CN116137298A - 包括基于SiGe/Ge的外围中间部分的减小暗电流的锗光电二极管 - Google Patents

包括基于SiGe/Ge的外围中间部分的减小暗电流的锗光电二极管 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种平面型光电二极管，其包括主层(22)和p掺杂的外围侧向部分(25)，该主层包括n掺杂的第一区域(11)、p掺杂的第二区域(12)和中间区域(13)。所述平面型光电二极管还包括外围中间部分(27)，该外围中间部分(27)由硅‑锗的单晶薄层(27.1)和锗的单晶薄层(27.2)交替制成，位于第一面(22a)上，并且在掺杂的第一区域(11)与外围侧向部分(25)之间延伸并与掺杂的第一区域(11)和外围侧向部分(25)相距非零距离，以在主平面中包围掺杂的第一区域(11)。

Description

包括基于SiGe/Ge的外围中间部分的减小暗电流的锗光电二 极管
技术领域
本发明的领域是基于锗的平面型光电二极管。本发明特别适用于检测近红外光辐射的领域。
背景技术
光电的光电检测设备可以包括钝化平面型光电二极管的矩阵阵列。光电二极管由同一个基于锗的半导体层形成，该基于锗的半导体层沿主平面延伸，并具有彼此相对且彼此平行的两个面。然后它们均都包括检测部分，例如由n+掺杂的锗制成的并与第一面齐平的第一区域、p+掺杂的锗制成的并与第二面齐平的第二区域、以及本征或非常弱的p掺杂的锗制成并位于掺杂的第一与第二区域之间的中间区域形成。由介电材料制成的钝化层可以覆盖第一面，以限制暗电流对每个光电二极管测量的电流的贡献。
n+掺杂的第一区域和p+掺杂的第二区域可以从第一面侧电偏置。例如由p+掺杂的多晶硅制成的外围侧向部分因此在光电二极管的主平面中包围检测部分并且与p+掺杂的第二区域接触。布置在第一面侧的金属触点可以与n+掺杂的第一区域和p+掺杂的外围侧向部分接触，并且可以使光电二极管反向偏置。
n+掺杂的第一区域可以通过局部掺杂检测部分的锗来产生，例如通过离子注入n型掺杂剂(诸如磷、砷或锑)来产生。然后通常需要进行退火以便至少部分地矫正由离子注入在锗中生成的晶体缺陷。然而，很明显的是，尽管进行了高温退火，这些晶体缺陷仍然难以矫正。此外，在制造过程中执行的退火操作(例如这种高温退火)可能导致这些掺杂剂从扩散部分显著且不受控制地扩散。这种n型掺杂剂的扩散通过形成连接例如n+掺杂的第一区域和p+掺杂的外围侧向部分的穿孔区增加光电二极管短路的风险。此外，由离子注入生成的这些晶体缺陷(例如n型掺杂剂的这种显著扩散)有助于增加暗电流，从而使光电二极管的性能恶化。因此，需要提供一种平面型光电二极管，其中暗电流减少，特别是关于与n+掺杂的第一区域的产生相关的暗电流部分减少。
文献US 2020/176503 A1、US 2020/168758 A1、US 2021/104644 A1、US 2021/111205A1以及Benedikovic等人的题为Silicon-germanium receivers for short-wave-infrared optoelectronics and communications,Nanophotonics,2021,10(3),1059-1079的科学文章描述了基于锗的平面型光电二极管的各种示例。
发明内容
本发明旨在至少部分地纠正现有技术的缺点，并且更具体地提出一种减小暗电流的、特别是减少暗电流在光电二极管的第一面上的表面分量的平面型光电二极管。
为此，本发明的主题是一种平面型光电二极管，其包括具有彼此相对且平行于主平面的第一面和第二面的主层，该主层由基于锗的第一晶体半导体材料制成，该主层包括由以下区域形成的检测部分：与第一面齐平的n型掺杂的第一区域，旨在进行电偏置；与第二面齐平的p型掺杂的第二区域；中间区域，该中间区域位于掺杂的第一区域与掺杂的第二区域之间，并且在主平面中包围掺杂的第一区域。平面型光电二极管还包括外围侧向部分，该外围侧向部分由p型掺杂的第二半导体材料制成，在主平面中包围检测部分，并且与掺杂的第二区域接触，旨在进行电偏置。
根据本发明，平面型光电二极管包括外围中间部分，该外围中间部分由硅-锗的单晶薄层和锗的单晶薄层交替制成，以与检测部分接触的方式位于第一面上，并且在掺杂的第一区域与外围侧向部分之间延伸并与掺杂的第一区域和外围侧向部分相距非零距离，以在主平面中包围掺杂的第一区域。
该光电二极管的一些优选但非限制性方面如下。
硅-锗的单晶薄层可以包括至少等于70％的硅原子比例。
硅-锗的单晶薄层和锗的单晶薄层可以均具有小于或等于4nm的厚度。
外围中间部分可以延伸到检测部分的位于第一面上的凹口中，该凹口被称为外围中间凹口。
平面型光电二极管可以包括由与第一晶体半导体材料相同的n型掺杂的第二晶体半导体材料制成的中心部分，该中心部分以与检测部分接触的方式位于第一面上，并且有助于形成掺杂的第一区域。
平面型光电二极管可以包括上绝缘层，该上绝缘层在第一面上覆盖检测部分并覆盖外围中间部分，并且侧向包围中心部分突出超过检测部分的部分。
平面型光电二极管可以包括位于中心部分上并与中心部分接触的上部分，该上部分由n型掺杂的晶体半导体材料制成。
平面型光电二极管可以包括位于检测部分上并与检测部分接触的上部分，该上部分由n型掺杂的晶体半导体材料制成。
平面型光电二极管可以包括旨在电偏置光电二极管的金属触点，该金属触点包括电偏置掺杂的第一区域的至少一个中心金属触点和与外围侧向部分接触的至少一个侧向金属触点。
检测部分可以由锗制成，外围侧向部分可以是基于硅的。
本发明还涉及一种用于制造至少一个根据前述特征中任一项所述的平面型光电二极管的方法，包括以下步骤：
-产生包括旨在形成第二区域的第一子层和旨在形成中间区域的第二子层的叠层，该第一子层和该第二子层都被上绝缘层覆盖
-产生穿过叠层的外围侧向部分，以通向到第一子层
