CN105659394B - 光接收电路及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种抑制因PD和TIA之间的布线引起的特性劣化的光接收电路及其制造方法。光接收电路(300)包括光电二极管(302)、以及向光电二极管(302)供应电源的跨阻放大器(308)。光电二极管(302)的阳极和跨阻放大器(308)之间的布线的特性阻抗比光电二极管(302)的阴极和跨阻放大器(308)之间的布线的特性阻抗高。

Description

光接收电路及其制造方法
技术领域
本发明涉及光接收电路及其制造方法，更具体涉及一种抑制因光电二极管和跨阻放大器(TIA，transimpedance amplifier)之间的布线引起的特性劣化的光接收电路及其制造方法。
背景技术
在光通信系统的接收器中，光电二极管(PD，photodiode)将光信号转换为电流信号。并且，被连接到PD的跨阻放大器(TIA)将电流信号转换为电压信号并进行增幅，传递给下一级电路。
以往，在形成这样的光接收电路的情况下，通过引线键合(wire bonding)连接PD的阳极和TIA，PD的阴极经由芯片电容器被接地。作为向PD供应电源的方法，包括分别向PD和TIA供应电源的方法、以及从TIA向PD供应电源的方法。为了减少电源的数量以及电源焊盘的数量，希望从TIA向PD供应电源。
在这样的光接收电路中，连接PD和TIA的布线可能大大影响光接收电路的特性，并可能使从TIA输出的电压信号的眼图(eye pattern)劣化。
发明内容
发明要解决的技术问题
本发明提供一种抑制因PD和TIA之间的布线引起的特性劣化的光接收电路及其制造方法。
用于解决技术问题的手段
在本发明的实施例中，光接收电路包括光电二极管、以及向光电二极管供应电源的跨阻放大器。光电二极管的阳极和跨阻放大器之间的布线的特性阻抗比光电二极管的阴极和跨阻放大器之间的布线的特性阻抗高。
在实施例中，光电二极管的阳极和跨阻放大器之间的布线的特性阻抗比跨阻放大器的输入阻抗高。
在实施例中，光电二极管的阴极和跨阻放大器之间的布线的特性阻抗比跨阻放大器的输入阻抗低。
在实施例中，在光电二极管的阴极和跨阻放大器之间的布线的下层中配置有地，但在所述光电二极管的阳极和所述跨阻放大器之间的布线的下层中没有配置地。
在实施例中，光电二极管以及跨阻放大器被形成在Si基板上。
在实施例中，在光电二极管的阴极和跨阻放大器之间的布线的下层中配置的地由Si层形成。
在实施例中，光电二极管以及跨阻放大器被形成在SOI基板上，所述SOI基板是Si基板和表面Si层之间插入有SiO2层的基板。
在实施例中，在光电二极管的阴极和跨阻放大器之间的布线的下层中配置的地由SOI层形成。
在实施例中，向与光电二极管的阴极和跨阻放大器之间的布线对应的SOI层的部分选择性地注入离子。
在实施例中，具有光电二极管和跨阻放大器的光接收电路的制造方法包括：蚀刻应形成光电二极管的阳极和跨阻放大器之间的布线的部分的SOI层的步骤；向应形成光电二极管的阴极和跨阻放大器之间的布线的部分的SOI层注入离子的步骤；形成SiO2层的步骤；以及在SiO2层上形成光电二极管的阴极和跨阻放大器之间的布线的步骤。
在实施例中，上述注入离子的步骤包括：为了形成Si调制器或者Ge光接收器而进行载流子注入的步骤。
附图说明
图1的(A)和(B)示出光接收电路的示意图；
图2的(A)和(B)示出图1的光接收电路中从TIA输出的电压信号；
图3示出根据本发明的实施例的光接收电路的示意图；
图4的(A)和(B)示出光接收电路的示意图；
图5的(A)和(B)示出在图4的(A)和(B)的光接收电路中从TIA输出的电压信号；
图6示出根据本发明的实施例的光接收电路的示意性俯视图；
图7示出根据本发明的实施例的光接收电路的示意性俯视图；
图8示出根据本发明的实施例的光接收电路的示意性截面图；
图9示出根据本发明的实施例的光接收电路的示意性截面图；
