CN109119500B - 一种横向锗探测器结构及制备方法 - Google Patents
一种横向锗探测器结构及制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109119500B CN109119500B CN201810954972.2A CN201810954972A CN109119500B CN 109119500 B CN109119500 B CN 109119500B CN 201810954972 A CN201810954972 A CN 201810954972A CN 109119500 B CN109119500 B CN 109119500B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- silicon
- silicon oxide
- germanium detector
- oxide layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 75
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 75
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims description 6
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 57
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 57
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 56
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 56
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 56
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 55
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 53
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 47
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 47
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 47
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 45
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 17
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 18
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 16
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 claims description 10
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 9
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 8
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 5
- 230000010354 integration Effects 0.000 abstract description 4
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000011664 signaling Effects 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
- H01L31/103—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PN homojunction type
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
- H01L31/0264—Inorganic materials
- H01L31/028—Inorganic materials including, apart from doping material or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
- H01L31/0288—Inorganic materials including, apart from doping material or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table characterised by the doping material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0352—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
- H01L31/035272—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
- H01L31/03529—Shape of the potential jump barrier or surface barrier
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/1804—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic Table
- H01L31/1808—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic Table including only Ge
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
本发明公开一种横向锗探测器结构，其中，横向锗探测器结构为横向光电二极管结构，包括硅衬底；硅氧化层沉积于硅衬底的上表面；硅氧化层上包括顶层硅，顶层硅的一侧形成第一掺杂区域，于第一掺杂区域的上表面形成第一电极；顶层硅的上表面形成耦合层，于耦合层背向第一电极的一侧形成延伸部，于延伸部形成第二掺杂区域，于第二掺杂区域形成第二电极；氮化硅波导为锥形结构，形成于多晶硅层的上方。有益效果：通过改造锗层结构，对顶层硅及锗层分别进行掺杂，增强了氮化硅波导耦合至锗探测器的耦合效率，实现了光复用器、光解复用器与锗探测器的有效集成，还应用于高光功率及高带宽的光电探测领域中。
Description
技术领域
本发明涉及光学器件技术领域，尤其涉及一种横向锗探测器结构及制备方法。
背景技术
光复用器(mux)和光解复用器(demux)是目前光电子芯片中非常重要的光学器件之一，考虑到光复用器或者光解复用器工作的稳定性，比如受温度影响，受工艺条件而导致光复用器和光解复用器中心波长发生偏移及光谱曲线发生形变，我们需要选取合适的材料来制备光复用器和光解复用器。由于氮化硅(SiN)和氮氧化硅(SiON)的折射率随着温度变化的影响要远小于硅(Si)材料，因此光复用器和光解复用器选用SiN或者SiON作为材料，在实际应用中，光复用器和光解复用器的末端都会与探测器(PD)相连接实现光电转换，普通的光模块产品中，光复用器、光解复用器及探测器是在分立的两个芯片上通过光纤(fiber)来实现连接，进一步提高了产品的尺寸面积及增加后段对光工艺复杂度，同时在传统CMOS(互补金属氧化物半导体，英文全称Complementary Metal Oxide Semiconductor)工艺中的锗(Ge)探测器，光是由Si波导耦合到Ge探测器中，Ge探测器结构通常为垂直PIN结构，而此探测器结构并不适用于此专利的应用场景，其次对于传统CMOS工艺的Ge探测器，其饱和光电流都比较小，因此无法适用于高光功率的探测。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种横向锗探测器结构及制备方法。
具体技术方案如下：
一种横向锗探测器结构，其中，所述横向锗探测器结构为横向光电二极管结构，具体包括：
一硅衬底；
一硅氧化层，沉积于所述硅衬底的上表面；所述硅氧化层上包括：
一顶层硅，所述顶层硅的一侧形成一第一掺杂区域，于所述第一掺杂区域的上表面形成一第一电极，所述第一电极向上延伸出所述硅氧化层；
一耦合层，形成于所述顶层硅的上表面，所述耦合层背向所述第一电极的一侧形成一延伸部，于所述延伸部形成一第二掺杂区域，于所述第二掺杂区域形成一第二电极，所述第二电极向上延伸出所述硅氧化层；
所述耦合层包括一第一层与一第二层，所述第二层形成于所述第一层的上表面，所述第一层为锗层；
一氮化硅波导，形成于所述耦合层的上方，所述氮化硅波导为锥形结构，所述氮化硅波导包括一第一端与一第二端，所述第一端小于所述第二端，所述氮化硅波导用于接收光信号，并将所述光信号耦合至所述耦合层，所述锗层用以接收所述光信号，并将所述光信号转换为电信号。
优选的，于所述第一掺杂区域掺杂P+离子，以形成一P+第一注入区域；
于所述P+第一注入区域掺杂P++离子，以形成一P++第一注入区域。
优选的，于所述第二掺杂区域掺杂N+离子，以形成一N+第二注入区域；
于所述N+第二注入区域掺杂N++离子，以形成一N++第二注入区域。
优选的，所述氮化硅波导的厚度至少为0.2um。
优选的，所述氮化硅波导的第一端的宽度为0.1-0.5um；
所述氮化硅波导的第二端的宽度为0.5-1.5um。
优选的，所述第二层为多晶硅层。
优选的，所述多晶硅层与所述氮化硅波导之间的预设距离为0-0.2um。
一种横向锗探测器结构的制备方法，其中，用于任意一项所述的横向锗探测器结构，所述横向锗探测器结构为横向光电二极管，包括：
提供一硅衬底，于所述硅衬底上依次形成一硅氧化层与一顶层硅；
所述制备方法具体包括：
步骤S1、于所述顶层硅的一侧进行掺杂，以形成一第一掺杂区域；
步骤S2、于所述顶层硅上沉积一硅氧化层，于所述硅氧化层上开设一工艺窗口，于所述工艺窗口内形成一耦合层，所述耦合层的一侧形成一延伸部，于所述延伸部形成一第二掺杂区域；
步骤S3、于所述耦合层上沉积一硅氧化层，于所述硅氧化层上形成一氮化硅波导，所述氮化硅波导为锥形结构，所述氮化硅波导包括一第一端与一第二端，所述第一端小于所述第二端；