-在检测部分中产生穿过上绝缘层和第二子层的一部分的外围中间凹口，该外围中间凹口包围旨在形成掺杂的第一区域的区
-通过从第二子层进行外延，在外围中间凹口中产生外围中间部分。
制造方法可以包括在产生外围中间部分后的以下步骤：
-在检测部分中产生穿过上绝缘层的中心凹口，该中心凹口在主平面中被外围中间部分包围
-通过从第二子层进行外延，在中心凹口中产生由与第一晶体半导体材料相同的第二晶体半导体材料制成的中心部分，并且在生长期间对中心部分进行n型掺杂，中心部分因此有助于形成掺杂的第一区域。
中心凹口相对于穿过第一面的平面具有至多等于外围中间凹口的深度的深度。
制造方法可以包括以下步骤：
-在检测部分中产生穿过上绝缘层和第二子层的一部分的中心凹口，该中心凹口在主平面中被外围中间部分包围；
-通过从第二子层进行外延，在中心凹口中产生由与第一晶体半导体材料相同的第二晶体半导体材料制成的中心部分，第二晶体半导体材料未被有意掺杂；
-产生在中心部分上并与中心部分接触的上部分，该上部分由n型掺杂的晶体半导体材料制成；
-扩散退火，使得包含在上部分中的掺杂剂通过中心部分扩散到第二子层的一部分中，以有助于形成掺杂的第一区域。
制造方法可以包括以下步骤：
-产生在检测部分上并与检测部分接触的上部分，该上部分由n型掺杂的晶体半导体材料制成；
-扩散退火，使得包含在上部分中的掺杂剂扩散到第二子层的一部分中，以形成掺杂的第一区域。
附图说明
本发明的其他方面、目的、优点和特征在阅读以下对其优选实施例的详细描述时将变得更加清楚，该描述以非限制性示例的方式并参考附图给出，其中：
图1A和1B是根据一个实施例的平面型光电二极管的示意性且局部的横截面视图和俯视图，其中n+掺杂的第一区域被基于单晶SiGe/Ge的外围中间部分包围；
图1C是如图1A所示的基于单晶SiGe/Ge的外围中间部分的一个示例的示意性截面视图；
图2A到2I示出了用于制造根据图1A所示实施例的平面型光电二极管的方法的各个步骤；
图3A和3B是根据一些变型实施例的平面型光电二极管的示意性且局部的横截面视图。
具体实施方式
在附图和描述的其余部分中，相同的附图标记用于表示相同或相似的元件。此外，为了使图清楚，未按比例示出各种元件。此外，各种实施例和变型不是相互排斥的并且可以彼此组合。除非另有说明，否则术语“基本上”、“约”和“量级”是指在10％以内，优选在5％以内。此外，除非另有说明，否则术语“…至…”等表示包括边界值。
本发明总体上涉及一种平面型光电二极管，并且优选地涉及一种光电二极管的矩阵阵列，以及涉及一种用于制造这种光电二极管的方法。每个光电二极管都包含基于锗的检测部分并且被设计成检测对应于从0.8μm到约1.7μm甚至到约2.5μm的光谱范围的近红外(SWIR，短波IR)的光辐射。
光电二极管的每个检测部分在同一个主半导体层中形成。该主半导体层在主平面中延伸，并具有彼此相对且平行于主平面的第一面和第二面。因此，对于光电二极管的每一个，两个面沿着相同的平面延伸，并且垂直地限定(沿着厚度轴线)检测部分。
只要光电二极管由相同的主半导体层产生并且通过填充有掺杂半导体材料的外围侧向沟槽彼此光学隔离，则这些光电二极管不具有台面结构(mesa structure)。因此这些光电二极管具有特别高的填充因数(fill factor)。此外，只要第一面的表面至少部分地被钝化介电层覆盖，则称这些光电二极管被钝化。这有助于减少暗电流的表面分量。
光电二极管的暗电流是操作期间当光电二极管没有受到光辐射时存在于光电二极管内的电流。该暗电流可以由检测部分体积内的热生成的电流(扩散电流、损耗电流、隧道电流等)和表面电流形成。表面电流可能与钝化介电层中电荷的存在有关。具体而言，这些电荷可以引起靠近表面的能量带的曲率的改变，导致损耗区(depleted zone)或反转区(inversion zone)的形成。当损耗区位于光电二极管的空间电荷区时，可以产生寄生的生成-复合电流。此外，反转区则是导电的，该反转区可以允许电荷在位于带有钝化层的界面处的n掺杂与p掺杂偏置区域之间移动。
在本发明的范围内，平面型光电二极管至少包括：
-检测部分，其在由基于锗的第一晶体半导体材料制成的主半导体层中形成，并且包括：n型掺杂的第一区域、p型掺杂的第二区域以及位于两个掺杂的区域之间并且在光电二极管的主平面中包围n型掺杂的第一区域的中间区域；
-外围侧向部分，其由p型掺杂的第二半导体材料制成，在主平面中包围检测部分，并且与p型掺杂的第二区域接触，旨在进行电偏置；
-外围中间部分，其由硅-锗的单晶薄层和锗的单晶薄层交替制成，在主平面中在第一面上包围n型掺杂第一区域，并且位于n型掺杂的第一区域与p型外围侧向部分之间并与n型掺杂的第一区域和p型掺杂的外围侧向部分相距非零距离。
因此，如下面进一步详细描述的，由SiGe的单晶薄层和Ge的单晶薄层交替形成的外围中间部分有助于限制掺杂剂从n+掺杂的第一区域朝向p+掺杂的外围侧向部分的方向不受控制的侧向扩散，从而减少暗电流的表面分量。
此外，优选地，n+掺杂的第一区域由基于锗的第一晶体半导体材料制成的n+掺杂的中心部分产生，该中心部分从检测部分中从第一面形成的凹口外延生长，并且在生长期间进行掺杂(即原位掺杂)而不是通过离子注入。因此，与可以通过离子注入进行掺杂的情况相比，这减少了中心部分的外延生长材料中的结构缺陷数量。因此，这避免了必须采用退火来矫正结构缺陷，这将导致掺杂剂从n+掺杂的第一区域显著且不受控制的扩散。这再次降低了暗电流的表面分量。
图1A和1B是根据一个实施例的平面型光电二极管1的局部且示意性的截面视图和俯视图，其属于相同的平面型光电二极管的矩阵阵列。此外，图1C是基于单晶SiGe和Ge的外围中间部分27的一个示例的示意性截面视图。
光电二极管1基于锗，并且从第一面22a反向偏置，同时通过填充有p+掺杂半导体材料25的外围侧向沟槽24彼此隔离(参见图2B和2C)。这些光电二极管均包括外围中间部分27，该外围中间部分在第一面22a上包围n+掺杂的第一区域11，并且位于n+掺杂的第一区域11与p+掺杂的外围侧向部分25之间并与n+掺杂的第一区域11和p+掺杂的外围侧向部分25相距一距离。