图10示出根据本发明的实施例的光接收电路的制造工序的流程图；
图11示出根据本发明的实施例的光接收电路的示意性截面图。
具体实施方式
下面，参照附图，对本发明的实施例进行详细的说明。
根据本发明的实施例，在基板上形成PD、并将TIA倒装芯片封装到基板，由此在基板上形成具有PD和TIA的光接收电路。根据该构成，与以往的光接收电路相比，必要的部件的数量变少，并能够提高集成度。但是，在PD的阳极以及阴极与TIA之间需要一定长度的布线，该布线大大影响光接收电路的特性。
本申请发明者们发现以下情况：在如上所述的那样在基板上形成光接收电路时，通过提高连接PD的阳极和TIA的布线的特性阻抗，能够抑制光接收电路的特性劣化。图1的(A)以及图1的(B)分别示出不具有上述特征的示例性光接收电路100A以及具有上述的特征的示例性光接收电路100B的示意图。光接收电路100A以及光接收电路100B可以被形成在基板上。光接收电路100A以及光接收电路100B分别具有光电二极管(PD)102A以及102B、跨阻放大器(TIA)108A以及108B、PD的阳极和TIA之间的布线104A以及104B、以及PD的阴极和TIA之间的布线106A以及106B。在图1的(A)和(B)中，为了明确说明根据本发明的实施例的光接收电路的特性改善，假定PD的阴极连接有电源和电容器，并被高频接地，并且能够忽略阴极侧布线106的影响。
作为一例，图1的(A)的光接收电路100A被构成为：PD 102A的阳极和TIA 108A通过例如具有50μm的宽度的、长度为500μm的电气布线104A而被连接。例如，电气布线104A可以被构成为具有比TIA 108A的特性阻抗低的特性阻抗。另外，图1的(B)的光接收电路100B被构成为：PD 102B的阳极和TIA 108B通过例如具有更小的10μm的宽度以及500μm的长度的电气布线而被连接。因此，图1的(B)的光接收电路100B与图1的(A)所示的通常的构成相比，PD102B的阳极和TIA 108B之间的布线104B的特性阻抗高。
图2的(A)以及图2的(B)示出在假定从PD 102A以及102B中输出的电信号为25Gbps的NRZ信号的情况下，从TIA 108A以及108B中输出的电压信号的计算结果。图2的(A)与图1的(A)对应，图2的(B)与图1的(B)对应。从图2的(A)和(B)可知，通过如图1的(B)所示的那样进一步提高PD的阳极和TIA之间的布线的阻抗，增加TIA的输出中的眼图张开度，光接收电路的特性被改善。
图3示出根据本发明的实施例的光接收电路300的示意图。光接收电路300具有PD302、阳极侧布线304、阴极侧布线306以及TIA 308。PD 302以及TIA 308经由阳极侧布线304以及阴极侧布线306而被连接。PD 302的电源经由TIA 308而被供应。在实施例中，阳极侧布线304的特性阻抗比阴极侧布线306的特性阻抗高。作为一例，阳极侧布线304的特性阻抗比TIA 308的输入阻抗高。另外，作为一例，阴极侧布线306的特性阻抗比TIA 308的输入阻抗低。
图4的(A)和(B)以及图5的(A)和(B)明确示出本发明的实施例的效果。图4的(A)示出用于与本发明的实施例比较的、使PD 402A的阳极侧布线404A以及阴极侧布线406A两者具有高特性阻抗的光接收电路400A。图4的(B)示出根据本发明的实施例的光接收电路400B。PD 402B的阳极侧布线404B具有高的特性阻抗，另一方面，阴极侧布线406B具有低的特性阻抗。作为一例，图4的(A)的阳极侧布线404A以及阴极侧布线406A和图4的(B)的阳极侧布线404B可以作为具有1μm的高度、10μm的宽度以及500μm的长度的电气布线而被构成。图4的(B)的阴极侧布线406B可以具有1μm的高度、90μm的宽度以及500μm的长度。即，在根据本发明的实施例的光接收电路400B中，在阳极侧布线404B中附加电感成分，而在阴极侧布线406B中减少电感成分。
