80，设置在所述第二n型掺杂锗层21的上表面；

所述阳极电极80，还包围所述超构结构，并与所述超构结构不接触设置；

所述阴极电极90，设置在所述p型掺杂锗层40的上表面；

所述阴极电极90设置在所述阳极电极80的四周，且所述阴极电极90的内径大于所述阳极电极80的外径。

需要说明的是，上述阳极电极80和阴极电极90材质可以为金属铝，也可以是金、银、铜等，阳极电极80可以是环形结构，阴极电极90可以是扇形结构。如图1所示，阳极电极80设置在上台面的上表面，具体可对应设置在第二n型掺杂锗层21的上表面。同时，阳极电极80包围超构结构，但并不与超构结构接触设置。由图1亦可知，本实施例中阴极电极90亦设置在阳极电极80的四周，并与阳极电极80不接触设置。而阴极电极90之所以设置为扇形结构，是为了器件在实际测量过程中外加电流的需要所做的综合考虑。硅基锗光电探测器的有效区域直径可设置为30μm(微米)。

所述硅基锗光电探测器还包括：包覆层10；

所述包覆层10，设置在所述第一n型掺杂锗层20的上表面，并填充在所述结构单元表面的间隙中；

所述包覆层10，还设置在所述第二n型掺杂锗层21的上表面，并填充在所述阳极电极80与所述超构结构之间的间隙中；

所述包覆层10，还设置在所述p型掺杂锗层40的上表面，并填充在所述阴极电极90与所述上台面之间的间隙中。

需要理解的是，上述包覆层10的材质可以是二氧化硅、氮化硅或者氮氧化硅，以对硅基锗光电探测器进行保护。上述各p型和n型掺杂层的尺寸可以调整，以实现器件对角度入射光的响应。

需要说明的是，引入上述超构结构组成的光敏区域可增强整体结构器件光与物质的相互作用，从而可在减小了光电探测器中本征吸收层的尺寸的同时增加了光电的转化效率，缩减了载流子的渡越时间，整体器件的响应度就随之提高。尽管本实施例中本征吸收层，即上述超构结构和非超构结构，的厚度减小会导致耗尽区宽度的减小，增加探测器的响应频率，减小探测器的读取频率，但由于超构表面的“渔网”型结构减小了整体结构的相对介电常数，因而综合考虑其读取频率就没有太大的变化。即本实施例中整体器件可在不影响带宽的情况下提高面入射型光电探测的响应度。

本实施例公开了一种硅基锗光电探测器，该硅基锗光电探测器包括：下台面；位于下台面上表面的上台面，上台面包括：由预设数目的结构单元周期性排列构成的超构结构；超构结构包括：第一n型掺杂锗层和第一本征锗层；第一本征锗层，设置在下台面的上表面；第一n型掺杂锗层，设置在第一本征锗层的上表面。下台面包括：硅基板、氧化物层、p型掺杂硅层和p型掺杂锗层；氧化物层，设置在硅基板的上表面；p型掺杂硅层，设置在氧化物层的上表面，p型掺杂硅层为p型掺杂锗层的缓冲层；p型掺杂锗层，设置在p型掺杂硅层的上表面；p型掺杂锗层，还设置在第一本征锗层的下表面。上台面还包括：非超构结构；非超构结构包围超构结构，并与超构结构相邻接触设置。非超构结构与超构结构组成层相同，为非结构化的区域；非超构结构包括：第二n型掺杂锗层和第二本征锗层；第二本征锗层设置在第一本征锗层四周，并与第一本征锗层相邻接触设置；第二n型掺杂锗层设置在第一n型掺杂锗层四周，并与第一n型掺杂锗层相邻接触设置；第二本征锗层，还设置在p型掺杂锗层的上表面；第二n型掺杂锗层，还设置在第二本征锗层的上表面。硅基锗光电探测器还包括：阳极电极和阴极电极，阳极电极为环形结构，阴极电极为扇形结构；阳极电极，设置在第二n型掺杂锗层的上表面；阳极电极，还包围超构结构，并与超构结构不接触设置；阴极电极，设置在p型掺杂锗层的上表面；阴极电极，还设置在阳极电极的四周，且阴极电极的内径大于上台面的外径。硅基锗光电探测器还包括：包覆层；包覆层，设置在第一n型掺杂锗层的上表面，并填充在结构单元表面的间隙中；包覆层，还设置在第二n型掺杂锗层的上表面，并填充在阳极电极与超构结构之间的间隙中；包覆层，还设置在p型掺杂锗层的上表面，并填充在阴极电极与上台面之间的间隙中。本实施例中薄尺寸且异质集成的上包层，即上述超构结构和非超构结构，不仅保证了面入射型硅基锗光电探测器的带宽性能，也减小了器件的整体尺寸，有助于通信模块的集成化、小型化。同时本实施例可通过刻蚀了特殊结构单元的超构结构增强整体结构器件光与物质的相互作用，从而可在减小了光电探测器中本征吸收层的尺寸的同时增加了器件在特定波段的光电转化效率，而本征层厚度的减薄，缩减了载流子的渡越时间，提高了整体器件的响应度。因此本实施例可在不影响带宽的情况下提高面入射型光电探测的响应度，实现了面入射型光电探测器响应度和带宽之间的平衡。

