CN105378937A - 低电压光电检测器 - Google Patents

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Abstract

一种低电压光电检测器结构包括可以是Ge的半导体器件层，该半导体器件层设置在可以是Si的衬底半导体上方，例如在光集成电路(PIC)芯片内横向延伸的波导的部分之内。在器件层形成于绝缘层上方的示例性实施例中，去除绝缘层以暴露半导体器件层的表面，并且在高场区之内形成钝化材料以作为绝缘层的替代。在其它实施例中，通过在金属－半导体－金属(MSM)架构中将电极隔开、或在p-i-n架构中将互补掺杂区域隔开，来提供足以在一距离上引发碰撞电离的场强，该距离不显著大于比载流子为了获得足够能量以用于碰撞电离而必须行进的距离大一个数量级的距离。

Description

低电压光电检测器
技术领域
本发明的实施例一般地涉及单片式光电检测器，更具体地涉及雪崩光电检测器(APD)。
背景
光集成电路(PIC)在诸如光通信、高性能计算以及数据中心之类的应用中可作为光数据链路而起作用。对于移动计算平台，PIC也是用于迅速更新移动设备或使移动设备与主机设备和/或云服务(其中无线链路的带宽不足)迅速同步的有前途的I/O。这样的光链路利用包括光发射机和/或光接收机的光I/O接口，光发射机和光接收机中的至少一个利用光电检测器(典型地为光电二极管)。
雪崩光电二极管(APD)是一种类型的光电二极管，因为它们可通过光电半导体材料内的载流子倍增机制提供信号增益，所以在需要高灵敏度的应用中尤其有用。这样的应用包括光纤通信、激光测距以及单光子水平检测和成像等等。增益－带宽积是光电检测器中的关键度量，并且因为限制增益－带宽积的一个重要性质是光电材料的有效k比(keff)，所以最有前途的多种APD设计中的一些已经采用了硅。keff是空穴与电子碰撞电离系数之比，而且低keff是APD所期望的。硅具有<0.1的优秀的keff，然而，硅遭受近红外带中的低吸收率，而近红外带被许多光应用(例如光纤电信)所使用。锗和许多III-V材料系统的确具有在这样的波长上的良好的响应性，然而这些材料中的keff如此之高，使得它们迄今为止被认为不适用于APD应用。例如，InP的keff是0.4-0.5，Ge的keff是0.8-0.9。此外，将Ge或III-V材料单片地集成在硅衬底上是成本高的而且技术上困难的。例如，通常需要昂贵的外延处理。
限制光电检测器(具体而言是APD)的性能的另一问题是高暗电流。类似于过度噪声的高暗电流会限制检测器的灵敏度。在基于硅的APD中通常实现毫微安范围内的暗电流，而例如基于Ge的APD中的暗电流会是数十或数百微安。暗电流可具有多个来源，包括由费米能级钉扎表面态和晶体缺陷引起的热离子发射和陷阱辅助的隧穿，其中晶体缺陷例如来源于晶格失配的晶体缺陷(例如Ge与Si之间的4％失配)。
高工作偏置也仍然是将硅CMOS电路和光子电路集成在单个芯片上的PIC的障碍。诸如用于感测光电二极管输出的模拟电路之类的基于硅的电路典型地针对3.3V电源而设计。然而，本领域中描述的APD通常需要显著更高的偏压，因此通常超出即便是芯片上系统(SoC)技术的工作范围。
因此，允许低电压工作且在近红外波长中具有足够的增益－带宽积的实用的光电检测器设计和制造工艺将是有利的。
附图说明
通过示例方式而非限制性方式在所附附图中示出本文中所描述的资料。为说明简单和清楚起见，附图中所示出的元件不一定是按比例绘制的。例如，为了清楚起见，可将一些元件的尺寸相对于其他元件扩大。此外，在被认为合适的情况下，在多个附图之间重复多个附图标记以指示对应或类似的元件。在附图中：
图1A是根据实施例的波导耦合的金属－半导体－金属(MSM)光电检测器结构的平面图；
图1B是根据实施例的沿着图1A中描绘的图1A中示出的b-b'线的该MSM光电检测器的横截面图；
图1C是根据实施例的沿着图1A中描绘的c-c'线的该MSM光电检测器的横截面图；
图2A是根据实施例的波导耦合的p-i-n光电检测器的平面图；
图2B是根据实施例的沿着图2A中描绘的b-b'线的该p-i-n光电检测器的横截面图；
图2C是根据实施例的沿着图2A中描绘的c-c'线的该p-i-n光电检测器的横截面图；
图3和4是示出根据实施例的制造MSM或p-i-n光电检测器的方法的流程图；
图5A、5B、5C、5D、5E、5F和5G是根据实施例的在制造MSM检测器时在某些操作之后沿着图1A中示出的b-b'线的横截面图；
图6示出根据本发明的多个实施例的采用包括具有波导耦合的低电压光电检测器的PIC的光接收机模块的移动计算平台和数据服务器机器；以及
图7是根据本发明的实施例的电子计算设备的功能框图。
具体实施方式
现在参考所附附图描述一个或超过一个实施例。虽然具体描绘和讨论了特定配置和安排，但应当理解这样做仅仅是出于说明性目的。相关领域内的技术人员将认识到，可采用其他配置和安排而不背离本说明书的精神和范围。对相关领域内的技术人员明显的是，也可在本申请详细描述的内容以外的各种其他系统和应用中采用本申请所描述的多种技术和/或安排。
在以下详细描述中参考附图，附图形成详细描述的部分并且示出示例性实施例。此外，应当理解也可利用其它实施例，并且也可作出结构或逻辑的改变而不背离要求保护的主题的范围。还应当注意到，例如上、下、顶、底等等方向和指代可仅用于便于描述附图中的特征，不旨在限制要求保护的主题的应用。因此，不应当以限制的意义来看待以下详细描述，并且要求保护的主题的范围由所附权利要求及其等价物来限定。
在以下描述中，陈述了众多细节，然而对本领域普通技术人员明显的是，可不利用这些特定细节来实施本发明。在一些实例中，以框图形式而不是详细地示出已知的方法和设备，以避免模糊本发明的各实施例。说明书中通篇对“实施例”或“一个实施例”的引用意指结合该实施例描述的特定特征、结构、功能或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在本说明书通篇中各处出现的短语“在实施例中”或“在一个实施例中”不一定指代本发明的同一实施例。此外，可在一个或超过一个实施例中按照任何合适的方式组合特定特征、结构、功能或特性。例如，只要与第一实施例和第二实施例相关联的特定特征、结构、功能或特性不相互排斥，就可将第一实施例与第二实施例组合。