此外，在该实施例中，有利地，n+掺杂的第一区域11特别是由中心部分29形成，该中心部分由从中心凹口28(参见图2F)外延生长并且在生长期间进行n+掺杂的锗制成，该中心凹口在由锗制成的检测部分10中形成。
在此定义了三维直接参考系XYZ并用于描述的其余部分，其中X轴和Y轴形成平行于光电二极管1的主平面的平面，Z轴沿光电二极管1的检测部分10的厚度、从第二面22b朝向第一面22a的方向定向。
光电二极管1包括所谓的主层22的检测部分10，其沿Z轴在彼此平行且彼此相对的第一面22a与第二面22b之间延伸。光电二极管的第一面22a彼此共面，第二面22b也彼此共面。第一面22a由检测部分10的与中间区域13齐平的部分限定。第二面22b沿Z轴与第一面22a相对。
沿Z轴在第一面22a与第二面22b之间限定的检测部分10的最大厚度在此从一个光电二极管1到下一个光电二极管基本上是恒定的；例如，该检测部分的最大厚度为几百纳米至几微米，例如约1μm至5μm。厚度被选择成在待检测的光辐射的波长范围内获得良好的吸收。检测部分10在XY平面中具有可以为几百纳米至几十微米(例如1μm至约20μm)的横向尺寸。
检测部分10由基于锗的晶体(优选为单晶)半导体材料制成。“基于锗”应理解为是指晶体半导体材料对应于锗或者是至少由锗形成的化合物。光电二极管因此可以例如由锗Ge、硅-锗SiGe、锗-锡GeSn或者甚至硅-锗-锡SiGeSn制成。在该示例中，主层22以及因此检测部分10由锗制成。因此，该检测部分可以是由相同的半导体材料制成的层或衬底，并具有各种导电类型的区域(同质结)，以形成PN或PIN结。作为变型，检测部分10可以是各种半导体材料的子层的叠层(异质结)，然后基于锗形成。
检测部分10因此由与第一面22a齐平并形成n+掺杂阱的n型掺杂的第一区域11(在此为n+掺杂)以及与第二面22b齐平的p型掺杂的第二区域12(在此为p+掺杂)形成。齐平应理解为是指“达到…水平”或“从…延伸”。未被有意掺杂的中间区域13(在PIN结的情况下)或p掺杂的中间区域(在PN结的情况下)位于两个掺杂的区域11与12之间并与之接触，并且在主平面中包围n+掺杂的第一区域11。在该示例中，半导体结是PIN型的，第一区域11是n+掺杂的，第二区域12是p+掺杂的，中间区域13是本征的(未被有意掺杂的)。
在这种情况下，n+掺杂的第一区域11从第一面22a延伸并且在主平面中被本征区域13包围。该n+掺杂的第一区域在XY平面中与检测部分10的侧向边缘10c相距一定距离，侧向边缘10c与p+掺杂的外围侧向部分25的内面接触。因此形成了与第一面22a齐平并且与侧向边缘10c和第二面22b间隔非零距离的n+掺杂阱。n+掺杂的第一区域11因此有助于限定第一面22a。该n+掺杂的第一区域可以表现出可以为约5×1018至1021at/cm3的掺杂。
p+掺杂的第二区域12在XY平面中以与第二面22b齐平的方式延伸，在此从侧向边缘10c延伸。该p+掺杂的第二区域沿Z轴从第二面22b延伸。该p+掺杂的第二区域可以沿Z轴具有基本均匀的厚度，从而仅与侧向边缘10c的下部齐平。p+掺杂的第二区域12可以具有p+掺杂的侧向区域14，该p+掺杂的侧向区域沿Z轴与侧向边缘10c连续齐平并且在检测部分10的整个外围上延伸。p+掺杂的第二区域12可以表现出可以为约1018至1019at/cm3的掺杂。
中间区域13位于两个n+掺杂的区域11与p+掺杂的区域12之间，并且在XY平面中包围n+掺杂的第一区域11。该中间区域在此由本征半导体材料制成以形成PIN结，但可以进行弱p掺杂以形成PN结。
光电二极管1在此包括下绝缘层21，该下绝缘层由介电材料制成，覆盖检测部分10的第二面22b以及p+掺杂的外围侧向部分25的下面(如下所述)。此外，下绝缘层21可以被设计成形成关于入射光辐射的抗反射功能。具体而言，该下绝缘层形成用于待检测的光辐射的接收面。
光电二极管1的检测部分10在此在XY平面中由优选连续的外围侧向沟槽24侧向地限定，该外围侧向沟槽填充有p型掺杂的半导体材料25，并形成在此为p+掺杂的外围侧向部分25。外围侧向部分25有助于对光电二极管1进行电偏置，在此从第一面22a进行电偏置，并有助于对光电二极管的矩阵阵列进行像素化(光学隔离)。该外围侧向部分在此延伸穿过检测部分10的整个厚度，以通向到下绝缘层21，但是，作为变型，该外围侧向部分可以不通向到下绝缘层21并且可以在p+掺杂的第二区域中终止。该p+掺杂的外围侧向部分25的内面与检测部分10的侧向边缘10c接触。半导体材料优选地是基于硅的，例如非晶硅、多晶硅、硅-锗、甚至可以是由非晶锗制成的。
上绝缘层23覆盖光电二极管1的第一面22a，并允许金属触点31.1和31.2被电绝缘。因此该上绝缘层与n+掺杂的第一区域11接触并且与中间区域13接触。该上绝缘层由介电材料(例如氧化硅、氮化硅或氮氧化硅)制成。可以使用其他介电材料(例如氧化铪或氧化铝，或甚至氮化铝等)。该上绝缘层具有例如50nm至500nm的厚度。
此外，检测部分10有利地包括位于侧向边缘10c处的p型掺杂的侧向区域14。该侧向区域14具有比中间区域13在被掺杂时高的掺杂水平。p+掺杂的侧向区域14与侧向边缘10c齐平并且与p+掺杂的外围侧向部分25接触。p+掺杂的第二区域12的偏置因此得到改进，因为与p+掺杂的外围侧向部分25的接触表面增加。此外，该p+掺杂的侧向区域14可以避免光电二极管1的空间电荷区延伸到侧向边缘10c。因此，该区(其可能不存在与沟槽的产生相关的缺陷)对暗电流的贡献是有限的。光电二极管1的性能因此得到改进。