参照图3，图3为本发明面入射型硅基锗光电探测器第二实施例的结构示意图。

基于上述第一实施例，本实施例中，所述结构单元为中心对称的类十字结构，所述中心对称的类十字结构由一个正方形结构和四个长方形结构组成，各长方形结构分别设置于所述正方形结构四周，且与所述正方形结构接触设置；

所述超构结构为由所述预设数目的类十字结构周期性排列构成的渔网阵列结构，所述渔网阵列结构由所述第一n型掺杂锗层20和所述第一本征锗层30组成。

可以理解的是，上述图3为与单个中心对称的类十字结构相对应的探测器的结构示意图，实际上第一n型掺杂锗层20和第一本征锗层30的总体结构并不为类十字，为了便于理解，以图4为例进行举例说明，图4为本发明面入射型硅基锗光电探测器第二实施例中超构结构形状示意图，如图2所示，超构结构为由预设数目的中心对称的类十字结构周期性排列构成的渔网阵列结构，该渔网阵列结构由第一n型掺杂锗层20和第一本征锗层30组成，因此，超构结构内包含的第一n型掺杂锗层20和第一本征锗层30也均为由预设数目的中心对称的类十字结构周期性排列构成的渔网阵列结构，各类十字结构之间接触设置且周期性分布，使上述超构结构、第一n型掺杂锗层20和第一本征锗层30均成为渔网型的阵列结构，图4中各类十字结构之间间隙的刻蚀深度可为260nm。

需要理解的是，如图5所示，图5为本发明面入射型硅基锗光电探测器第二实施例中类十字结构形状示意图，由图5可知，类十字结构的交叉区域可为正方形，宽度可为260nm；各类十字结构轴线处的长方形的长为125nm，宽为120nm。

需要说明的是，上述的渔网型阵列型结构中，各类十字结构(或结构单元)同相位的电磁传输形成了阵列效应，并引起了电磁响应的集体振荡，进而影响到电磁辐射的方向、振幅和位置，当设计的“类十字结构”能支持两种相位相反的电磁偶极子并通过相消干涉构造出一种束缚模式时，整体结构在垂直方向上将无辐射产生，从而使光场被牢牢的限制在光电探测器结构的内部，进而可在纳米尺度上对波长为1550nm处的电磁波产生了强吸收，仿真结果表明吸收率能达到99.45％。