如在本发明的说明书和所附权利要求书中所使用，单数形式的“一(a,an)”和“该(the)”旨在也包括复数形式，除非上下文明确另有指示。还将理解，本申请中使用的术语“和/或”指代且涵盖多个关联的列出项目中的一个或超过一个项目的任何和所有可能的组合。
可在本申请中使用术语“耦合的”和“连接的”及其衍生词来描述部件之间的功能或结构关系。应当理解，这些术语并不旨在作为彼此的同义词。相反，在特定实施例中，可以使用“连接的”来指示两个或更多个元件彼此直接物理地、光学地和/或电气地接触。“耦合的”可用于指示两个或更多个元件彼此之间直接或间接(在它们之间具有其它中介元件)物理地、光学地或电气地接触，和/或两个或更多个元件共同作用或彼此相互作用(例如，如同按照因果关系)。
本申请中使用的术语“在…上方”、“在…下方”、“在…之间”和“在…上”指的是一个部件或材料层相对其它部件或材料层的相对位置，其中这样的物理关系是值得关注的。例如在材料层的情境下，置于另一个层上方或下方的一个层可与该另一个层直接接触或者可具有一个或超过一个中介层。此外，置于两个层之间的一个层可直接接触这两个层，或者可具有一个或超过一个中介层。相反，“在第二层上”的第一层与该第二层直接接触。在部件组装件的情境下进行类似的区分。
如下文更详细描述，可将低电压光电二极管结构设置在波导内，该波导在PIC芯片的区域上方横向地延伸。包含适用于近红外应用的半导体器件层(诸如Ge)的该低电压光电二极管结构设置在适用于集成电路的衬底半导体(诸如Si)上方。在器件层形成于电介质层上方的示例性实施例中，去除电介质层以暴露半导体器件层的表面，并且在高场区之内形成钝化层以作为电介质层的替代。电介质层的替代可提供减少暗电流以提高光电二极管灵敏度(即增益－带宽积)的益处。在进一步的实施例中，通过在金属－半导体－金属(MSM)架构中将电极隔开，或通过在p-i-n架构中将互补掺杂区域隔开，以提供足以在一距离上引发碰撞电离的场强，该距离不显著大于比载流子为了获得足够能量以用于碰撞电离而必须行进的距离大一个数量级的距离，由此通过受控的雪崩增益来改善灵敏度。
参考作为一个实施例的示例的图1A，低电压光电二极管结构101包含设置在衬底105上方的图案化的半导体器件层115。一般地，光电二极管结构101是金属－半导体－金属(MSM)结构，其中金属电极131、132的多个对与器件层115形成一连串的肖特基二极管。金属电极131是多个第一电极之一，多个第一电极在衬底105的区域内耦合至器件层115。所有这些第一电极例如通过布线金属141耦合在一起，以承受第一电势(例如Vs)。类似地，电极132是多个第二电极之一，多个第二电极耦合至器件层115并与第一电极相间错杂，以获得在相邻的电极对之间的电极间距S。类似地，多个第二电极例如通过布线金属142耦合在一起，以承受第二电势(例如接地)。在仅采用一层金属化的实施例中，电极对131、132形成跨越器件层115的相对的纵向边延伸的指状结构，以实现布线金属141、142。
器件层115是光电半导体材料，使得在暴露于比半导体的带隙更大的能量的电磁辐射时，产生电荷载流子(电子－空穴对)，并被收集为通过工作偏置Vs来驱动的光电流。在多个实施例中，器件层具有除硅之外的半导体，且在一个有利实施例中，器件层115是Ge，不过它也可以是任何IV族合金(例如SiGe、SiGeC等等)，或具有在期望的光波长下的吸收率的III-V族合金系统(例如GaAs、InP、InAs等等)。作为示例，在另一示例性实施例中，器件层115是InGaAs，类似于Ge，InGaAs也在近红外中吸收。在有利的MSM实施例中，器件层115是基本纯净的(未合金)，具有本征水平的均匀掺杂。例如，在示例性的Ge实施例中，杂质水平低于1017/cm3。在其它实施例中，器件层115至少是多晶的，有利地是基本单晶的。一般而言，在更长程的结晶度下可预期有更高的量子效率和更低的暗电流。在其它实施例中，器件层115具有相对于衬底层110中的晶体结构的晶向外延的晶向(即，器件层115的晶面与衬底层110的晶面对准)。
衬底105可以是本领域已知的适合于形成IC的任何衬底，诸如但不限于半导体衬底、绝缘体上半导体(SOI)衬底、绝缘体衬底(例如蓝宝石)或类似物、和/或以上的组合。在一个示例性实施例中，衬底105包括基本单晶的半导体，诸如但不限于硅。衬底层110可以是大块衬底的顶部部分，或SOI衬底的顶层。如图1A和1C中进一步示出，衬底层105和器件层115被图案化成细长的光波导，该光波导具有在纵向长度(例如，x维度)上基本恒定的标称横向宽度W(例如，y维度)。在示例性实施例中，器件层115例如通过倏逝波耦合来光学地耦合至衬底层110，通过倏逝波耦合，沿着波导的纵向长度传播的电磁辐射的模式的多个部分在z维度上延伸超过衬底层110以进入器件层115。通过器件层115和衬底层110的宽度和z厚度的正确的尺寸设计，可使光学模式强度在器件层115之内最高，如图1C中的虚线环177所示。一般地，宽度W是几微米，也可以是亚微米，并且对于具有Ge器件层115和硅衬底层110的一个示例性实施例，两个层110、115的宽度W有利地在0.2与0.75μm之间。相似的范围也适用于层110或层115的z高度，有利的Ge实施例具有小于400nm的z厚度以改善器件层115的厚度上的场均匀性。如图1B中所示，通过减小箭头长度并增大从电极对131、132起算的距离，肖特基结的浅本质可导致朝着器件层110的减小的场。有利地，器件层115的表面处最接近器件层110的场强至少足以使载流子漂移速度饱和。
