CN109496364A - 具有集成高对比度光栅偏振器的光电检测器设备 - Google Patents
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Abstract
光电检测器包括：半导体材料的衬底(1)；衬底中的传感器区域(2)；布置在传感器区域上方彼此相隔距离(d)的多个栅格元件(4)，栅格元件具有折射率；低折射率区域(3)，布置在低折射率区域上的栅格元件；以及覆盖栅格元件的另外的低折射率区域(5)。
Description
本发明涉及用于检测电磁辐射的半导体器件领域。
电磁辐射的电场和磁场矢量彼此垂直并且垂直于传播方向。在偏振光中，这些矢量的分布不是任意的，而是有序的。线性偏振的特征在于电场矢量的恒定方向。当电场矢量具有恒定长度并围绕传播方向转动时，存在圆偏振。这些是椭圆偏振的特殊情况，其中电场矢量的终点描述在垂直于传播方向并与传播方向相交的任何固定平面中的椭圆。
如果仅检测到某些偏振状态，则能够增强光电二极管的信噪比。当环境光，特别是明亮的阳光，干扰待检测的光信号的接收并且该信号的强度比环境光更低时，这是特别有利的。
在相机中使用偏振滤光器以减少非金属表面的倾斜反射，特别是地面反射的光。飞行时间传感器发射偏振激光光束，该偏振激光光束在表面反射并且由传感器检测到。因此，有利的是，提供仅检测偏振状态与激光相同的光，同时滤除其他不期望的偏振状态的设备。
线栅偏振器包括平行线或类似的金属线，该平行线或类似的金属线在倾斜于入射光或垂直于入射光的平面中以彼此相等的距离布置。导线中的电子在通过线栅传播的电磁波的电场矢量的方向上被驱动。电子沿着导线的纵向延伸的不受限制的移动使线栅充当反射镜，而电子在横向方向上的移动由导线的小的宽度限制。因此，平行于导线的纵向延伸的方向的电场矢量的矢量分量限定了基本上被反射的入射光部分，而垂直于导线的纵向延伸的方向的电场矢量的矢量分量限定了基本上被透射的入射光部分。因此，被透射的光的电场矢量垂直于导线，并且由此通过线栅得到了线性偏振。
一根导线的宽度与邻近导线之间的距离的和是栅格的节距并且对应于由栅格形成的规则网格的最小周期。邻近导线之间的距离通常小于辐射的波长。
线栅偏振器用于半导体器件中。例如，在CMOS工艺中，能够在后道工序中产生形成线栅的平行的金属线，其中集成电路的部件通过布线电连接，布线包括将结构化的金属层嵌入在金属间介电材料中。
高对比度光栅型反射器用作先进的垂直腔面发射激光器(VCSEL)中的反射器。这些反射器的特性是仅反射一种偏振状态，因此仅利用一种偏振状态促进发射。此外，由单层构成的高对比度光栅反射器比通常使用的布拉格(Bragg)反射器更容易制造，在布拉格反射器中，需要大约30至50层以实现有意义的反射系数。
US 2007/0115553A1公开了一种用于宽带反射镜和高反射率光栅的亚波长光栅结构。器件包括硅衬底层、低折射率层(如SiO2)和彼此间隔开并且布置在低折射率的层上的高折射率的材料部分(如多晶硅)。
US 2014/0353583A1和US 2014/0353530A1公开了具有布置在气隙上方的高对比度光栅的偏振无关光电检测器。
M.Guillaumée等人的“Polarization sensitive silicon photodiodes usingnanostructured metallic grids”，Applied Physics Letters 94，193503(2009)，提出了尺寸与CMOS工艺兼容的线栅偏振器的设计、制造和表征。
W.Hofmann等人的“Long-Wavelength High-Contrast Grating Vertical-CavitySurface-Emitting Lase”，IEEE Photonics Journal 2,415-422(2010)，提出了一种VCSEL结构，该VCSEL结构基于由作为输出镜的绝缘体上的非晶硅构成的亚波长高对比度光栅反射器。
T.等人的“Ultracompact Silicon/Polymer Laser with anAbsorption-Insensitive Nanophotonic Resonator”，Nano Letters 10,3675-3678(2010)(能够得到在线的支持材料)提出平面纳米光子谐振器和由介电材料制成的高对比度光栅反射镜，作为亚波长相位光栅，用作激光腔中的面内反射器。
C.J.Chang-Hasnain和W.Yang的“High-contrast gratings for integratedoptoelectronics”，Advances in Optics and Photonics 4,379-440(2012)，概述了高对比度光栅和基本物理原理。