可以理解的是，为了进一步体现本实施例探测器的性能改进，本实施例还可通过光学仿真和电学仿真进行性能验证，光学仿真可采用COMSOL6.0仿真软件。在进行光学仿真时，可设置入射光光源设置为x偏振的平面波，扫描光谱范围1450nm-1650nm，具体结果可如图6所示，图6为本发明面入射型硅基锗光电探测器第二实施例中光学仿真的仿真光谱示意图，从图6中可知本实施例提出的光电探测器在1550nm处的反射率和透射率均接近于0，吸收光谱呈现单模的谐振并且吸收效率接近于1。因此，图6证明了本实施例中由预设数目的类十字结构构成的渔网阵列结构可通过电磁偶极子谐振模式增强光和物质的相互作用，使面入射型光电探测器的纳米级薄层在通信C波段1550nm处能获得近百分百的光吸收。进一步地，如图7所示，图7为本发明面入射型硅基锗光电探测器第二实施例中光学仿真的场分布示意图，其中左图为结构模型x-z剖面的电场分布图，右图为结构模型x-z剖面的磁场分布图。由图7可知，电磁场几乎都集中分布在超构结构中的每一个结构单元中，即本实施例提出的面入射型光电探测器所支持的电磁场几乎都被束缚在本征吸收层(即上述第一n型掺杂锗层20和第一本征锗层30)中，因此本实施例提出的面入射型光电探测器可极大地提高了光与物质的相互作用。

易理解的是，从上述的光学仿真结果可以看出，本实施例设置的第一n型掺杂锗层20和第一本征锗层30在光场调控方面具有显著的优势，可以在亚波长尺度上局域光场，增强光和物质的相互作用，从而实现电磁波振幅、偏振、相位等多自由度的调控。因而，本实施例设置的由第一n型掺杂锗层20和第一本征锗层30组成的超构表面(即上述超构结构)带来的光场强局域效果可以很好降低减薄本征吸收层的厚度带来的负面影响，因此本实施例可很好地减薄本征吸收层的厚度，将为光电功能器件小型化和集成化的开发应用提供了新途径。

需要说明的是，本实施例中，电学仿真的过程可采用LumericalFDTD和CHARGE两个模块进行联合仿真，具体的电仿真效果如图8和图9所示，图8为本发明面入射型硅基锗光电探测器第二实施例中电学仿真第一效果图，图9为本发明面入射型硅基锗光电探测器第二实施例中电学仿真第二效果图。由图8可知，-1v偏压下器件的响应度为0.76A/W(安培/瓦)，由图9可知，器件的3dB(分贝)带宽为15GHz(千兆赫兹)。

需要理解的是，本实施例提出的面入射型光电探测器的电学仿真结果验证了本实施例引入的渔网型超构表面增强了整体结构器件光与物质的相互作用，减小了光电探测器中本征吸收层的尺寸，增加了光电的转化效率，缩减了载流子的渡越时间，光电探测器的响应度就随之提高。因此本实施例可在不影响调制带宽的情况下，提高面入射型光电探测器响应度。可以理解的是，上述结构单元还可以是圆形结构，对应的超构结构也可以是圆孔型结构，以降低器件对偏振的依赖。此外，上述超构结构加探测器以提升光电吸收转换率的原理还可扩充到其他材料体系，如铌酸锂或石墨烯。

本实施例中结构单元为中心对称的类十字结构，中心对称的类十字结构由一个正方形结构和四个长方形结构组成，各长方形结构分别设置于正方形结构四周，且与正方形结构接触设置；超构结构为由预设数目的类十字结构周期性排列构成的渔网阵列结构，渔网阵列结构由第一n型掺杂锗层和第一本征锗层组成。本实施例可基于中心对称的类十字结构周期性排列构成的渔网阵列结构，即上述超构结构，通过电磁偶极子谐振模式增强光和物质的相互作用，将光场牢牢的限制在结构的内部，从而可使器件的纳米级薄层在通信C波段1550nm处能获得近百分百的光吸收，因此本实施例可在不影响调制带宽的情况下，提高面入射型光电探测器响应度。