此外，在例如在此的检测部分10由锗制成并且p+掺杂的外围侧向部分25由硅制成的情况下，检测部分10则有利地包括基于硅-锗的侧向区15。侧向区15与侧向边缘10c齐平并且与p+掺杂的外围侧向部分25接触。侧向区15因此具有大于由锗制成的检测部分10的带隙(间隙)能量。该侧向“间隙开口”可以降低光电二极管1对存在于沟槽24附近的缺陷的敏感性。因此也改进了光电二极管1的性能。
在该实施例中，n+掺杂的第一区域11有利地首先由中心部分29形成，该中心部分由在检测部分10中形成的中心凹口28中外延生长并且在生长期间进行n+掺杂的锗制成，其次由与中心部分29相邻并且位于检测部分10中的n+掺杂的区11.1形成。
因此，n+掺杂的中心部分29位于检测部分10上并与之接触，并从穿过第一面22a的平面在非零(例如几百纳米量级，例如200nm)深度上延伸。在此，该中心部分也在该平面上沿+Z方向突出，并被上绝缘层23侧向地包围并与之接触。
n+掺杂的中心部分29的锗在中心凹口28中从检测部分10露出锗的表面局部外延生长。上绝缘层23因此形成生长掩模。n+掺杂的中心部分29不是由与检测部分10的材料相同的材料制成的事实意味着在晶格参数中不存在失配。因此，n+掺杂的中心部分29的晶体质量非常好，从而减小了暗电流。举例来说，n+掺杂的中心部分29中的位错率可以小于103位错/cm2，因为在由n+掺杂的锗制成的中心部分29与下面的锗之间没有晶格参数的差异。
此外，中心部分29的锗在生长期间进行掺杂，而不是通过离子注入，因此也有助于它具有良好的晶体质量，从而有助于减小暗电流。该中心部分可以表现出1018至1020cm-3量级的磷掺杂。此外，外延生长的锗在生长期间进行掺杂，而不是通过离子注入随后退火来矫正晶体缺陷的事实，可以减少掺杂剂(例如磷或砷，优选磷)不受控制地扩散到检测部分10中，从而减小暗电流。
n+掺杂的中心部分29在XY平面中的尺寸取决于光电二极管1的尺寸：对于具有5μm间距的光电二极管，该中心部分的尺寸可以为约0.5μm至4μm(优选小于2μm)，对于10μm间距，该中心部分的尺寸可以为1μm至9μm。
此外，光电二极管1包括外围中间部分27，该外围中间部分由硅-锗的单晶薄层27.1和锗的单晶薄层27.2交替制成(参见图1C)，并且在主平面中在第一面22a上包围n+掺杂的第一区域11，并且位于n+掺杂的第一区域11与p+掺杂的外围侧向部分25之间并与n+掺杂的第一区域11和p+掺杂的外围侧向部分25相距非零距离。
因此，外围中间部分27从穿过第一面22a的平面沿-Z方向在检测部分10的非零深度上延伸。在此，该外围中间部分也在该平面上沿+Z方向突出，并且至少侧向地与上绝缘层23接触。该外围中间部分在XY平面中包围(优选完全地包围，即连续地包围)n+掺杂的第一区域11，但是，作为一种变型，该外围中间部分可以不连续地包围该n+掺杂的第一区域。
该外围中间部分由多个硅-锗的单晶薄层27.1和锗的单晶薄层27.2形成，通过在检测部分1中预先形成的外围中间凹口26中的局部外延连续产生(参见图2D)。该外围中间部分在检测部分10中从穿过面22a的平面具有非零深度，优选具有至少等于n+掺杂的中心部分29的深度的深度，以限制n型掺杂剂(在此为磷)的侧向扩散。举例来说，该外围中间部分具有200nm量级的深度，以及在XY平面中的微米量级的侧向尺寸。
薄层27.1和27.2是单晶的。为此，这些薄层具有小于或等于其临界厚度的厚度，从该临界厚度开始机械应力以塑性方式松弛(例如参见图1C)。因此，外围中间部分27具有限制暗电流的表面分量的良好晶体质量。SiGe的薄层27.1中硅的原子比例优选至少等于70％，以有效限制n型掺杂剂的侧向扩散。锗的薄层27.2还可以限制机械应力，从而保持外围中间部分27的晶体质量。优选地，(当最后一个薄层产生时)外围中间部分27由整数对薄层27.1和27.2形成，以限制机械应力。
光电二极管1还包括金属触点31.1、31.2，用于从第一面22a侧对光电二极管1进行反向偏置。在此，金属触点31.1因此布置在中心部分29上并与之接触，并且可以对n+掺杂的第一区域11进行电偏置。在此，金属触点31.2布置在外围侧向部分25上并与之接触，并且可以对p+掺杂的第二区域12进行电偏置。金属触点31.1、31.2在此在XY平面中通过上绝缘层23和钝化介电层30彼此电绝缘。光电二极管1旨在进行反向偏置，例如通过将负电位施加到p+掺杂的外围侧向部分25并通过将n+掺杂的第一区域11接地来进行反向偏置。
通常，作为说明，光电二极管1在XY平面中可以具有约1μm至100μm的尺寸。p+掺杂的第二区域12的厚度可以为约20nm至500nm。当光电二极管1旨在检测SWIR范围或近红外范围(NIR)内的光辐射时，本征区域13的厚度可以为约0.7μm至2.5μm。n+掺杂的第一区域11的区11.1可以具有约10nm至600nm的深度。介电层23和30可以一起具有允许覆盖光电二极管1的整个上面的厚度(即例如约10nm至600nm)，下绝缘层21的厚度可以为约50nm至1μm。
由于基于单晶SiGe和Ge的外围中间部分27的存在，光电二极管1因此具有较低的暗电流，这限制了n型掺杂剂从n+掺杂的第一区域11侧向扩散到XY平面中。此外，有利地，n+掺杂的第一区域11特别是由中心部分29形成，该中心部分由从检测部分10外延生长并且在生长期间进行n+掺杂的锗制成的事实，改进了该区域的晶体质量(检测部分10的材料与n+掺杂的中心部分29的材料之间的晶格参数没有失配)，从而限制了暗电流。最终，n型掺杂剂的不受控制的扩散也受到限制，从而进一步有助于减小暗电流。
应当注意的是，执行比较试验是为了比较通过离子注入掺杂的n型掺杂的锗制成的中心部分的晶体质量和在生长期间掺杂的n型掺杂的锗制成的中心部分29的晶体质量。为此目的，获得了对应于由每个中心部分扩散的波长为532nm的激光信号的光强度演变的拉曼光谱。在第一种情况下，由锗制成的中心部分通过磷离子注入在40keV下以3×1015cm-2的剂量进行掺杂，随后在氮气下在600℃下快速热退火(RTA)60秒。拉曼光谱示出扩散峰的位置在297.00cm-1，半峰全宽为5.97cm-1。与之相比，在第二种情况下，由锗制成的中心部分在生长期间进行掺杂，随后不进行退火。拉曼光谱表明扩散峰位于300.56cm-1处，半峰全宽为3.15cm-1。