仍参考图1A，在器件工作期间，在金属电极对131、132上施加的工作偏置Vs在相邻电极之间的间距S中产生电场。在所描绘的实施例中，所有电极对具有基本相同的尺寸，并且电极对131、132的尺寸被设计成在图案化器件层115的横向宽度W的主要部分上延伸。在特定实施例中，电极对131、132在宽度W的至少50％上延伸，有利地在宽度W的至少75％上延伸，更有利地在宽度W的至少90％上延伸。由于尺寸如此设计，间距S内的电场可在宽度W上基本均匀(即在宽度W的更大百分比上，场线170与宽度W基本正交，或与图案化器件层115的纵向长度基本平行)。在替代实施例中，电极对131、132接近点接触，具有不超过宽度W的25％的直径。例如，这样的点电极接触可以顺着器件层115的纵向长度形成阵列。对于这样的点接触实施例，在最近的近邻上施加的工作偏置导致在宽度W和间距S二者上的不均匀电场，这会导致更低的响应性和/或更慢的响应时间，从而相对于图1A中描绘的示例性实施例限制了增益－带宽积。
在多个实施例中，相邻的电极对分开充分小的间距S，使得器件层115内的倍增区提供雪崩增益，M，使得光电二极管结构101作为APD工作。如本申请中使用，雪崩增益指的是通过由足够强的电场促动的碰撞电离而倍增器件层115中的电荷载流子从而实现的放大。倍增区170具有处于或高于临界场强的场强，临界场强触发半导体器件层115中的碰撞电离和电荷载流子的放大。所需的场强是半导体材料的函数，且容易根据文献而确定。实现足够高场所需的工作偏置Vs是间距S的尺寸的函数，使得由于更小的间距S而需要更低的偏置。在电场太强的情况下，带－带隧穿将不利地主导碰撞电离。因此，在多个实施例中，工作偏置Vs将使得倍增区域存在于间距S之内。对于图1A中描绘的示例性实施例，由于均匀场，间距S之内的倍增区域170在宽度W的至少大部分上延伸。在特定实施例中，在电极对131、132在宽度W的至少50％上延伸、有利地在宽度W的至少75％上延伸、以及更有利地在宽度W的至少90％上延伸的情况下，倍增区域有利地在宽度W的至少50％上延伸、有利地在宽度W的至少75％上延伸、以及更有利地在宽度W的至少90％上延伸。
在另外的实施例中，在所需工作偏置Vs下的电场在间距S的至少大部分上(有利地在间距S的至少75％上、更有利地在间距S的至少90％上)高于碰撞电离的临界场强。如图1A中所示，倍增区域170在整个间距S上延伸。照此，该场绰绰有余以使整个间距S上的载流子漂移速度饱和，从而确保在间距S内产生的任何载流子达到饱和速度。临界场强是半导体器件层115的组成的函数，其中大块半导体的值可从文献中获得(例如对于Ge是～120keV/cm)。对于场在间距S的至少大部分上超过碰撞电离的临界场强的某些实施例，通过将纵向维度(例如图1A中的x维度)中的倍增区域减薄至仅稍微大于与半导体材料和场强相关联的死区的距离(即不超过比死区大一个数量级)，使由于在大块状态下具有高keff的半导体材料中的倍增过程引起的噪声减小。如本申请中使用，死区是新产生的载流子在获得足够能量以导致碰撞电离之前在电场内行进的最小距离。
与倍增过程相关联的过度噪声通常表示成：
E N F = k e f f M + ( 2 - 1 M ) ( 1 - k e f f )
在该材料具有高keff的情况下，空穴碰撞电离态与电子碰撞电离态之比不利地对称，从而导致对于给定增益的更高的过度噪声。虽然不受限于理论，但当前认为随着倍增区域变得更小，电离路径长度概率分布有利地减小，这有效地提供对倍增过程的更多控制以导致keff变得更小，并且还具有缓和增益水平的效果。可朝着死区的尺寸减小倍增区域170的宽度，直到过度噪声水平可忍受并且在工作偏置下增益得以保持(例如超过1)。照此，虽然在宽度W上有高均匀电场，其在电极间距S的大部分(例如90-100％)上超过临界场强，但该间距足够小以使倍增区域在纵向维度中足够薄，使得所得的增益不超过10。在这些条件下，实现高均匀场的优点以及信号增益和减小keff的优点，以共同改善增益－带宽积。对于器件层115是Ge的一个示例性实施例，电极间距S显著小于100nm、可在20-80nm的范围内、有利地在30-60nm的范围内、更有利地在40-50nm的范围内。对于示例性的Ge实施例，对于特定的示例性电极间距范围，用于实现本申请中别处描述的场强的相应的工作偏置不超过2.5V，并且可以在1-2V范围内。
在采用受益于更小的电极间距的结构101并在高场条件下工作的情况下，进一步的实施例可采用钝化材料来限制暗电流。即便在缺少电荷载流子的光生作用的情况下，暗电流仍流动，因此会不利地降低光电检测器灵敏度。因此，不论电极间距S或该间距S内的电场的均匀性如何，对这样的暗电流的控制都是有益的，不过暗电流的减少对于具有更小电极间距S和在器件层115的大部分上均匀的高场的实施例更为重要。如图1B中所示，电介质材料层112设置在器件层115与衬底层110之间。电介质层112减少了器件层115与衬底层110之间的漏电流，并且可以是任何常规的电介质材料，诸如但不限于二氧化硅、氧氮化硅、氮化硅以及Al2O3。虽然电介质层112的z厚度可能因变于光波导设计而显著不同，但在一个实施例中它约为0.1μm。电介质材料层112设置在衬底105的被MSM电极占据的区域的外围或外部，而钝化材料121通常设置在衬底105的被MSM电极占据的区域之内，并且更具体地设置在电极对131、132之间。钝化材料121与表面115A接触，并且也设置在器件层115与衬底层110之间且与表面115B接触。
大致地，钝化材料121至少在高场存在于器件层115之内的区域中代替电介质层112。如下文更详细描述，在电介质层112上方形成器件层115的方式会引起器件层115与电介质112之间的界面质量不佳，从而导致暗电流增大。例如，在通过快速熔融生长(RMG)形成器件层115的一个实施例中，沿着结晶半导体表面的界面的表面态会具有非常高的缺陷密度、陷阱位置以及中间能隙能态，这些会显著贡献暗电流。已经查明，电介质112的RMG后去除和钝化层121的形成有利地减少暗电流。照此，本申请中的某些实施例采用设置在器件层与衬底层之间且在被器件层的外围部分占据的第一衬底区域之内的电介质材料层，以及设置在器件层与衬底层之间且在被器件层的中央部分(其中存在显著电场)占据的第二衬底区域之内的钝化材料。