线栅偏振器的金属线中的光吸收可能降低设置有线栅偏振器的传感器的响应度。由于金属线的高度，线栅的影响取决于入射的角度，并且角度偏振依赖性可能相对较大而导致紧密公差。此外，不检测的偏振状态的消光比受到金属的消光系数的限制。
本发明的一个目的是提出具有高对比度光栅偏振器的光电检测器设备，其避免了以上缺点。
该目的是利用根据权利要求1所述的光电检测器来实现的。实施例源自从属权利要求。
光电检测器设备包括：半导体材料的衬底；用于检测电磁辐射的衬底中的传感器区域；布置在传感器区域上方的彼此相隔一定距离的多个栅格元件，栅格元件具有折射率；低折射率区域，栅格元件布置在低折射率区域上；以及覆盖栅格元件的另外的低折射率区域。特别地，栅格元件能够直接布置在较低折射率的区域上。
在光电检测器设备的实施例中，栅格元件包括多晶硅、氮化硅、二氧化铪、五氧化二钽、二氧化硅、五氧化二铌或其任何组合。
在另外的实施例中，低折射率区域是在衬底中形成的浅槽隔离、掩埋氧化物或场氧化物区域，并且另外的低折射率区域包括介电层。
在另外的实施例中，低折射率区域是在衬底上方的覆盖层，并且另外的低折射率区域包括环境空气。在该实施例中，栅格元件可以特别地包括氮化硅。
在另外的实施例中，栅格元件的折射率比低折射率区域的折射率大至少0.5。
在另外的实施例中，栅格元件的折射率比另外的低折射率区域的折射率大至少1.0。
栅格元件可以具有恒定的宽度。对于待检测的电磁辐射的波长，宽度和相邻栅格元件之间的距离的和可以小于低折射率区域中的波长和/或另外的低折射率区域中的波长，或甚至小于栅格元件中的波长。宽度和相邻栅格元件之间的距离的和可以大于栅格元件中的波长的四分之一。栅格元件的长度垂直于它们的宽度并且平行于它们的对齐方向，栅格元件的长度可以大于栅格元件中的波长。
以下是结合附图对光电检测器设备的示例和实施例的详细描述。
图1是具有高对比度光栅偏振器的光电检测器设备的横截面。
图2是具有高对比度光栅偏振器的另外的光电检测器设备的横截面。
图3是根据图1的、具有高对比度光栅偏振器的光电检测器设备的横截面，该高对比度光栅偏振器包括部分层。
图4是根据图3的、具有高对比度光栅偏振器的另外的光电检测器设备的横截面，该高对比度光栅偏振器包括部分层。
图5是根据图1的、具有对高对比度光栅偏振器不同布置的光电检测器设备的横截面。
图6是根据图5的、具有对高对比度光栅偏振器不同布置的另外的光电检测器设备的横截面。
图1是具有高对比度光栅偏振器的光电检测设备的横截面。光电检测器设备包括半导体材料的衬底1，该衬底例如可以是硅。适合于检测电磁辐射(特别是特定波长范围内的光)的光电检测器或光电检测器阵列被布置在衬底1中。用于操作光电检测器或光电检测器阵列的集成电路也可以设置在衬底1中。
光电检测器或光电检测器阵列可以包括任何传统的光电检测器结构并且因此仅在附图中通过衬底1中的传感器区域2示意性地表示。传感器区域2可以作为衬底1的层连续延伸，或可以根据光电检测器阵列将该传感器区域2分成多个部分。
衬底1可以至少在与传感器区域2相邻的区域中掺杂，以获得导电性，并且传感器区域2可以完整地掺杂或在分开的部分中掺杂，以获得相反类型的导电性。如果衬底1具有p型导电性，则传感器区域2具有n型导电性，反之亦然。因此，pn结8或多个pn结8形成在传感器区域2的边界处并且能够通过施加合适的电压而作为光电二极管或光电二极管的阵列操作。这仅仅是一个示例，并且光电二极管或光电二极管阵列可以包括不同的结构。
可以在传感器区域2外部的衬底1中(特别是通过高的掺杂浓度)设置导电性高于邻近半导体材料的一个或多个接触区域10。可以在与传感器区域2或其一部分相邻的衬底1中布置导电性高于传感器区域2的一个或更多个另外的接触区域20。可以在每个接触区域10上施加电接触11，并且可以在每个另外的接触区域20上施加另外的电接触21，以用于外部电连接。
隔离区域3可以形成在传感器区域2的上方。隔离区域3对待检测的电磁辐射是透明的或至少部分透明的并且具有对感兴趣的相关波长的折射率。隔离区域3包括例如场氧化物等的介电材料。如果半导体材料是硅，则能够通过硅的局部氧化(LOCOS)在衬底1的表面处产生场氧化物。随着在氧化期间的材料的体积的增加，场氧化物从衬底表面的平面突出，如图1中所示。
栅格元件4在传感器区域2的上方的隔离区域3的表面13上彼此以距离d布置。特别地，栅格元件4能够直接布置在隔离区域3的表面13上。栅格元件4可以具有相同的宽度w，并且距离d在任何两个相邻的栅格元件4之间可以是相同的。宽度w和距离d的和是节距p，节距是由栅格元件4形成的规则网格的最小周期。针对栅格元件4中的一个，在图1中以透视图示出了栅格元件4的长度l(垂直于宽度w)，该透视图以虚线示出了隐藏轮廓。