图5的(A)以及图5的(B)分别示出在假定图的4(A)以及图4的(B)的光接收电路中从PD 402A以及PD 402B中输出的电信号为25Gbps的NRZ信号的情况下，从TIA 408A以及408B输出的电压信号的眼图。确认到以下情况：通过本发明的实施例的光接收电路400B，能够获得输出信号的抖动小、上升时间以及下降时间短的良好的眼图。
在实施例中，阳极侧布线404B具有比TIA 408B的输入阻抗高的特性阻抗。另外，在实施例中，阴极侧布线406B具有比TIA 408B的输入阻抗低的特性阻抗。在本发明的实施例中，阳极侧布线404B可以具有比阴极侧布线406B长的布线长度。另外，阳极侧布线404B可以具有比阴极侧布线406B窄的宽度。
图6示出作为光集成电路而被构成的、根据本发明的实施例的光接收电路600的示意性俯视图。光接收电路600可以被构成为：由硅(Si)形成基板、在Si基板上形成PD 602以及TIA 608。在实施例中，PD 602以及TIA 608经由特性阻抗高的阳极侧布线604以及特性阻抗低的阴极侧布线606而被连接。例如，阳极侧布线604可以具有比阴极侧布线606窄的宽度。
在这里，通过将PD的阳极以及阴极与TIA之间连接来作为布线，但也能够应用到将PD的阳极侧以及阴极侧的电极与TIA的输入侧的电极连接的电极的结构中。
图7示出作为光集成电路而被构成的、根据本发明的实施例的光接收电路700的示意性俯视图。在实施例中，光接收电路700可以被构成为：在PD 702的阴极和TIA 708之间的布线的下层配置地(Ground)722，而在PD 702的阳极和TIA 708之间的布线的下层没有配置地。另外，在本发明的实施例中，光接收电路700可以被形成在Si基板上。高阻抗布线704和/或低阻抗布线706可以通过微带线(microstrip line)和/或共面波导(coplanarwaveguide)形成。接地722可以由Si层形成。
在本发明的实施例中，光接收电路可以被形成在SOI(Silicon on Insulator)基板上，该SOI基板具有在Si基板和表面Si层(未图示)之间插入了二氧化硅(SiO2)层的结构。
图8示出根据本发明的实施例的、在SOI基板810上形成PD(未图示)以及TIA(未图示)的光接收电路800的示意性截面图。在SOI基板中，SiO2层被插入到Si基板和表面Si层之间。SOI基板810可以通过层叠Si层812、BOX(隐埋氧化膜)(SiO2)层814以及SiO2层816而被形成。作为一例，PD和TIA之间的阳极侧布线804以及阴极侧布线806可以具有500μm的长度。Si层812可以具有20Ωcm的阻抗。BOX层814可以具有3μm的厚度。SiO2层816可以具有1μm的厚度。阳极侧布线804以及阴极侧布线806被形成在SOI基板810上，阳极侧布线804具有比阴极侧布线806高的特性阻抗。例如，如图8所示，阳极侧布线804的宽度可以比阴极侧布线806的宽度窄。
图9示出根据本发明的实施例的、被形成在SOI基板910上的光接收电路900的示意性截面图。SOI基板910由Si层912、BOX层914以及SiO2层916构成。并且，在阴极侧布线906的下层的BOX层914和SiO2层916之间形成有SOI(Si)层918。根据图9的实施例，通过SOI层918的导电性，能以SOI层形成地。因此，即使在阳极侧布线904和阴极侧布线906具有相同程度的宽度的情况下，阳极侧布线904的特性阻抗也可以变得比阴极侧布线906的特性阻抗大。
在图9示出的实施例中，可以向SOI层918中的阴极侧布线906的下部的部分选择性地注入离子，由此形成载流子。在该情况下，被选择性地注入了离子的部分具有比SOI层918中的被形成光波导的其他部分小的阻抗率。因此，进一步降低阴极侧布线906的特性阻抗，光接收电路900的特性被改善。