在某些有利实施例中，钝化材料121在该结构的有源或高场区域之内且完全围绕在器件层115周围(例如沿着存在电极对131、132的纵向长度)。如图1C中所示，钝化材料121进一步与侧壁表面115D接触，以完全包住器件层115的未被电极或其它电介质材料(例如电介质112)占据的所有表面。钝化材料121的厚度可以不同。在有利实施例中，钝化材料121或包括钝化材料121和ILD145的电介质膜叠层具有足够厚度以完全填充在器件层115与衬底层110之间形成的任何空隙，以确保二者之间的良好模式耦合。
在示例性实施例中，钝化材料121具有与电介质层112不同的组成。然而，由于电介质的去除和重新形成可能会导致暗电流的增加，所以钝化材料121与电介质材料112具有相同组成的实施例也是可能的。即便在钝化材料121的组成与电介质层112的组成相同的情况下，二者之间的结构区分仍然可以是明显的。例如，钝化材料121可以是多层电介质叠层，而电介质层112则不是多层电介质叠层，反之亦然。在其它实施例中，钝化材料121可具有与电介质层112不同的z厚度。在其它实施例中，通过钝化材料121与电介质材料112或与器件层115的界面(例如在SEM/STM图像中可见的原子尺度下)、或通过不同质的其它指示(例如通过膜蚀刻速率呈现的不同应力水平等等)，钝化材料121可以是明显的。钝化材料121的组成可广泛地不同，因为存在许多选项，其范围包括常规的基于硅的电介质(例如SiO2、Si3N4、SiOxNy)和无机聚合物电介质(例如HSQ、MSQ)、有机聚合物电介质(例如苯并环丁烯)、非原生金属氧化物(例如HfO2,ZrO2,TiO2,Al2O3及其混合物)、以及宽带隙半导体材料(例如SiC、SiGe、SiGeC)。然而，在器件层115是Ge的特定实施例中，钝化材料121有利地包括与器件层115的表面直接接触的基于Ge的化合物。
基于Ge的钝化材料的示例性形式包括氧化锗(诸如GeO和GeO2)。由于注意到这样的氧化物会不稳定且因此难以制造，故基于Ge的钝化材料可替代地或附加地包括例如Ge3N4或GeOxNy形式的氮化物。在另一实施例中，基于Ge的钝化材料是硫属，有利地可以是与器件层115接触的GeS或GeS2。在这些选项中，利用GeOxNy可获得尤其有利的结果。在其它实施例中，对于基于Ge的钝化材料，并且更一般地对于任何钝化材料组成，可能存在多层或混合材料。例如，在混合的基于Ge的钝化材料中，基于Ge的材料与器件层形成界面，且不基于Ge的第二材料(例如基于Si的电介质)在与器件层相反的一侧与基于Ge的材料形成界面。这样的混合钝化层结构可用于在后续处理期间提高基础界面材料(例如基于Ge的电介质)的稳定性，并且可进一步用于回填正式被电介质112占据的区域的z厚度。可选地，可利用后端电介质进一步堆积单层或多层钝化。在图1B中示出这种情形，其中ILD145设置在钝化121与衬底层110之间以完全填充被电介质112正式占据的区域，ILD145可以是任何常规的或低k的电介质(例如碳掺杂的二氧化硅)。
在其它实施例中，第二钝化材料设置在器件层与电极之间。例如，如图1C中进一步示出，第二钝化材料122设置在器件层115与电极131之间。第二钝化材料122可进一步减小与形成在电极131的金属与器件层115的半导体之间的肖特基结相关联的暗电流。第二钝化材料122可以是以上针对钝化材料121描述的组成中的任一种，其中基于Ge的材料是有利的，并且在那些组成中，硫属在此能力上潜在地尤其有用。在示例性实施例中，第二钝化材料122具有与钝化材料121相同的组成。第二钝化材料122的z厚度可以与钝化材料121的z厚度不同，即便它们为了保持低接触电阻而具有相同组成。例如，第二钝化材料122可以比钝化材料121薄，其示例性厚度小于5nm，有利地小于2nm。
在另一示例性实施例中，如图2A-2C中所描绘，低电压光电检测器具有p-i-n光电二极管架构，包括p型和n型杂质掺杂的区域。如图2A和2B中所示，互补杂质掺杂区域235和236设置在图案化器件层115的纵向长度上。光电二极管结构201被调整用于边缘照明，其中器件层115是之前在光电二极管结构101的情境下描述的那些器件层中的任一个(例如Ge)。器件层115和衬底层110的图案化也如之前所描述那样。然而，对于p-i-n实施例，金属电极231、232的多个对形成一连串的接触，以在相邻的互补杂质掺杂的区域(p型)235与(n型)236之间提供(反向)偏置。金属电极231也是电耦合至多个第一杂质区域235的多个第一电极中的一个，所有这些第一杂质区域235通过布线金属141耦合在一起，以承受第一电势。类似地，电极232是电耦合至多个第二杂质区域236的多个第二电极中的一个，多个第二杂质区域236与多个第一杂质区域235相间错杂，以获得相邻杂质区域之间的间距S'，在示例性实施例中，该间距S'在所有电极上基本恒定。因此，所采用的金属可具有不同的功函数，并且不需要在横向宽度W的大部分上方延伸。在多个实施例中，杂质掺杂区域在针对光电二极管结构101的情境下的电极对描述的至少相同宽度W上方延伸，以类似地在宽度W的至少大部分上提供高度均匀的场。
在相邻的互补掺杂区域之间的间距S'之内的半导体是相对更轻度掺杂的(例如本征杂质水平)，并且也共有以上在光电二极管结构101的情境下描述的电极间距S的其它功能特性中的一个或超过一个特性。例如，在p-i-n光电二极管结构201中，间距S'充分小以确保场强在工作电压下(例如小于2.5V且有利地小于2.0V)超过间距S'的至少大部分(有利地间距S'的75％、更有利地间距S'的至少90％)上的碰撞电离临界场。对于这些实施例，可使倍增区域270在纵向(y)维度中朝着死区的尺寸变窄，直到在工作偏置下过度噪声水平可忍受并且增益保持(例如超过1)为止，以实现最优的增益－带宽积。照此，虽然在宽度W上提供了高均匀电场,其在间距S'的90％或更多(例如100％)上超过临界场强，但该间距足够小以使倍增区域270足够薄，使得所得的增益不超过10。
如图2B中进一步示出，器件层115的z厚度上的电场强度可比MSM光电二极管结构101中出现的电场强度更均匀。因此，器件层115可比MSM实施例相对更厚(例如多达1μm甚至超过1μm)，从而潜在地提供更高的响应性。杂质掺杂区域235、236一般不延伸穿过器件层z厚度，而是限制于一表面深度，该表面深度有利地小于器件层z厚度的一半，更有利地小于器件层z厚度的25％，以使杂质相关的损失最小。