步骤S4、于所述氮化硅波导上沉积一硅氧化层，于所述硅氧化层上开设一第一接触孔与一第二接触孔，所述第一接触孔与所述第二接触孔分别位于所述第一掺杂区域与所述第二掺杂区域的上表面；
步骤S5、于所述第一接触孔与所述第二接触孔内分别填充金属，以形成一第一电极与一第二电极，所述第一电极与所述第二电极分别延伸出所述硅氧化层。
优选的，所述耦合层包括一第一层与一第二层，所述第二层形成于所述第一层的上表面。
优选的，所述第一层为锗层；
所述第二层为多晶硅层。
本发明的技术方案有益效果在于：横向锗探测器结构为横向光电二极管结构，通过改造锗层结构，并且对顶层硅及耦合层上分别进行掺杂，有效增强氮化硅波导耦合至锗探测器的耦合效率，这样不仅可以实现光复用器与光解复用器与锗探测器的有效集成，并且相对于传统工艺的锗探测器，氮化硅耦合锗探测器还可以应用于高光功率及高带宽的光电探测领域中。
附图说明
参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。
图1为本发明中，关于横向锗探测器结构的整体结构示意图；
图2为本发明中，关于横向锗探测器结构的俯视图；
图3为本发明中，关于横向锗探测器结构的制备方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
本发明包括一种横向锗探测器结构，其中，横向锗探测器结构为横向光电二极管结构，具体包括：
一硅衬底1；
一硅氧化层2，沉积于硅衬底2的上表面；硅氧化层2上包括：
一顶层硅20，顶层硅20的一侧形成一第一掺杂区域200，于第一掺杂区域200的上表面形成一第一电极201，第一电极201向上延伸出硅氧化层2；
一耦合层21，形成于顶层硅20的上表面，耦合层21背向第一电极201的一侧形成一延伸部210，于延伸部210形成一第二掺杂区域211，于第二掺杂区域211形成一第二电极212，第二电极212向上延伸出硅氧化层2；耦合层21包括一第一层213与一第二层214，第二层214形成于第一层213的上表面，第一层213为锗层；
一氮化硅波导22，形成于耦合层21的上方，氮化硅波导22为锥形结构，氮化硅波导22包括一第一端220与一第二端221，第一端220小于第二端221，氮化硅波导22用于接收光信号，并将光信号耦合至耦合层21，锗层21用以接收光信号，并将光信号转换为电信号。
通过上述横向锗探测器结构的技术方案，结合图1、2所示，横向锗探测器结构为横向光电二极管结构，硅氧化层2沉积于硅衬底1的上表面，硅氧化层2包括顶层硅20、耦合层21及氮化硅波导22，其中，顶层硅20的一侧形成第一掺杂区域200，于第一掺杂区域200的上表面形成第一电极201，第一电极201向上延伸出硅氧化层，具体地，于第一掺杂区域200掺杂P+离子，以形成一P+第一注入区域200a，于P+第一注入区域200a掺杂P++离子，以形成一P++第一注入区域200b；
进一步地，耦合层21形成于顶层硅20的上表面，耦合层21背向第一电极201的一侧形成延伸部210，于延伸部210形成第二掺杂区域211，于第二掺杂区域211形成第二电极212，第二电极212向上延伸出硅氧化层2，其中，耦合层21包括第一层213与第二层214，第二层214形成于第一层213的上表面，第一层213为锗层，第二层214为多晶硅层；于第二掺杂区域211掺杂N+离子，以形成N+第二注入区域211a，于N+第二注入区域211a掺杂N++离子，以形成N++第二注入区域211b；
进一步地，氮化硅波导22形成于耦合层21的上方，氮化硅波导22与耦合层21之间的预设距离设置为0-0.2um，氮化硅波导22为锥形结构，氮化硅波导22包括第一端220与第二端221，第一端220小于第二端221，其中，氮化硅波导22的厚度t至少设置为0.3um，氮化硅波导22的第一端220的宽度设置为0.1-0.5um，氮化硅波导的22第二端221的宽度设置为0.5-1.5um；
需要说明的是，在横向锗探测器结构中，第二层214的多晶硅层可以通过第一层213的锗层代替，在此不再赘述；
具体地，通过改造锗层结构，并且对顶层硅20及耦合层21上分别进行掺杂，将氮化硅波导22形成于耦合层21的上方，通过倏逝耦合把氮化硅波导22的光耦合至锗探测器中，让光生载流子均匀分布；进一步地，可以直接利用氮化硅波导22来进行光耦合，这样的结构设计可以把光复用器与光解复用器的光通过氮化硅波导22直接耦合至锗探测器中，并不需要额外的光纤，节省了材料成本及时间成本，减小了光模块的体积，并且通过改造耦合层21结构，在锗层的上表面沉积多晶硅层，同时对顶层硅20及耦合层21上分别进行掺杂，有效提高了锗探测器的转换效率及锗探测器的响应度，同时将氮化硅波导22传统的条形结构设计为锥形结构，增强了氮化硅波导22耦合至锗探测器的耦合效率，这样不仅可以实现光复用器与光解复用器与锗探测器的有效集成，并且相对于传统工艺的锗探测器，氮化硅耦合锗探测器还可以应用于高光功率及高带宽的光电探测领域中。
一种横向锗探测器结构的制备方法，应用于上述任意一项的横向锗探测器的结构，其中，横向锗探测器结构为横向光电二极管，包括：
提供一硅衬底1，于硅衬底1上依次形成一硅氧化层2与一顶层硅20；
制备方法具体包括：
步骤S1、于顶层硅20的一侧进行掺杂，以形成一第一掺杂区域200；
步骤S2、于顶层硅20上沉积一硅氧化层2，于硅氧化层2上开设一工艺窗口(在图中未示出)，于工艺窗口(在图中未示出)内形成一耦合层21，耦合层21的一侧形成一延伸部210，于延伸部210形成一第二掺杂区域211；