半高全宽值的比较示出了：与通过离子注入掺杂的锗相比，生长期间掺杂的锗具有非常好的晶体质量。此外，峰位置的值的比较示出了：通过离子注入随后进行退火进行掺杂的锗表现出非常高的应力形变，与原位掺杂的锗相比，这种应力形变对光电二极管1的性能有不利影响，因为这导致锗的带隙能量下降，这有助于增加暗电流。因此，与通过离子注入掺杂锗的情况相比，具有在生长期间进行掺杂的锗制成的中心部分29的光电二极管1具有较低的暗电流从而具有更好的性能。
图2A至2I是用于制造根据图1A和图1B的示例的光电二极管的方法的各个步骤的示意性且局部的横截面视图，该光电二极管包括基于单晶SiGe和Ge的外围中间部分27。在该示例中，n+掺杂的第一区域11由中心部分29产生，该中心部分由外延生长的且在生长期间进行n+掺杂的锗制成。
在该示例中，光电二极管1由锗制成并且包括PIN结，并且被设计成检测SWIR范围内的红外辐射。光电二极管1是平面型的和钝化的，并且从第一面22a侧反向偏置，并且在此通过控制芯片40与光电二极管1的矩阵阵列混合。
参考图2A，产生单晶锗的第一半导体子层22.1。第一半导体子层22.1通过在此由氧化硅制成的下绝缘层21附接到在此由硅制成的支撑层20。该叠层采用GeOI衬底(GeOI代表绝缘体上锗)的形式。该叠层优选地通过Reboud等人题为Structural and opticalproperties of 200mm germanium-on-insulator(GeOI)substrates for siliconphotonics applications,Proc.SPIE 9367,Silicon Photonics X,936714(February 27,2015)的出版物中描述的方法生产。这种方法具有产生完全不存在结构缺陷(例如位错)或结构缺陷率低的锗半导体子层22.1的优点。锗可以未被有意掺杂或被掺杂(例如p型掺杂)。半导体子层22.1可以具有约100nm至600nm的厚度，例如等于约300nm的厚度，并且可以覆盖有由氧化硅制成的保护层(未示出)。下绝缘层21(BOX，隐埋氧化物(Buried Oxide))可以具有50nm至1μm的厚度，例如100nm至500nm的厚度，并且有利地提供抗反射功能。作为变型，初始结构可以是Ge/Si类型的，由从支撑层20外延生长的或者键合到支撑层20的锗的第一半导体子层22.1形成，该支撑层由硅制成。
当第一子层22.1最初由本征锗制成时，由p+掺杂的锗制成的第一子层22.1然后通过掺杂剂(诸如硼或镓)的离子注入进行掺杂。在适用的情况下，通过表面清洁预先去除保护层，锗的第一子层22.1可以涂有几十纳米(例如等于20nm)厚度的预注入氧化层(未示出)。然后锗的子层22.1具有约1018至1019at/cm3的掺杂剂水平。然后在可以为600℃至800℃(例如等于800℃)的温度下，在氮气下将掺杂剂扩散退火几分钟到几小时(例如1小时)。当子层22.1在生长期间进行掺杂时，可以不执行该退火。制造该p+掺杂的层22.1的另一种方法是在本征锗的子层上外延生长原位掺杂有约1018至1019at/cm3的硼的锗层。这种外延生长可以在400至800℃进行，但优选在400℃进行。
通过从第一子层22.1的外延产生锗的第二半导体子层22.2。两个子层22.1、22.2旨在形成光电二极管1的矩阵阵列的由锗制成的共面检测部分10。第二子层22.2通过外延形成，例如通过化学气相沉积(CVD)形成，优选通过减压化学气相沉积(RPCVD)或通过任何其他外延技术形成。可以执行退火操作以便降低子层22.2中的位错率。在适用的情况下，将通过表面清洁预先去除预实施氧化层。只要期望产生PIN结，则锗的第二子层22.2在此是本征的，也就是说未被有意掺杂。该锗的第二子层旨在形成光电二极管1的光吸收区。其厚度取决于在光电二极管1的情况下待检测的光辐射的波长范围。在SWIR光电二极管的背景下，本征锗的子层22.2具有例如0.5μm至3μm的厚度，优选地等于1μm的厚度。
然后沉积上绝缘层23以连续覆盖第二子层22.2的上面，也就是说，覆盖光电二极管1的检测部分10。上绝缘层23由介电材料(例如氧化硅、氮化硅或氮氧化硅)制成。第二子层22.2的上面可以被预先清洁。上绝缘层23可以具有10nm至600nm的厚度。
参考图2B，产生外围侧向沟槽24，其旨在使光电二极管1像素化并有助于(通过随后产生的外围横向部分25)从第一面22a对它们进行电反向偏置。因此，通过光刻和蚀刻对上绝缘层23、本征锗的子层22.2和p+掺杂的锗的子层22.1进行局部蚀刻，直到它们在此处通向到下绝缘层21的上面(但侧向沟槽24可以通向到子层22.1而不穿过它)。因此，每个侧向沟槽24优选地围绕光电二极管1连续延伸。这因此产生了通过连续侧向沟槽24彼此分离的多个检测部分10。这些优选地使用各向异性蚀刻技术获得，以便获得沿Z轴基本垂直的侧向边缘10c。侧向沟槽24在XY平面中具有可以为300nm至2μm(例如等于1μm)的横向尺寸(宽度)。检测部分10因此可以具有在XY平面中的圆形形状、椭圆形形状、多边形(例如正方形)形状或任何其他形状。