栅格元件4对待检测的电磁辐射是透明的或至少部分透明的并且具有相关波长的的折射率。栅格元件4可以包括例如多晶硅、氮化硅或五氧化二铌。用多晶硅作为栅格元件4具有以下优点：能够在CMOS工艺中将栅格元件4与多晶硅电极等一起形成。
隔离区域3的折射率小于栅格元件4的折射率。隔离区3是权利要求中记载的低折射率的区域的示例。
栅格元件4被低折射率的另外的区域覆盖。在根据图1的光电检测器设备中，栅格元件4被介电层5覆盖，介电层5的折射率低于栅格元件4。介电层5尤其可以包括例如硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)或二氧化硅，其用于CMOS工艺中以形成布线的金属间介电层。因此，栅格元件4被嵌入在低折射率的材料中并且形成高对比度光栅偏振器。
可以在栅格元件4上施加减反层7。减反层7可以通过去除栅格元件4上方的介电层5、沉积适合于减反层7的材料并且用介电层5的介电材料填充开口来形成。尤其可以设置减反层7以使入射辐射的相位与其在衬底1中的传播常数相匹配。特别地，如果衬底1包括硅，则减反层7的折射率可以有利地至少大约是硅的折射率的平方根。例如，氮化硅可用于减反层7。
图2是具有高对比度光栅偏振器的另外的光电检测设备的横截面。对应于图1中的所示的类似元件的元件用相同的附图标记表示。根据图2的光电检测器器件与根据图1的光电检测器设备不同的区别在于隔离区域3，在图2中，隔离区域3形成为浅槽隔离(STI)。如果半导体材料是硅，则隔离区域3的材料可以是例如二氧化硅。隔离区域3的折射率小于栅格元件4的折射率。形成为浅槽隔离的隔离区域3是权利要求中记载的低折射率的区域的另外的示例。
图3是具有高对比度光栅偏振器的另外的光电检测器设备的横截面。对应于图1中的所示的类似元件的元件用相同的附图标记表示。根据图3的光电检测器设备与根据图1的光电检测器设备的区别在于栅格元件4的形成，在图3中，栅格元件4包括部分层4'、4″。例如，下部分层4'可以由多晶硅层的部分形成。例如，可选地可以包括至少一个氧化层的中间层17在形成上部分层4″之前施加在下部分层4'上。例如，上部分层4″可以由另外的多晶硅层的部分形成。
图4是具有高对比度光栅偏振器的另外的光电检测器设备的横截面。对应于图3中所示的类似元件的元件用相同的附图标记表示。根据图4的光电检测器器件与根据图3的光电检测器设备的区别在于隔离区域3，在图4中，隔离区域3形成为如根据图2的光电检测器设备中的浅槽隔离(STI)。如果半导体材料是硅，则隔离区域3的材料可以是例如二氧化硅。在图4中，作为示例，示出了没有减反层的栅格元件4。
图5是具有高对比度光栅偏振器的另外的光电检测器设备的横截面。对应于图1中所示的类似元件的元件用相同的附图标记表示。根据图5的光电检测器设备与根据图1的光电检测器设备的区别在于栅格元件4的布置。介电层5是布线或金属焊电的金属间介电层，介电层5包括结构化的金属层。接触11连接到金属层12，并且另外的接触21连接到另外的金属层22。可以在介电层5上施加覆盖层6，例如，钝化层。在根据图5的光电检测器设备中，栅格元件4被布置在覆盖层6的表面16上。替代地，栅格元件4可以直接布置在介电层5上。如果栅格元件4可以包括氮化硅，则栅格元件4的表面14有利地暴露于环境空气15，以产生合适的高对比度光栅偏振器。
图6是具有高对比度光栅偏振器的另外的光电检测器设备的横截面。对应于图5中所示的类似元件的元件用相同的附图标记表示。根据图6的光电检测器设备与根据图5的光电检测器设备的区别在于隔离区域3，在图6中，隔离区域3形成为如根据图2的光电检测器设备中的浅槽隔离(STI)。如果半导体材料是硅，则隔离区域3的材料可以是例如二氧化硅。
栅格元件4的阵列形成高对比度光栅，该高对比度光栅可比得上具有高品质因数的谐振器。对于电场矢量的与栅格元件4的纵向延伸平行(即，垂直于图1至6中所示的横截面的平面)的矢量分量，高对比度光栅构成反射器。由于折射率之间的差异，在栅格元件4中和在位于栅格元件4之间的低折射率的另外的区域5、15的部分中，入射电磁波的光学路径长度是不同的。因此，入射电磁波到达低折射率的区域3、6的表面13、16(其形成高对比度光栅的基底)时，通过栅格元件4的部分和在栅格元件4之间传播的部分之间存在相移。高对比度光栅能够被设计成使特定波长相移π或180°，使得有问题的部分互相抵消。高对比度光栅由此构成用于特定波长和偏振的反射器。