步骤S3、于耦合层21上沉积一硅氧化层2，于硅氧化层2上形成一氮化硅波导22，氮化硅波导22包括一第一端220与一第二端221，第一端220小于第二端221；
步骤S4、于氮化硅波导22上沉积一硅氧化层2，于硅氧化层2上开设一第一接触孔(在图中未示出)与一第二接触孔(在图中未示出)，第一接触孔(在图中未示出)与第二接触孔(在图中未示出)分别位于第一掺杂区域200与第二掺杂区域211的上表面；
步骤S5、于第一接触孔(在图中未示出)与第二接触孔(在图中未示出)内分别填充金属，以形成一第一电极201与一第二电极211，第一电极201与第二电极211分别向上延伸出硅氧化层2。
具体地，如图3所示，横向锗探测器结构的制备方法适用于氮化硅耦合锗探测器结构，氮化硅耦合锗探测器结构为横向光电二极管结构，其制备工艺简单，首先提供硅衬底1，于硅衬底1上依次形成硅氧化层2与顶层硅20，其中，硅氧化层2为二氧化硅；然后于顶层硅20的一侧进行掺杂，以形成第一掺杂区域200，其中，于第一掺杂区域200掺杂P+离子，以形成P+第一注入区域200a，于P+第一注入区域200a掺杂P++离子，以形成P++第一注入区域200b；
进一步地，于顶层硅20上沉积硅氧化层2，于硅氧化层2上开设工艺窗口(在图中未示出)，于工艺窗口(在图中未示出)内形成耦合层21，耦合层21的一侧形成延伸部210，于延伸部210形成第二掺杂区域211，具体地，耦合层21包括第一层213与第二层214，第二层214形成于第一层213的上表面，第一层213为锗层，第二层214为多晶硅层；其中，于第二掺杂区域211掺杂N+离子，以形成N+第二注入区域211a，于N+第二注入区域211a掺杂N++离子，以形成N++第二注入区域211b；
进一步地，于耦合层21上沉积硅氧化层2，于硅氧化层2上形成氮化硅波导22，氮化硅波导22包括第一端220与第二端221，第一端220小于第二端221；具体地，氮化硅波导22的厚度t至少设置为0.2um，氮化硅波导22的第一端220的宽度设置为0.1-0.5um，氮化硅波导的22第二端221的宽度设置为0.5-1.5um；
进一步地，于氮化硅波导22上沉积一硅氧化层2，于硅氧化层2上开设一第一接触孔(在图中未示出)与一第二接触孔(在图中未示出)，第一接触孔(在图中未示出)与第二接触孔(在图中未示出)分别位于第一掺杂区域200与第二掺杂区域211的上表面；于第一接触孔(在图中未示出)与第二接触孔(在图中未示出)内分别填充金属，以形成一第一电极201与一第二电极211，第一电极201与第二电极211分别延伸出硅氧化层2。
本发明的技术方案有益效果在于：横向锗探测器结构为横向光电二极管结构，通过改造锗层结构，并且对顶层硅及耦合层上分别进行掺杂，有效增强氮化硅波导耦合至锗探测器的耦合效率，这样不仅可以实现光复用器与光解复用器与锗探测器的有效集成，并且相对于传统工艺的锗探测器，氮化硅耦合锗探测器还可以应用于高光功率及高带宽的光电探测领域中。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种横向锗探测器结构，其特征在于，所述横向锗探测器结构为横向光电二极管结构，具体包括：
一硅衬底；
一硅氧化层，沉积于所述硅衬底的上表面；所述硅氧化层上包括：
一顶层硅，所述顶层硅的一侧形成一第一掺杂区域，于所述第一掺杂区域的上表面形成一第一电极，所述第一电极向上延伸出所述硅氧化层；
一耦合层，形成于所述顶层硅的上表面，所述耦合层背向所述第一电极的一侧形成一延伸部，于所述延伸部形成一第二掺杂区域，于所述第二掺杂区域形成一第二电极，所述第二电极向上延伸出所述硅氧化层；
所述耦合层包括一第一层与一第二层，所述第二层形成于所述第一层的上表面，所述第一层为锗层；
一氮化硅波导，形成于所述耦合层的上方，所述氮化硅波导为锥形结构，所述氮化硅波导具有一第一端与一第二端，所述第一端小于所述第二端，所述氮化硅波导用于接收光信号，并将所述光信号耦合至所述耦合层，所述锗层用以接收所述光信号，并将所述光信号转换为电信号。
2.根据权利要求1所述的横向锗探测器结构，其特征在于，于所述第一掺杂区域掺杂P+离子，以形成一P+第一注入区域；
于所述P+第一注入区域掺杂P++离子，以形成一P++第一注入区域。
3.根据权利要求1所述的横向锗探测器结构，其特征在于，于所述第二掺杂区域掺杂N+离子，以形成一N+第二注入区域；
于所述N+第二注入区域掺杂N++离子，以形成一N++第二注入区域。
4.根据权利要求1所述的横向锗探测器结构，其特征在于，所述氮化硅波导的厚度至少为0.2um。
5.根据权利要求1所述的横向锗探测器结构，其特征在于，所述氮化硅波导的第一端的宽度为0.1-0.5um；
所述氮化硅波导的第二端的宽度为0.5-1.5um。
6.根据权利要求1所述的横向锗探测器结构，其特征在于，所述第二层为多晶硅层。
7.根据权利要求6所述的横向锗探测器结构，其特征在于，所述多晶硅层与所述氮化硅波导之间的预设距离为0-0.2um。
8.一种横向锗探测器结构的制备方法，其特征在于，用于如权利要求1-7任意一项所述的横向锗探测器结构，所述横向锗探测器结构为横向光电二极管，包括：
提供一硅衬底，于所述硅衬底上依次形成一硅氧化层与一顶层硅；
所述制备方法具体包括：
步骤S1、于所述顶层硅的一侧进行掺杂，以形成一第一掺杂区域；
步骤S2、于所述顶层硅上沉积一硅氧化层，于所述硅氧化层上开设一工艺窗口，于所述工艺窗口内形成一耦合层，所述耦合层的一侧形成一延伸部，于所述延伸部形成一第二掺杂区域；
步骤S3、于所述耦合层上沉积一硅氧化层，于所述硅氧化层上形成一氮化硅波导，所述氮化硅波导为锥形结构，所述氮化硅波导具有一第一端与一第二端，所述第一端小于所述第二端；