继续与两个示例性低电压光电检测器结构101和201相关的制造特征的描述，图3和4是示出根据实施例的制造MSM或p-i-n光电检测器的方法的流程图。图5A、5B、5C、5D、5E、5F和5G是根据实施例的在制造MSM检测器时在某些操作之后沿着图1A中示出的b-b'线的横截面图。图5A-5G中的附图标记是从图1A-1C中保留而来，其中所引用对象的属性保持相同。
首先参考图3，方法301开始于在操作310接收具有上覆的第一电介质材料层的衬底。然后在操作320在该电介质层上方形成半导体器件层。图5A示出一个示例性实施例，其中通过化学气相沉积(CVD)和/或适用于特定半导体(例如Ge)的另一常规沉积技术将半导体层515沉积到电介质层112上。在一个实施例中，所沉积的半导体层515处于粒状或基本非晶状态。替代地，可采用转移层工艺将半导体器件层接合至电介质层112。对于此类实施例，该半导体器件层在接合时可以是基本单晶的。
然后方法301继续至操作330，在操作330中将半导体层图案化，利用本领域常规的用于特定材料组成的光刻和半导体蚀刻工艺将其图案化成例如具有期望横向宽度的光波导等等。参考图5A，在操作330期间，可类似地将电介质层112和衬底层110图案化以提供待传播的电磁模式的期望的光耦合/引导。在操作340，去除第一电介质材料的部分以底切该器件层。然后在操作345将暴露的半导体表面钝化，且然后在操作350将至少第一和第二电极电耦合至器件层。
在操作340之前，如图4和图5B和5C所例示，通过RMG工艺进一步处理具有高粒度和/或非晶半导体器件层(例如图5A中的半导体层515)的实施例。参考图4，方法401开始于在操作410接收来自例如操作330(图3)的具有图案化半导体器件层的衬底。在操作420，在器件层的暴露表面上方形成覆盖层。如图5B中所示，例如，在器件层515的所有暴露波导表面上方沉积覆盖层516。返回图4，在操作430使该半导体器件层熔融并重新结晶。一般地，迅速地执行这样的熔融，例如按照秒量级，并且可采用任何常规的快速热工艺。在熔融之后，再结晶从衬底层110的籽晶表面进行并延伸穿过图案化半导体层515，从而导致显著的长程有序性改善，并且有利地将图案化半导体层515转化成晶体图案化器件层115，如图5C中所示。
继续图4，在RMG操作430之后，在操作440形成钝化开口掩模。使用任何常规的光刻技术，图案化窗口以限定要去除器件层115上的电介质以暴露半导体表面的位置。从操作440开始，方法401也适用于不采用RMB的实施例。例如，在采用转移层工艺的实施例中，通过至少在光电二极管结构的高场区域内参与压缩/热接合的电介质的替换来有利地减少暗电流。在操作450，将设置在器件层与衬底层之间的覆盖材料(若存在)和电介质材料蚀刻掉，从而有利地底切在操作440形成的窗口开口之内的波导的整个宽度。保留在窗口外部的电介质层112的区域可锚定底切器件层。例如，如图5D中所示，在操作450期间形成空隙545，并且在该中央区域之内暴露器件层115的所有表面。在某些实施例中，也可在操作450执行器件层的蚀刻(例如湿化学蚀刻)，例如以去除半导体表面的3-10nm。
方法401然后继续至操作460，在操作460，使器件层的暴露表面起反应(例如氧化、氮化等等)以形成钝化层，和/或在器件层的暴露表面上方沉积钝化层。半导体表面的反应和/或在该表面上的沉积有利地是高度共形的，其采用诸如但不限于热氧化、CVD或原子层沉积(ALD)之类的技术以确保底切区域内的覆盖。也可利用某些湿化学试剂，例如用于在器件层上形成硫配体。图5E描绘了操作460之后的结构的示例，其中在钝化材料121的形成之后，空隙545保留，该空隙取决于钝化材料厚度。
继续图4，在操作470，随后使用任何常规技术来沉积层间电介质(ILD)，以形成任何常规材料，诸如但不限于低k电介质(例如碳掺杂的二氧化硅等等)。如图5F中所示，然后由ILD145填充空隙545，以确保器件层115与衬底110之间的良好光耦合。同样，在操作470，使用本领域已知的适用于特定ILD的任何常规光刻和蚀刻技术在ILD中形成电极接触开口。利用一间距来有利地限定接触开口，该间距不一定是光刻工艺能力的最小值的间距(通常为了更大器件密度而作出此举)。替代地，接触间距是为了设置需要的电极间距，以确保倍增区域的正确的场强和厚度。为此，可偏置能够实现最小间距的光刻工艺，以在源自间距能力的任何标称电极尺度下实现所需间距。然后在操作490利用MSM光电二极管结构101来填充这些开口，以完成方法401。作为方法401中的另一选项，可在接触金属沉积操作490之前执行操作480。在操作480，可使接触开口531、532内暴露的半导体起反应和/或执行沉积，以形成具有与钝化材料121相同或不同组成的薄的(例如3-10nm)第二钝化材料(例如GeS或GeS2等等)，以与接触金属化一起实现所需的肖特基特性。
注意到光电二极管结构101(图1A)与201(图2A)之间的相似性，在MSM光电二极管结构101的情境下示出和描述的方法301、401中的操作一般可等同适用于p-i-n光电二极管结构201，其中需要附加地形成杂质掺杂的区域。对于RMG实施例，可一般地使用任何本领域常规的掺杂技术利用限定临界间距S'的掺杂剂掩码在RMG工艺之前或之后形成这样的掺杂区域。
图6示出根据本发明的实施例的系统600，其中移动计算平台605和/或数据服务器机器606采用低电压光电二极管。服务器机器606可以是任何商用服务器，例如包括设置在机架内并联网在一起用于电子数据处理的任何数量的高性能计算平台，在示例性实施例中，该服务器机器包括集成系统610。移动计算平台605可以是任何便携式设备，被配置成用于电子数据显示、电子数据处理、无线电子数据传输或类似操作中的每一种。例如，移动计算平台605可以是平板、智能电话、膝上计算机等等中的任一种，且可包括显示屏(例如电容性、电感性、电阻性、触摸屏)、芯片级或封装级集成系统610、以及电池615。