当电场矢量的矢量分量横向于栅格元件4的纵向延伸时，电磁波基本上不受干扰地通过栅格元件4并且在下面的衬底1内被吸收。因此在半导体材料中生成电子-空穴对。由入射辐射生成的电荷载流子产生电流，通过该电流检测辐射。可选地，在pn结8上施加反方向的电压。
栅格元件4可以具有恒定宽度w，并且相邻栅格元件4之间的距离d也可以是恒定的，使得高对比度光栅形成规则网格。这种光栅的节距p是一个栅格元件4的宽度w和距离d的和，其限定网格的最短周期。为了将栅格元件4的阵列用作高对比度光栅偏振器，节距p通常小于电磁辐射在低折射率nlow1的区域的材料中的波长和/或小于电磁辐射在低折射率nlow2的另外的区域中的材料中的波长，或甚至小于栅格元件中的波长。在低折射率nlow1的区域中，待检测的电磁辐射的真空中的波长λ0变为λ1＝λ0/nlow1。在低折射率nlow2的另外的区域中，波长变为λ2＝λ0/nlow2。如果nhigh是栅格元件4的折射率，则在栅格元件4中，波长λ0变为λ3＝λ0/nhigh，λ3<λ0/nlow1,λ3<λ0/nlow2。该尺寸表示用作以上所述的光电检测器件中的偏振器的高对比度光栅和传统衍射光栅之间的差异。
节距p可以大于电磁辐射在光栅元件4中的四分之一波长。如果待检测的电磁辐射的真空波长是λ0，则p>λ3/4＝λ0/(4nhigh)。这将上文所述的用作光电检测器件中的偏振器的高对比度光栅与深亚波长光栅区分开。栅格元件4的波长l可选地大于电磁辐射在栅格元件4中的波长λ3＝λ0/nhigh。
因此，基于高对比度光栅的偏振器减轻了衍射光栅的紧密的制造公差和层厚度控制的缺陷；并且降低了对深亚波长光栅的非常小的结构的需要，由此降低了对深亚波长光栅的非常先进的光刻的需要。
具有高对比度光栅偏振器的光电检测器设备能够用于广泛的应用。其他的优点包括对待排除的偏振状态的更高的消光系数和用于所需偏振状态的增强的响应度。
附图标记列表
1 衬底
2 传感器区域
3 隔离区域
4 栅格元件
4' 部分层
4″ 另外的部分层
5 介电层
6 覆盖层
7 减反层
8 pn结
10 接触区域
11 接触
12 金属层
13 表面
14 表面
15 环境空气
16 表面
17 中间层
20 另外的接触区域
21 另外的接触
22 另外的金属层
d 距离
l 长度
p 节距
w 宽度
Claims (14)
1.一种光电检测器设备，包括：
-半导体材料的衬底(1)，
-衬底(1)中的传感器区域(2)，用于检测电磁辐射，
-多个栅格元件(4)，其布置在传感器区域(2)的上方，彼此相隔距离(d)，所述栅格元件(4)具有折射率，
-低折射率区域(3、6)，所述栅格元件(4)布置在所述低折射率区域(3、6)上，以及
-另外的低折射率区域(5、15)，其覆盖栅格元件(4)。
2.根据权利要求1所述的光电检测器设备，其中，
栅格元件(4)包括选自以下的材料：多晶硅、氮化硅、二氧化铪、五氧化二钽、二氧化硅、五氧化二铌或其任何组合。
3.根据权利要求1所述的光电检测器设备，其中，
低折射率区域(3)是在衬底(1)中形成的浅槽隔离、掩埋氧化物或场氧化物区域，并且
另外的低折射率区域(5)包括介电层。
4.根据权利要求1所述的光电检测器设备，其中，
低折射率区域(6)是在衬底(1)上方的覆盖层，并且
另外的低折射率区域(15)包括环境空气。
5.根据权利要求4所述的光电检测器设备，其中，
栅格元件(4)包括氮化硅。
6.根据权利要求1至5之一所述的光电检测器设备，其中，
栅格元件(4)的折射率比所述低折射率区域(3、6)的折射率高至少0.5。
7.根据权利要求1至6之一所述的光电检测器设备，其中，
栅格元件(4)的折射率比所述另外的低折射率区域(5、15)的折射率高至少0.5。
8.根据权利要求6所述的光电检测器设备，其中，
栅格元件(4)的折射率比所述低折射率区域(3、6)的折射率高至少1.0。
9.根据权利要求7所述的光电检测器设备，其中，
栅格元件(4)的折射率比所述另外的低折射率区域(5、15)的折射率高至少1.0。
10.根据权利要求1至9之一所述的光电检测器设备，其中，
栅格元件(4)具有宽度(w)，并且
对于待检测的电磁辐射的波长，该宽度(w)和相邻栅格元件之间的距离(d)的和小于所述低折射率区域(3、6)中的波长。
11.根据权利要求1至10之一所述的光电检测器设备，其中，
栅格元件(4)具有宽度(w)，并且
对于待检测的电磁辐射的波长，该宽度(w)和相邻栅格元件之间的距离(d)的和小于所述另外的低折射率区域(5、15)中的波长。
12.根据权利要求1至11之一所述的光电检测器设备，其中，