参考图2C，然后产生p型掺杂的外围侧向部分25。为此目的，沉积掺杂的半导体材料以填充每个侧向沟槽24。半导体材料优选地是基于硅的材料(例如非晶硅、多晶硅、硅-锗或甚至非晶锗)，通过外延例如在500℃至700℃的温度下进行沉积。半导体材料是用硼或镓进行p+掺杂的，掺杂浓度约为1019至1020at/cm3。掺杂的半导体材料因此经由侧向沟槽24与侧向边缘10c接触。然后执行化学机械抛光(CMP)步骤，在上绝缘层23的上面上停止，以便消除多余的半导体材料并且使由上绝缘层23和外围侧向部分25的半导体材料形成的上面平面化。这因此在每个侧向沟槽24中产生p+掺杂的外围侧向部分25。然后执行退火以便钝化检测部分10的侧向边缘10c。该退火确保了p型掺杂剂从外围侧向部分25到检测部分10的锗中的扩散，从而形成p+掺杂的侧向区域14。该退火还确保了硅从外围侧向部分25到检测部分10中的相互扩散，从而形成确保间隙开口的SiGe的侧向区15。该退火可以在氮气下在例如600℃至750℃的温度下执行，持续时间例如从10分钟到60分钟。
参考图2D，然后产生外围中间凹口26，其旨在随后形成基于单晶SiGe和Ge的外围中间部分27。为此目的，首先沉积介电层以覆盖外围侧向部分25的上表面(这因此增加了上绝缘层23的厚度，从而覆盖外围侧向部分25)。接下来，通过光刻和蚀刻，在上绝缘层23和检测部分10内产生外围中间凹口26，该外围中间凹口面向位于XY平面中在一方面与外围侧向部分25相距一距离并在另一方面与旨在形成中心凹口28的中心区相距一距离的外围区。例如，该外围中间凹口可以具有0.3μm至5μm(例如等于1μm)的宽度。外围中间凹口26在检测部分10内具有非零深度，例如几百纳米的深度。优选地，其相对于第一面22a的平面的深度至少等于n+掺杂的锗的中心部分29的深度，以有效地限制掺杂剂从中心部分29的侧向扩散。
参考图2E，然后产生基于SiGe的单晶薄层和Ge的单晶薄层交替的外围中间部分27。这些薄层通过从检测部分10的自由表面局部外延来产生，也就是说，通过从外围中间凹口26中的检测部分10的锗露出的表面局部外延来产生。由SiGe的单晶薄层和Ge的单晶薄层形成的多周期对因此通过外延来产生。周期数取决于外围中间凹口26的深度，其本身取决于此处n+掺杂的Ge的中心部分29的深度。该深度可以为2至100nm，甚至更大。如上所述，薄层被称为是单晶的，因为它们没有结构缺陷(例如位错)。为此，这些薄层的厚度小于临界厚度(从该临界厚度开始，机械应力以塑性方式松弛(从而生成结构缺陷))，使得外围中间部分27具有非常好的晶体质量，从而减少了暗电流的表面分量。因此这些薄层的厚度小于或等于约4nm，并且可以是约3mm的量级。这些单晶薄层的材料未被有意n型掺杂。相反，该材料可以是本征的(未被有意掺杂的)，或者甚至可以是p型掺杂的(例如像中间区域13的材料)。外围中间部分27因此可以限制n型掺杂剂从n+掺杂的第一区域11的侧向扩散，从而减少暗电流的表面分量。优选地，每个SiGe薄层优选包括至少70％的原子比例的硅，以有效地限制掺杂剂从n+掺杂的第一区域11的侧向扩散。此外，外围中间部分27可以被位于检测部分10中的由SiGe形成的相互扩散区(图2G中的虚线)包围，这确保了进一步减小暗电流的间隙开口。该相互扩散区可以在产生n+掺杂的中心部分29和n+掺杂的第一区域11时形成。
参考图2F，然后产生中心凹口28，这旨在随后形成中心部分29，该中心部分由外延生长的并且在生长期间进行n+掺杂的锗制成。为此目的，首先沉积介电层以覆盖外围中间部分27的上表面(这因此增加了上绝缘层23的厚度)。接下来，通过光刻和蚀刻，在上绝缘层23和检测部分10内产生中心凹口28，该中心凹口28面向位于检测部分10的中心的、在XY平面中被外围中间部分27包围的中心区。该中心凹口可以具有0.3μm至5μm(例如等于2μm)的宽度。中心凹口28在检测部分10内具有非零深度，优选地至多等于外围中间部分27(相对于第一面22a的平面)的深度，以有效限制掺杂剂从n+掺杂的中心部分29的侧向扩散。
参考图2G，然后通过从位于中心凹口28中的检测部分10的自由表面局部外延产生由n+掺杂的锗制成的中心部分29。中心部分29可以通过减压化学气相沉积(RPCVD)外延生长，例如在400℃至800℃的温度下。中心部分29由与检测部分10的材料相同的材料制成，因此在此由锗制成。该中心部分在生长期间例如用磷或砷额外地进行n型掺杂(因此不通过离子注入)，以表现出1018至1020cm-3量级的掺杂。因此，中心部分29填充了厚度，使得其填充了由中心凹口28限定的空间，并且可以突出超过上绝缘层23。然后执行化学机械抛光(CMP)步骤，在上绝缘层23的上面上停止，以便消除多余的锗并且使由上绝缘层23和中心部分29的锗形成的上面平面化。中心部分29在检测部分10中的深度可以为约50nm至1μm，并且可以是200nm的量级。应当注意的是，在外延生长n+掺杂的锗的步骤之前，可以用氢氟酸清洁中心凹口28的锗的自由表面，随后在H2下退火，以避免氧、碳和氟的残留污染。此外，根据中心部分29的外延温度可以进行，也可以不进行掺杂剂的活化退火。因此，例如，在低温外延(例如400℃)的情况下，提供活化步骤，例如在500℃至600℃进行10到30秒的快速热退火(RTA)。在600℃以上的外延的情况下，不再需要添加该退火步骤，因为n型掺杂剂已经被活化。
因此，这产生了由n+掺杂的锗制成的、具有良好晶体质量的、从而有助于减小暗电流的中心部分29。还应注意的是，在该外延步骤中，中心部分29的n型掺杂剂(在此具体为磷或砷)扩散到检测部分10的锗中。因此，这产生了n+掺杂的第一区域11，其首先由外延生长的并且原位n+掺杂的锗制成的中心部分29形成，其次由n+掺杂的相邻区11.1形成。最后应注意的是，这些掺杂剂在XY平面中的侧向扩散受到由单晶SiGe和Ge制成的外围中间部分27的存在的极大限制，这反映在暗电流的表面分量的减少上。
参考图2H，产生中心金属触点31.1和侧向金属触点31.2。为此目的，首先沉积钝化介电层30以覆盖中心部分29。介电层30可以在400℃下沉积并且由例如氧化硅、氮化硅或氮氧化硅、氧化铝或氮化铝、氧化铪等介电材料制成。该介电层可以具有例如200nm至1000nm的厚度。然后执行CMP平面化步骤。然后产生穿过介电层23、30的贯通开口，以通向到中心部分29的上表面和外围中间部分27的上表面。最后，产生中心金属触点31.1和侧向金属触点31.2。在此，通过化学气相沉积将由Ti/TiN/Cu叠层形成的附着薄层沉积到贯通开口中，而空的空间填充有电解沉积的铜。然后执行CMP平面化步骤，在钝化介电层30的氧化物上停止。钝化介电层30和金属触点31.1和31.2共同具有同一个平面化的上面。
参考图2I，将因此获得的光电子叠层在控制芯片40上混合。因此，控制芯片40的连接面可以涂有由介电材料制成的绝缘层41，金属触点42穿过该绝缘层。光电二极管1的矩阵阵列和控制芯片40因此是通过混合分子粘附组装的，尽管由金属触点和绝缘层形成的面之间存在接触。可以执行键合退火以增加接触的两个面之间的表面键合能。然后例如通过磨损(研磨)去除支撑层20，以露出下绝缘层21。这因此形成用于待检测的光辐射的接收面，并且有利地提供抗反射功能。
因此，制造方法可以获得一个或更多个钝化光电二极管1，每个钝化光电二极管包括位于第一面22a上并包围n+掺杂的第一区域11的外围中间部分27，从而可以限制n型掺杂剂从n+掺杂的第一区域11的侧向扩散，进而减少了暗电流的表面分量。部分27中的硅具有高带隙能量，从而有助于减小表面暗电流。此外，有利地，n+掺杂的第一区域11在此特别是由中心部分29形成，该中心部分由外延生长的并且原位n+掺杂的锗制成。该中心部分29因此具有非常好的晶体质量，从而进一步减小暗电流，并且n型掺杂剂的不受控制的扩散也受到限制。因此，这产生了具有改进性能的一个或更多个光电二极管1。
根据一个变型实施例，n+掺杂的中心部分29可以由与检测部分10的晶体材料不同的晶体材料制成。因此该制成n+掺杂的中心部分29的晶体材料可以是具有与检测部分10的晶体半导体材料(在此为锗)的自然晶格参数在1％以内(优选在0.5％以内)相同的自然晶格参数的n+掺杂的晶体半导体材料，并且具有比检测部分10的晶体半导体材料(锗)的带隙能量大至少0.5eV的带隙能量。因此，中心部分29可由二元或三元III-V化合物(例如GaAs、AlAs、GaAlAs、GaInP等)制成。中心部分29的晶体材料与检测部分10的晶体材料之间的晶格参数失配的缺失可以避免可能使光电二极管1的性能恶化的结构缺陷(位错等)。此外,带隙能量大于检测部分10的锗的带隙能量这一事实可以在一方面减小光电二极管1的暗电流,并且可以降低光电二极管1对存在于中心部分29所在的凹口28附近的任何缺陷的敏感性。
在2021年11月2日提交的专利申请FR2101290中描述了这种中心部分29的一个示例。它可以通过RPCVD外延或通过分子束外延(MBE)产生。此外，中心部分29在此在生长期间也进行n型掺杂。例如，中心部分29由AlAs或由GaAs(化学计量化合物，也就是说，两种元素的比例相同)制成，其中，自然晶格参数对于AlAs为
Figure BDA0003954668150000191
对于GaAs为/>
Figure BDA0003954668150000193
这分别对应于与锗的/>
Figure BDA0003954668150000192
的自然晶格参数的0.044％和0.088％的差。此外，对于AlAs的带隙能量为2.12eV，对于GaAs的带隙能量为1.424eV，这远远大于对于锗的0.67eV。其他半导体化合物(例如三元化合物)也可能是合适的，例如GaAlAs和GaInP，这取决于各种化学元素的比例。
根据一个变型实施例，中心部分29在生长期间未进行掺杂(或通过离子注入)，但其材料在外延期间被无意掺杂。然后，通过n型掺杂剂从形成掺杂剂储存器的n+掺杂的上部分32的扩散，再对其进行n+掺杂。在2021年11月2日提交的专利申请FR2101290中也描述了这种上部分32的一个示例。在该变型中，中心部分29可以由锗或由二元或三元III-V化合物(例如GaAs、AlAs、GaAlAs、GaInP等)制成，它们是从检测部分10的晶体材料外延生长的。
在这方面，图3A是根据一个这样的变型实施例的平面型光电二极管1的示意性且局部的横截面视图。光电二极管1类似于图1A的光电二极管，与图1A的光电二极管的主要区别在于：光电二极管1包括上部分32，该上部分搁置在中心部分29上并与之接触。该上部分在XY平面中与外围侧向部分25和金属触点31.2间隔非零距离。该侧向空间在此由钝化介电层30填充。上部分32由n+掺杂半导体材料制成，掺杂剂能够n+掺杂中心部分29和检测部分的区11.1以形成n+掺杂的第一区域11，在此用磷或砷进行n+掺杂。因此，上部分32是包含掺杂剂的掺杂剂储存器，该掺杂剂旨在扩散退火时通过中心部分29进行扩散，以形成n+掺杂的第一区域11。该上部分优选地由多晶硅制成，但当然也可以使用其他多晶材料。
根据另一个变型实施例，光电二极管1不包括在中心凹口28中从检测部分10的锗外延生长的中心部分29。检测部分10因此不包括中心凹口28，而仅包括中间外围凹口，基于单晶SiGe和Ge的外围中间部分27位于该中间外围凹口中。然后n+掺杂的第一区域11是检测部分10从第一面22a延伸的区11.1。
在这方面，图3B是根据一个这样的变型实施例的平面型光电二极管的示意性且局部的横截面视图。光电二极管1类似于图3A的光电二极管，与图3A的光电二极管的主要区别在于：光电二极管1不包括中心部分29，并且上部分32搁置在检测部分10上并与之相接触。该上部分在XY平面中与外围侧向部分25和金属触点31.2间隔非零距离。该侧向空间在此由上绝缘层23填充。上部分32由n+掺杂半导体材料制成，掺杂剂能够n+掺杂检测部分10的区11.1以形成n+掺杂的第一区域11，在此用磷或砷进行n+掺杂。在这种情况下，上部分32也因此是包含掺杂剂的掺杂剂储存器，该掺杂剂旨在扩散退火时通过中心部分29进行扩散，以形成n+掺杂的第一区域11。该上部分优选地由多晶硅制成，但当然也可以使用其他多晶材料。
已经描述了特定实施例。对于本领域技术人员来说，各种变型和修改将是显而易见的。