根据本发明的实施例，不论是设置在集成系统610内(在放大图620中进一步示出)还是作为独立的封装芯片，封装的单片式PIC604都包括波导耦合的低电压光电二极管。光导线653例如通过顶侧耦合或边缘耦合来输入单个光束。然后利用光解复用器618来分离选择的波长，以输出至设置在衬底105上的多个光波导605A-605N。光波导605A-605N各自进一步耦合到低电压光电检测器101A-101N中，低电压光电检测器中的每一个包括根据本申请中别处描述的一个或超过一个实施例的MSM或p-i-n光电二极管结构。光电检测器101A-101N转而电耦合至下游的集成电路699，该集成电路例如进一步包括电压源和感测电路。在某些实施例中，利用也设置在衬底105上并且在不小于光电检测器工作的电压电平的电压电平下被供电的CMOS晶体管来实现电压源和感测电路。在光电检测器101A-101N采用本申请中描述的GeAPD架构的实施例中，在相同的工作电压(即不超过3.3V)下对光电检测器101A-101N和电路699供电。在多个实施例中，光电检测器101A-101N各自包括对光电二极管结构101和201的一个或超过一个实施例描述的多个特征中的一个或超过一个特征。
图7是示出根据本公开的至少一些实现方案而安排的计算设备700的功能框图。例如，计算设备700可以在平台605或服务器机器606内部，且进一步包括主控多个部件的母板702，多个部件诸如但不限于处理器704(例如应用处理器)和至少一个通信芯片706，该处理器可包含如本申请中讨论的本地的级间互连。在多个实施例中，存在至少一个处理器704和一个或超过一个通信芯片706或类似物。处理器704可物理地和电气地耦合至母板702。在一些示例中，处理器704包含封装在处理器704内的集成电路管芯。一般而言，术语“处理器”或“微处理器”可表示任何设备或设备的一部分，其处理来自寄存器和/或存储器的电子数据，以将该电子数据转换成可存储于寄存器和/或存储器中的其它电子数据。
在各个示例中，一个或超过一个通信芯片706可物理地和/或电气地耦合至母板702。在其它实现中，通信芯片706可以是处理器704的部分。根据其应用，计算设备700可包括可能或可能不物理地和电气地耦合至母板702的其他部件。这些其它部件可包括但不限于易失性存储器(例如DRAM)、非易失性存储器(例如ROM)、闪存、图形处理器、数字信号处理器、密码处理器、芯片组、天线、触摸屏显示器、触摸屏控制器、电池、音频编码解码器、视频编码解码器、功率放大器、全球定位系统(GPS)装置、指南针、加速度计、陀螺仪、扬声器、照相机以及大容量存储装置(诸如硬盘驱动器、固态驱动器(SSD)、紧凑盘(CD)、数字多功能盘(DVD)等等)或类似物。
通信芯片706可实现无线通信以用于去往计算设备700和来自计算设备700的数据传输。术语“无线”及其衍生词可用于描述通过使用经调制的电磁辐射经由非固态介质来传递数据的电路、设备、系统、方法、技术、通信信道等。尽管相关联的设备在一些实施例中可能不包含任何线，但是该术语并不暗示相关联的设备不包含任何线。通信芯片706可实现多种无线标准或协议中的任一种，包括但不限于本申请中别处描述的那些无线标准或协议。如所讨论，计算设备700可包括多个通信芯片706。例如，第一通信芯片可专用于较短程的无线通信(诸如Wi-Fi和蓝牙)，而第二通信芯片可专用于较长程的无线通信(诸如GPS、EDGE、GPRS、CDMA、WiMAX、LTE、Ev-DO以及其它)。
尽管已经参考各实现方案描述了本文陈述的某些特征，但并不旨在以限制的含义来解释本说明书。因此，对本公开所属技术领域中的技术人员显而易见的本文所述的各实现方案的各种修改以及其他实现方案被认为落在本公开的精神和范围之内。
以下示例涉及特定的示例性实施例。
一个示例性的光电检测器包括：半导体器件层，具有纵向长度和在半导体衬底层的区域上横向延伸的横向宽度；至少第一和第二电极，电耦合至所述器件层并分开一间距；电介质材料层，设置在所述器件层与所述衬底层之间且在所述间距之外的区域中；以及钝化材料，设置在所述器件层与所述衬底层之间且在所述间距之内的区域中。
作为另一示例，所述第一电极是电耦合至所述器件层且在第二衬底区域内的多个第一电极之一，所有第一电极耦合在一起以承受第一电势。所述第二电极是电耦合至所述器件层且在第二衬底区域内的多个第二电极之一，所述多个第二电极与所述多个第一电极相间错杂以具有在相邻电极之间的间距，并且所有第二电极耦合在一起以承受由工作偏置提供的与所述第一电势不同的第二电势。所述钝化材料进一步设置在所述器件层的表面上并在所述第一和第二电极之间的每个间距之内。
作为另一示例，所述第一电极是电耦合至所述器件层且在第二衬底区域内的多个第一电极之一，所有第一电极耦合在一起以承受第一电势。所述第二电极是电耦合至所述器件层且在第二衬底区域内的多个第二电极之一，所述多个第二电极与所述多个第一电极相间错杂以具有在相邻电极之间的间距，并且所有第二电极耦合在一起以承受由工作偏置提供的与所述第一电势不同的第二电势。所述钝化材料设置在所述器件层的表面上并在所述第一和第二电极之间的每个间距之内，以及第二钝化材料，设置在所述器件层与所述第一和第二电极中的每一个之间。
作为另一示例，所述器件层包括单晶或多晶Ge；以及所述钝化材料包括与Ge器件层的表面直接接触的氧化锗、氮化锗、氧氮化锗或锗硫属。
作为另一示例，所述器件层包括单晶或多晶Ge，以及所述钝化层包括完全填充所述器件层与所述衬底层之间的区域的有机聚合物电介质、基于硅的聚合物电介质、或掺杂二氧化硅。
作为另一示例，所述器件层是被图案化成第一光波导的单晶或多晶Ge或III-V半导体合金，所述第一光波导具有纵向长度和在第二衬底区域上方横向延伸的横向宽度。所述衬底层包括Si，并且被图案化成第二光波导，所述第二光波导设置在所述第一光波导下方并且也具有在所述第二衬底区域上方横向延伸的纵向长度，以将光倏逝地(evanescently)与所述第一光波导耦合。所述钝化层设置在所述第一和第二光波导之间，并且环绕在所述第一光波导的纵向长度周围，以进一步接触所述器件层的侧壁和所述器件层的在所述第一和第二电极之间延伸的表面。