参照图10，图10为本发明面入射型硅基锗光电探测器第三实施例的流程示意图。

基于上述第一实施例和第二实施例，提出本发明面入射型硅基锗光电探测器第三实施例。本实施例提供了一种面入射型硅基锗光电探测器制备方法，所述制备方法包括：

设置硅基板；

在所述硅基板上设置氧化物层；

在所述氧化物层上设置p型掺杂硅层；

在所述p型掺杂硅层上设置p型掺杂锗层，所述p型掺杂硅层为所述p型掺杂锗层的缓冲层；

在所述p型掺杂锗层上设置由预设数目的结构单元周期性排列构成的超构结构，所述超构结构包括：第一n型掺杂锗层和第一本征锗层，其中，所述第一本征锗层设置在所述p型掺杂锗层的上表面，所述第一n型掺杂锗层设置在所述第一本征锗层的上表面。

在所述p型掺杂锗层上设置第二本征锗层，所述第二本征锗层与所述第一本征锗层位于同一平面，并设置在所述第一本征锗层四周，与所述第一本征锗层相邻接触设置；

在所述第二本征锗层上设置第二n型掺杂锗层，所述第二n型掺杂锗层与所述第一n型掺杂锗层位于同一平面，并设置在所述第一n型掺杂锗层四周，与所述第二n型掺杂锗层相邻接触设置；

在所述第二n型掺杂锗层上设置阳极电极，所述阳极电极为环形结构并设置在所述超构结构四周，且所述阳极电极与所述超构结构并不接触设置；

在所述掺杂缓冲层上设置阴极电极，所述阴极电极为扇形结构，且所述阴极电极的内径大于所述上台面的外径。

需要说明的是，本实施例中第一本征锗层或第二本征锗层的厚度可为210nm；第一n型掺杂锗层可为n型重掺杂锗层，掺杂浓度为：1×10

需要理解的是，上述由预设数目的结构单元周期性排列组成的渔网型阵列结构的超构表面(即上述超构结构)可增强整体结构器件光与物质的相互作用，从而可在减小了光电探测器中本征吸收层的尺寸的同时提高器件在特定波段的光电转化效率，而本征层厚度的减薄，缩减了载流子的渡越时间，提高了整体器件的响应度，因此，本实施例可制备一种实现响应度和带宽之间平衡的高响应度的面入射型光电探测器。

本实施例公开了一种面入射型硅基锗光电探测器制备方法，该制备方法包括：设置硅基板；在硅基板上设置氧化物层；在氧化物层上设置p型掺杂硅层；在p型掺杂硅层上设置p型掺杂锗层，p型掺杂硅层为p型掺杂锗层的缓冲层；在p型掺杂锗层上设置由预设数目的结构单元周期性排列构成的超构结构，超构结构包括：第一n型掺杂锗层和第一本征锗层，其中，第一本征锗层设置在p型掺杂锗层的上表面，第一n型掺杂锗层设置在第一本征锗层的上表面。在p型掺杂锗层上设置第二本征锗层，第二本征锗层与第一本征锗层位于同一平面，并设置在第一本征锗层四周，与第一本征锗层相邻接触设置；在第二本征锗层上设置第二n型掺杂锗层，第二n型掺杂锗层与第一n型掺杂锗层位于同一平面，并设置在第一n型掺杂锗层四周，与第二n型掺杂锗层相邻接触设置；在第二n型掺杂锗层上设置阳极电极，阳极电极为环形结构并设置在超构结构四周，且阳极电极与超构结构并不接触设置；在掺杂缓冲层上设置阴极电极，阴极电极为扇形结构，且阴极电极的内径大于上台面的外径。本实施例可通过薄尺寸且异质集成的第一n型掺杂锗层和第一本征锗层以及第二本征锗层和第二n型掺杂锗层保证了面入射型硅基锗光电探测器的带宽性能和响应度，并减小了器件的整体尺寸，从而降低了器件的制备难度，有助于通信模块的集成化、小型化。同时本实施例可通过超薄的本征吸收层设计和超构结构增加了器件在通信C波段1550nm处的光电转化效率，提高整体器件的响应度。因此本实施例可实现了面入射型光电探测器响应度和带宽之间的平衡。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如只读存储器/随机存取存储器、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。