Claims (15)

1.一种平面型光电二极管(1)，包括：
主层(22)，其具有彼此相对且平行于主平面的第一面(22a)和第二面(22b)，所述主层由基于锗的第一晶体半导体材料制成，所述主层包括由以下区域形成的检测部分(10)：
·与所述第一面(22a)齐平的n型掺杂的第一区域(11)，旨在进行电偏置；
·与所述第二面(22b)齐平的p型掺杂的第二区域(12)；
·中间区域(13)，其位于掺杂的第一区域(11)与掺杂的第二区域(12)之间，并且在主平面中包围掺杂的第一区域(11)；
外围侧向部分(25)，其由p型掺杂的第二半导体材料制成，所述外围侧向部分在主平面中包围所述检测部分(10)，并且与掺杂的第二区域(12)接触，旨在进行电偏置；
其特征在于所述平面型光电二极管(1)包括：
外围中间部分(27)，其由硅-锗的单晶薄层(27.1)和锗的单晶薄层(27.2)交替制成，所述外围中间部分以与所述检测部分(10)接触的方式位于所述第一面(22a)上，并且在掺杂的第一区域(11)与外围侧向部分(25)之间延伸并与掺杂的第一区域(11)和外围侧向部分(25)相距非零距离，以在主平面中包围掺杂的第一区域(11)。
2.根据权利要求1所述的平面型光电二极管(1)，其中，所述硅-锗的单晶薄层(27.1)包括至少等于70％的硅原子比例。
3.根据权利要求1所述的平面型光电二极管(1)，其中，所述硅-锗的单晶薄层(27.1)和所述锗的单晶薄层(27.2)均具有小于或等于4nm的厚度。
4.根据权利要求1所述的平面型光电二极管(1)，其中，所述外围中间部分(27)延伸到所述检测部分(10)的位于所述第一面(22a)上的凹口中，所述凹口被称为外围中间凹口(26)。
5.根据权利要求1所述的平面型光电二极管(1)，包括由与所述第一晶体半导体材料相同的n型掺杂的第二晶体半导体材料制成的中心部分(29)，所述中心部分以与所述检测部分(10)接触的方式位于所述第一面(22a)上，并且有助于形成掺杂的第一区域(11)。
6.根据权利要求5所述的平面型光电二极管(1)，包括上绝缘层(23)，所述上绝缘层在所述第一面(22a)上覆盖所述检测部分(10)并覆盖所述外围中间部分(27)，并且侧向包围所述中心部分(29)突出超过所述检测部分(10)的部分。
7.根据权利要求5所述的平面型光电二极管(1)，包括位于所述中心部分(29)上并与所述中心部分(29)接触的上部分(32)，所述上部分由n型掺杂的晶体半导体材料制成。
8.根据权利要求1所述的平面型光电二极管(1)，包括位于所述检测部分(10)上并与所述检测部分(10)接触的上部分(32)，所述上部分由n型掺杂的晶体半导体材料制成。
9.根据权利要求1所述的平面型光电二极管(1)，包括旨在电偏置所述光电二极管(1)的金属触点(31.1、31.2)，所述金属触点包括电偏置掺杂的第一区域(11)的至少一个中心金属触点(31.1)和与所述外围侧向部分(25)接触的至少一个侧向金属触点(31.2)。
10.根据权利要求1所述的平面型光电二极管(1)，其中，所述检测部分(10)由锗制成，所述外围侧向部分(25)是基于硅的。
11.一种用于制造至少一个根据前述权利要求中任一项所述的光电二极管(1)的方法，包括以下步骤：
产生包括旨在形成第二区域(12)的第一子层(22.1)和旨在形成中间区域(13)的第二子层(22.2)的叠层，所述第一子层(22.1)和所述第二子层(22.2)都被上绝缘层(23)覆盖；
产生穿过所述叠层的外围侧向部分(25)，以通向到所述第一子层(22.1)；
在所述检测部分(10)中产生穿过所述上绝缘层(23)和所述第二子层(22.2)的一部分的外围中间凹口(26)，所述外围中间凹口包围旨在形成掺杂的第一区域(11)的区；
通过从所述第二子层(22.2)进行外延在所述外围中间凹口(26)中产生所述外围中间部分(27)。
12.根据权利要求11所述的制造方法，包括在产生所述外围中间部分(27)后的以下步骤：
在所述检测部分(10)中产生穿过所述上绝缘层(23)的中心凹口(28)，所述中心凹口在主平面中被所述外围中间部分(27)包围；
通过从所述第二子层(22.2)进行外延，在所述中心凹口(28)中产生由与所述第一晶体半导体材料相同的第二晶体半导体材料制成的中心部分(29)，并且在生长期间对所述中心部分(29)进行n型掺杂，所述中心部分(29)因此有助于形成掺杂的第一区域(11)。
13.根据权利要求12所述的制造方法，其中，所述中心凹口(28)相对于穿过所述第一面(22a)的平面具有至多等于所述外围中间凹口(26)的深度的深度。
14.根据权利要求11所述的制造方法，包括以下步骤：
在所述检测部分(10)中产生穿过所述上绝缘层(23)和所述第二子层(22.2)的一部分的中心凹口(28)，所述中心凹口在主平面中被所述外围中间部分(27)包围；
通过从所述第二子层(22.2)进行外延，在所述中心凹口(28)中产生由与所述第一晶体半导体材料相同的第二晶体半导体材料制成的中心部分(29)，所述第二晶体半导体材料未被有意掺杂；
产生在所述中心部分(29)上并与所述中心部分(29)接触的上部分(32)，所述上部分由n型掺杂的晶体半导体材料制成；
扩散退火，使得包含在所述上部分(32)中的掺杂剂通过所述中心部分(29)扩散到所述第二子层(22.2)的一部分中，以有助于形成掺杂的第一区域(11)。
15.根据权利要求11所述的制造方法，包括以下步骤：
产生在所述检测部分(10)上并与所述检测部分(10)接触的上部分(32)，所述上部分由n型掺杂的晶体半导体材料制成；
扩散退火，使得包含在所述上部分(32)中的掺杂剂扩散到所述第二子层(22.2)的一部分中，以形成掺杂的第一区域(11)。
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