作为另一示例，所述第一和第二电极各自包括相同的金属，从而与所述器件层的表面形成金属－半导体－金属肖特基二极管的串。所述第一和第二电极之间的空间充分小，使得当施加在所述第一和第二电极上的工作偏置小于2.0V时，所述器件层内的在所述第一和第二电极之间的倍增区域提供小于10的雪崩增益。
作为另一示例，所述第一和第二电极各自包括相同的金属，从而与所述器件层的表面形成连串的金属－半导体－金属肖特基二极管。所述第一和第二电极之间的间距足以在施加在所述第一和第二电极上的工作偏置小于2.0V时在整个间距上提供足够高的电场以引发碰撞电离，并且存在于所述间距内的倍增区域足够薄，使得在所述工作偏置下的增益在1与10之间。
作为另一示例，所述第一电极电耦合至所述器件层的p型杂质掺杂区域；所述第二电极电耦合至所述器件层的n型杂质掺杂区域，并且所述器件层的在所述间距内的区域比所述p型和n型掺杂区域的杂质掺杂更轻。
作为另一示例，所述第一电极电耦合至所述器件层的p型杂质掺杂区域。所述第二电极电耦合至所述器件层的n型杂质掺杂区域。所述器件层的在所述间距内的区域比所述p型和n型掺杂区域杂质掺杂更轻。所述杂质掺杂更轻的区域的尺寸足以在施加在所述第一和第二电极上的工作偏置小于2.0V时在整个轻杂质掺杂的区域上提供足够高的电场以引发碰撞电离，并且存在于所述间距内的倍增区域足够薄，使得增益在1与10之间。
一种示例性的PIC包括：光电检测器；以及电压源电路，耦合至第一和第二电极以提供工作电压。该光电检测器进一步包括：图案化的半导体器件层，设置在半导体衬底层的区域上方；至少第一和第二电极，电耦合至所述器件层，电介质材料层设置在所述器件层与所述衬底层之间并在被所述器件层占据的第一衬底区域内；以及钝化材料，设置在所述器件层与所述衬底层之间并在被所述器件层占据的第二衬底区域内。感测电路被耦合至所述第一电极以用于感测所述第一和第二电极之间的电流。
作为另一示例，感测电路进一步包括设置在所述半导体衬底层的第二区域上方的CMOS晶体管，所述CMOS晶体管也由所述电压源电路供电。
一种示例性的电子设备包括：处理器；存储器；以及光接收机模块芯片，通信地耦合至所述处理器和所述存储器中的至少一个。该光接收机模块进一步包括PIC，所述PIC包括设置在半导体衬底上方的光波导，所述波导光耦合至光电检测器，该光电检测器进一步包括：图案化的半导体器件层，设置在半导体衬底层的区域上方；至少第一和第二电极，电耦合至所述器件层，电介质材料层设置在所述器件层与所述衬底层之间并在被所述器件层占据的第一衬底区域内；以及钝化材料，设置在所述器件层与所述衬底层之间并在被所述器件层占据的第二衬底区域内。
一种形成光电检测器的示例性方法包括：在电介质材料层上方形成半导体器件层，所述电介质材料层设置在半导体衬底层上方；将所述器件层图案化成特征，所述特征具有比横向宽度显著长的纵向长度；去除所述电介质材料层的部分，以沿着所述纵向长度完全底切所述横向宽度并暴露所述器件层的表面；形成与所述器件层的暴露表面直接接触的钝化材料；以及形成与所述器件层电耦合的第一和第二电极，所述第一和第二电极具有在所述第一和第二电极之间的间距。
作为另一示例，形成半导体器件层进一步包括：在所述电介质材料层上沉积半导体材料；以及使所述半导体材料熔融并结晶。其中形成钝化材料进一步包括：在使所述半导体材料熔融并结晶之后，在所述特征的在所述第一和第二电极之间的所有暴露表面上形成钝化材料。
作为另一示例，形成所述半导体器件层进一步包括形成单晶或多晶Ge；并且形成所述钝化材料进一步包括形成与Ge器件层的表面直接接触的氧化锗、氮化锗、氧氮化锗或锗硫属。
作为另一示例，形成所述半导体器件层进一步包括形成单晶或多晶Ge；形成所述钝化材料进一步包括形成有机聚合物电介质、基于硅的聚合物电介质、或掺杂二氧化硅，从而完全填充所述器件层与所述衬底层之间的区域。
作为另一示例，形成所述钝化材料进一步包括完全替代所述电介质材料层的所述部分，以沿着所述纵向长度完全回填所述横向宽度。
作为另一示例，在第二钝化材料上沉积用于所述第一和第二电极的金属化，所述第二钝化材料设置在ILD中形成的接触开口中，所述ILD覆盖所述器件层。
将认识到，本发明不限于所描述的实施例，而是也可在修改和改动下实施而不背离所附权利要求书的范围。例如，以上实施例可包括多个特征的特定组合。然而，上述实施例在这方面不受限制，并且在多个实现中，上述实施例可包括仅采用此类特征的子集、采用此类特征的不同次序、采用此类特征的不同组合、和/或采用与明确列出的那些特征相比而言的附加特征。因此，应参考所附权利要求以及这些权利要求享有权利的等效方案的完全范围来确定本发明的范围。

Claims (20)

1.一种光电检测器，包括：
半导体器件层，具有纵向长度和在半导体衬底层的区域上横向延伸的横向宽度；
至少第一和第二电极，电耦合至所述器件层并分开一间距；
电介质材料层，设置在所述器件层与所述衬底层之间且在所述间距之外的区域中；以及
钝化材料，设置在所述器件层与所述衬底层之间且在所述间距之内的区域中。
2.如权利要求1所述的光电检测器，其特征在于：
所述第一电极是电耦合至所述器件层且在第二衬底区域内的多个第一电极之一，所有第一电极耦合在一起以承受第一电势；
所述第二电极是电耦合至所述器件层且在第二衬底区域内的多个第二电极之一，所述多个第二电极与所述多个第一电极相间错杂以具有在相邻电极之间的间距，并且所有第二电极耦合在一起以承受由工作偏置提供的与所述第一电势不同的第二电势；以及
所述钝化材料进一步设置在所述器件层的表面上并在所述第一和第二电极之间的每个间距之内。
3.如权利要求1所述的光电检测器，其特征在于：
所述第一电极是电耦合至所述器件层且在第二衬底区域内的多个第一电极之一，所有第一电极耦合在一起以承受第一电势；
所述第二电极是电耦合至所述器件层且在第二衬底区域内的多个第二电极之一，所述多个第二电极与所述多个第一电极相间错杂以具有在相邻电极之间的间距，并且所有第二电极耦合在一起以承受由工作偏置提供的与所述第一电势不同的第二电势；
所述钝化材料设置在所述器件层的表面上并在所述第一和第二电极之间的每个间距之内；以及
第二钝化材料，设置在所述器件层与所述第一和第二电极中的每一个之间。
4.如权利要求1所述的光电检测器，其特征在于：
所述器件层包括单晶或多晶Ge；以及
所述钝化材料包括与Ge器件层的表面直接接触的氧化锗、氮化锗、氧氮化锗或锗硫属。
5.如权利要求1所述的光电检测器，其特征在于：
所述器件层包括单晶或多晶Ge或III-V合金；以及
所述钝化材料包括完全填充所述器件层与所述衬底层之间的区域的有机聚合物电介质、基于硅的聚合物电介质、或掺杂二氧化硅。
6.如权利要求1所述的光电检测器，其特征在于：
所述器件层是被图案化成第一光波导的单晶或多晶Ge或III-V合金，所述第一光波导具有纵向长度和在第二衬底区域上方横向延伸的横向宽度；
所述衬底层包括Si，并且被图案化成第二光波导，所述第二光波导设置在所述第一光波导下方并且也具有在所述第二衬底区域上方横向延伸的纵向长度，以将光倏逝地与所述第一光波导耦合；以及
所述钝化材料设置在所述第一和第二光波导之间，并且环绕在所述第一光波导的纵向长度周围，以进一步接触所述器件层的侧壁和所述器件层的在所述第一和第二电极之间延伸的表面。
7.如权利要求1所述的光电检测器，其特征在于：
所述器件层是单晶或多晶Ge或III-V合金；
所述第一和第二电极各自包括相同的金属，从而与所述器件层的表面形成连串的金属－半导体－金属肖特基二极管；以及
所述第一和第二电极之间的间距充分小，使得当施加在所述第一和第二电极上的工作偏置小于2.0V时，所述器件层内的在所述第一和第二电极之间的倍增区域提供小于10的雪崩增益。
8.如权利要求1所述的光电检测器，其特征在于：
所述器件层是单晶或多晶Ge或III-V合金；
所述第一和第二电极各自包括相同的金属，从而与所述器件层的表面形成连串的金属－半导体－金属肖特基二极管；
所述第一和第二电极之间的间距足以在施加在所述第一和第二电极上的工作偏置小于2.0V时在整个间距上提供足够高的电场以引发碰撞电离；以及
存在于所述间距内的倍增区域足够薄，使得在所述工作偏置下的增益在1与10之间。
9.如权利要求1所述的光电检测器，其特征在于：
所述第一电极电耦合至所述器件层的p型杂质掺杂区域；
所述第二电极电耦合至所述器件层的n型杂质掺杂区域；以及
所述器件层的在所述间距内的区域比所述p型和n型掺杂区域的杂质掺杂更轻。
10.如权利要求1所述的光电检测器，其特征在于：
所述第一电极电耦合至所述器件层的p型杂质掺杂区域；
所述第二电极电耦合至所述器件层的n型杂质掺杂区域；以及其中
所述器件层的在所述间距内的区域比所述p型和n型掺杂区域的杂质掺杂更轻；以及
所述杂质掺杂更轻的区域的尺寸足以在施加在所述第一和第二电极上的工作偏置小于2.0V时在整个轻杂质掺杂的区域上提供足够高的电场以引发碰撞电离；以及
存在于所述间距内的倍增区域足够薄，使得增益在1与10之间。
11.一种光集成电路(PIC)，包括：
光电检测器，进一步包括：
图案化的半导体器件层，设置在半导体衬底层的区域上方；
至少第一和第二电极，电耦合至所述器件层，电介质材料层设置在所述器件层与所述衬底层之间并在被所述器件层占据的第一衬底区域内；以及
钝化材料，设置在所述器件层与所述衬底层之间并在被所述器件层占据的第二衬底区域内；
电压源电路，耦合至所述第一和第二电极以用于提供工作电压；以及
感测电路，耦合至所述第一电极以用于感测所述第一和第二电极之间的电流。
12.如权利要求11所述的PIC，其特征在于，感测电路进一步包括设置在所述半导体衬底层的第二区域上方的CMOS晶体管，所述CMOS晶体管也由所述电压源电路供电。
13.一种电子设备，包括：
处理器；
存储器；以及
光接收机模块芯片，通信地耦合至所述处理器和所述存储器中的至少一个，其中所述光接收机模块进一步包括：
光集成电路(PIC)，所述PIC包括：
光波导，设置在半导体衬底上方，所述波导光耦合至如权利要求1-10中的任一项所述的光电检测器。
14.一种形成光电检测器的方法，所述方法包括：
在电介质材料层上方形成半导体器件层，所述电介质材料层设置在半导体衬底层上方；
将所述器件层图案化成特征，所述特征具有比横向宽度显著长的纵向长度；
去除所述电介质材料层的部分，以沿着所述纵向长度完全底切所述横向宽度并暴露所述器件层的表面；
形成与所述器件层的暴露表面直接接触的钝化材料；以及
形成与所述器件层电耦合的第一和第二电极，所述第一和第二电极具有在所述第一和第二电极之间的间距。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，形成半导体器件层进一步包括：
在所述电介质材料层上沉积半导体材料；以及
使所述半导体材料熔融并结晶；以及
其中形成钝化材料进一步包括：在使所述半导体材料熔融并结晶之后，在所述特征的在所述第一和第二电极之间的所有暴露表面上形成钝化材料。
16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，
形成所述半导体器件层进一步包括形成单晶或多晶Ge；
形成所述钝化材料进一步包括形成与Ge器件层的表面直接接触的氧化锗、氮化锗、氧氮化锗或锗硫属。
17.如权利要求14所述的方法，其特征在于，
形成所述半导体器件层进一步包括形成单晶或多晶Ge；
形成所述钝化材料进一步包括形成有机聚合物电介质、基于硅的聚合物电介质、或掺杂二氧化硅，从而完全填充所述器件层与所述衬底层之间的区域。
18.如权利要求14所述的方法，其特征在于，形成所述钝化材料进一步包括完全替代所述电介质材料层的所述部分，以沿着所述纵向长度完全回填所述横向宽度。
19.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述钝化材料是第一钝化材料，且其中所述方法进一步包括：在第二钝化材料上沉积用于所述第一和第二电极的金属化，所述第二钝化材料设置在ILD中形成的接触开口中，所述ILD覆盖所述器件层。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述第二钝化材料具有与所述第一钝化材料相同的组成，但所述第二钝化材料在所述接触开口内的厚度小于所述第一钝化材料在所述接触开口外的厚度。
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