步骤S4、于所述氮化硅波导上沉积一硅氧化层，于所述硅氧化层上开设一第一接触孔与一第二接触孔，所述第一接触孔与所述第二接触孔分别位于所述第一掺杂区域与所述第二掺杂区域的上表面；
步骤S5、于所述第一接触孔与所述第二接触孔内分别填充金属，以形成一第一电极与一第二电极，所述第一电极与所述第二电极分别向上延伸出所述硅氧化层。
9.根据权利要求8所述的横向锗探测器结构的制备方法，其特征在于，所述耦合层包括一第一层与一第二层，所述第二层形成于所述第一层的上表面。
10.根据权利要求9所述的横向锗探测器结构的制备方法，其特征在于，所述第一层为锗层；
所述第二层为多晶硅层。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810954972.2A CN109119500B (zh) | 2018-08-21 | 2018-08-21 | 一种横向锗探测器结构及制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810954972.2A CN109119500B (zh) | 2018-08-21 | 2018-08-21 | 一种横向锗探测器结构及制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109119500A CN109119500A (zh) | 2019-01-01 |
| CN109119500B true CN109119500B (zh) | 2019-12-06 |
Family
ID=64853410
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810954972.2A Active CN109119500B (zh) | 2018-08-21 | 2018-08-21 | 一种横向锗探测器结构及制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109119500B (zh) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111223955B (zh) * | 2019-10-31 | 2021-11-26 | 北京邮电大学 | 一种具有微孔的波导耦合结构的光探测器 |
| CN111129202B (zh) * | 2019-12-27 | 2021-07-06 | 武汉光谷信息光电子创新中心有限公司 | 一种光电探测器 |
| CN111129201B (zh) * | 2019-12-27 | 2021-07-02 | 武汉光谷信息光电子创新中心有限公司 | 一种光电探测器 |
| CN111883608B (zh) * | 2020-07-08 | 2022-06-03 | 武汉光谷信息光电子创新中心有限公司 | 一种锗硅雪崩光电探测器及其制作方法 |
| US11588062B2 (en) * | 2020-10-08 | 2023-02-21 | Globalfoundries U.S. Inc. | Photodetectors including a coupling region with multiple tapers |
| CN112563349B (zh) * | 2020-11-12 | 2022-11-04 | 中国科学院微电子研究所 | 一种光电探测器及其制备方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1672074A (zh) * | 2002-07-23 | 2005-09-21 | 英特尔公司 | 锥形波导光电探测器装置和方法 |
| CN105785508A (zh) * | 2014-12-25 | 2016-07-20 | 江苏尚飞光电科技有限公司 | 基于bcb键合工艺的耦合器结构及其制作方法 |
| CN106291990A (zh) * | 2016-08-29 | 2017-01-04 | 上海交通大学 | 硅基注氧电容型电光调制器 |
| CN106463566A (zh) * | 2014-03-10 | 2017-02-22 | 科锐安先进科技有限公司 | 无金属接触的近红外锗光电探测器 |
| EP3255480A1 (en) * | 2015-02-06 | 2017-12-13 | Photonics Electronics Technology Research Association | Optical modulator and method of manufacturing same |
| CN107658365A (zh) * | 2017-08-11 | 2018-02-02 | 西安科锐盛创新科技有限公司 | 基于LRC工艺的横向PiNGe光电探测器及其制备方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070104441A1 (en) * | 2005-11-08 | 2007-05-10 | Massachusetts Institute Of Technology | Laterally-integrated waveguide photodetector apparatus and related coupling methods |
-
2018