栅格元件(4)具有宽度(w)，并且
对于待检测的电磁辐射的波长，该宽度(w)和相邻栅格元件之间的距离(d)的和小于栅格元件(4)中的波长。
13.根据权利要求1至12之一所述的光电检测器设备，其中，
栅格元件(4)具有宽度(w)，并且
对于待检测的电磁辐射的波长，该宽度(w)和相邻栅格元件之间的距离(d)的和大于栅格元件(4)中的波长的四分之一。
14.根据权利要求1至13之一所述的光电检测器设备，其中，
栅格元件(4)具有平行于对齐方向的长度(l)，并且
对于待检测的电磁辐射的波长，栅格元件(4)的长度(l)大于栅格元件(4)中的波长。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103547956A (zh) * | 2011-04-20 | 2014-01-29 | 惠普发展公司，有限责任合伙企业 | 基于亚波长光栅的光学元件 |
| US20150053922A1 (en) * | 2012-05-16 | 2015-02-26 | Hamamatsu Photonics K.K. | Photodetector |
| CN104483498A (zh) * | 2014-12-24 | 2015-04-01 | 中国科学院半导体研究所 | 传感芯片及其制备方法 |
| FR3015113A1 (fr) * | 2013-12-17 | 2015-06-19 | Centre Nat Rech Scient | Element de detection quantique a faible bruit et procede de fabrication d'un tel element de photodetection |
| WO2015155188A2 (en) * | 2014-04-07 | 2015-10-15 | Danmarks Tekniske Universitet | Vcsel structure |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW513809B (en) * | 2002-02-07 | 2002-12-11 | United Microelectronics Corp | Method of fabricating an image sensor |
| WO2005089098A2 (en) | 2004-01-14 | 2005-09-29 | The Regents Of The University Of California | Ultra broadband mirror using subwavelength grating |
| JP5121764B2 (ja) * | 2009-03-24 | 2013-01-16 | 株式会社東芝 | 固体撮像装置 |
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103547956A (zh) * | 2011-04-20 | 2014-01-29 | 惠普发展公司，有限责任合伙企业 | 基于亚波长光栅的光学元件 |
| US20150053922A1 (en) * | 2012-05-16 | 2015-02-26 | Hamamatsu Photonics K.K. | Photodetector |
| FR3015113A1 (fr) * | 2013-12-17 | 2015-06-19 | Centre Nat Rech Scient | Element de detection quantique a faible bruit et procede de fabrication d'un tel element de photodetection |
| CN105981179A (zh) * | 2013-12-17 | 2016-09-28 | 中央科学研究中心 | 低噪声量子探测元件及制作该光电探测元件的方法 |
| WO2015155188A2 (en) * | 2014-04-07 | 2015-10-15 | Danmarks Tekniske Universitet | Vcsel structure |
| CN104483498A (zh) * | 2014-12-24 | 2015-04-01 | 中国科学院半导体研究所 | 传感芯片及其制备方法 |
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