图10是示出如图9所示的光接收电路900的制造工序的流程图。在步骤1002中，应形成光电二极管的阳极和跨阻放大器之间的布线的部分的SOI层被蚀刻。在步骤1004中，向应形成光电二极管的阴极和跨阻放大器之间的布线的部分的下方的SOI层注入离子。在步骤1012中，阴极侧的SOI层918以及阳极侧的BOX层914之上形成SiO2层916。在步骤1014中，在SiO2层916上形成阳极侧布线904以及阴极侧布线906。可以在SOI层918中形成Si调制器或者Ge光接收器等的光学部件。在该情况下，可以对于SOI层918中的应形成阴极侧布线906的部分的下方选择性地注入离子，并且向形成光学部件的部分注入载流子。
图11示出根据本发明的实施例的、被形成在SOI基板1110上的光接收电路1100的示意性截面图。SOI基板1110由Si层1112、BOX层1114、第一SiO2层1116以及第二SiO2层1120构成。并且，在阴极侧的第二SiO2层1120上形成地1122、并形成微带线。根据图11的实施例，即使在阳极侧布线1104和阴极侧布线1106具有相同程度宽度的情况下，也可以通过地1122的导电性，使阳极侧布线1104的特性阻抗变得比阴极侧布线1106的特性阻抗高。
在本说明书中，本发明对特定的实施例进行了说明，但本说明书中记述的实施例并不是用于限制性地解释本发明，其目的在于示例性说明本发明。应理解的是，在不超出本发明的范围内，本领域技术人员能够实施其他替代性的实施例。

Claims (11)

1.一种光接收电路，其特征在于，包括：
光电二极管；以及
跨阻放大器，所述跨阻放大器向所述光电二极管供应电源，
所述光电二极管的阳极和所述跨阻放大器之间的布线的特性阻抗比所述光电二极管的阴极和所述跨阻放大器之间的布线的特性阻抗高。
2.如权利要求1所述的光接收电路，其特征在于，
所述光电二极管的阳极和所述跨阻放大器之间的布线的特性阻抗比所述跨阻放大器的输入阻抗高。
3.如权利要求1所述的光接收电路，其特征在于，
所述光电二极管的阴极和所述跨阻放大器之间的布线的特性阻抗比所述跨阻放大器的输入阻抗低。
4.如权利要求1至3中任一项所述的光接收电路，其特征在于，
在所述光电二极管的阴极和所述跨阻放大器之间的布线的下层具有地，在所述光电二极管的阳极和所述跨阻放大器之间的布线的下层不具有地。
5.如权利要求1至3中任一项所述的光接收电路，其特征在于，
所述光电二极管以及所述跨阻放大器被形成在Si基板上。
6.如权利要求5所述的光接收电路，其特征在于，
在所述光电二极管的阴极和所述跨阻放大器之间的布线的下层所具有的地由Si层形成。
7.如权利要求1至3中任一项所述的光接收电路，其特征在于，
所述光电二极管以及所述跨阻放大器被形成SOI基板上，所述SOI基板是在Si基板和表面Si层之间插入有SiO2层的基板。
8.如权利要求7所述的光接收电路，其特征在于，
在所述光电二极管的阴极和所述跨阻放大器之间的布线的下层所具有的地由SOI层形成。
9.如权利要求8所述的光接收电路，其特征在于，
向与所述光电二极管的阴极和所述跨阻放大器之间的布线对应的SOI层的部分选择性地注入离子。
10.一种光接收电路的制造方法，所述光接收电路具有光电二极管和跨阻放大器，所述光接收电路的制造方法包括：
蚀刻应形成光电二极管的阳极和跨阻放大器之间的布线的部分的SOI层的步骤；
向应形成光电二极管的阴极和跨阻放大器之间的布线的部分的SOI层注入离子的步骤；
形成SiO2层的步骤；以及
在所述SiO2层上形成所述光电二极管的阴极和所述跨阻放大器之间的布线的步骤，
所述光电二极管的阳极和所述跨阻放大器之间的布线的特性阻抗比所述光电二极管的阴极和所述跨阻放大器之间的布线的特性阻抗高。
11.如权利要求10所述的光接收电路的制造方法，其特征在于，
所述注入离子的步骤包括：
为了形成Si调制器或者Ge光接收器而进行载流子注入的步骤。
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