- 2018-08-21 CN CN201810954972.2A patent/CN109119500B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1672074A (zh) * | 2002-07-23 | 2005-09-21 | 英特尔公司 | 锥形波导光电探测器装置和方法 |
| CN106463566A (zh) * | 2014-03-10 | 2017-02-22 | 科锐安先进科技有限公司 | 无金属接触的近红外锗光电探测器 |
| CN105785508A (zh) * | 2014-12-25 | 2016-07-20 | 江苏尚飞光电科技有限公司 | 基于bcb键合工艺的耦合器结构及其制作方法 |
| EP3255480A1 (en) * | 2015-02-06 | 2017-12-13 | Photonics Electronics Technology Research Association | Optical modulator and method of manufacturing same |
| CN106291990A (zh) * | 2016-08-29 | 2017-01-04 | 上海交通大学 | 硅基注氧电容型电光调制器 |
| CN107658365A (zh) * | 2017-08-11 | 2018-02-02 | 西安科锐盛创新科技有限公司 | 基于LRC工艺的横向PiNGe光电探测器及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Low-Voltage High-Speed (18 GHz/1 V) Evanescent-Coupled Thin-Film-Ge Lateral PIN Photodetectors Integrated on Si Waveguide;J. Wang, W.等;《IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS》;20080901;第20卷(第17期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109119500A (zh) | 2019-01-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109119500B (zh) | 一种横向锗探测器结构及制备方法 | |
| CN109148619B (zh) | 一种氮化硅耦合锗探测器结构及制备方法 | |
| US8558336B2 (en) | Semiconductor photodetector structure and the fabrication method thereof | |
| US10446707B2 (en) | Optical waveguide detector and optical module | |
| CN111211181B (zh) | 一种波导型光电探测器及其制造方法 | |
| US20100151619A1 (en) | Recessed Germanium (Ge) Diode | |
| CN113097335B (zh) | 波导耦合等离增强型Ge基红外光电探测器及其制备方法 | |
| CN110729373B (zh) | 基于Ge波导的GeSn红外光电探测器及其制造方法 | |
| CN111446309B (zh) | 一种波导集成型光电探测器及其制作方法 | |
| CN110896112B (zh) | 波导集成的GeSn光电探测器及其制造方法 | |
| CN210006746U (zh) | 波导型锗基光电探测器 | |
| CN108847416B (zh) | 吸收增强的光栅耦合型硅基光电探测器及其制备方法 | |
| CN112201723A (zh) | 一种波导型光电探测器及其制备方法 | |
| US9035409B2 (en) | Germanium photodetector having absorption enhanced under slow-light mode | |
| CN103762265A (zh) | 基于标准cmos工艺的新型光互连结构及其制备方法 | |
| CN109103283B (zh) | 一种横向锗探测器结构及制备方法 | |
| US11610932B2 (en) | Photodetecting device with enhanced collection efficiency | |
| CN115832095A (zh) | 锗硅光电探测器 | |
| CN109860315B (zh) | 一种雪崩光电二极管 | |
| CN205263365U (zh) | 一种光接收器的光路结构 | |
| JP3008571B2 (ja) | 受光装置 | |
| CN112201707B (zh) | 一种光栅结构的硅基全硅表面吸收探测器及其制备方法 | |
| CN109686813B (zh) | 一种光电耦合器及其制备方法 | |
| CN113990983B (zh) | 一种光吸收能力强的光敏二极管及制备方法 | |
| CN108987530B (zh) | 光电探测器的制作方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |