CN1525573A - 光接收装置及其制造方法和包括该装置的光电集成电路 - Google Patents
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Abstract
公开了一种光接收装置及其制造方法，和包括该光接收装置的光电集成电路。该光接收装置包括：衬底；形成在衬底上的本征区；形成至本征区中较浅深度的第一区；和形成至本征区中较深深度且与第一区隔开的第二区，其中第一和第二区被掺杂有不同导电类型。该光接收装置可缩短具有低迁移率的空穴的渡越时间。因此，不会出现响应延迟，于是，可以实现高响应速度。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有高响应速度的光接收装置及其制造方法。本发明还涉及包括光接收装置的光电集成电路(optoelectronic integrated circuit，OEIC)。
背景技术
使用硅半导体衬底的一个优势是它确保了良好的可靠性，并且在衬底上集成逻辑器件、工作器件和驱动器件时实现高集成度。而且，由于使用了便宜的硅，在制造高度集成的电路时，采用硅半导体材料能够实现比化合物半导体材料更低的成本。因此，在集成电路制造工艺中，经常采用硅(Si)作为基础材料。
因为由硅制成的光接收装置，可以得到各种光电集成电路(OEIC)，例如具有用于监视来自光源的光功率的监视光电探测器(monitor photodetector，MPD)的硅光具座(silicon optical bench)，和具有调制光源和光电探测器的光通信用或光拾取器用光模块。
为了实现OEIC和进一步实现各种用途，光接收装置必须满足高响应速度。
光接收装置即光电探测器中的响应速度取决于本征区(耗尽区)中空穴和电子的渡越时间以及空穴和电子扩散到掺杂区外的时间。
根据由等式1表示的爱因斯坦关系，可得出载流子在硅中的扩散系数：
等式1
D/μ＝kT/q，
其中，D是载流子的扩散系数，μ是载流子的迁移率，k是波尔兹曼常数，T是温度(K)，和q是电荷。
在本征硅(Si)中，在室温下(300K)，电子的迁移率是1350cm2/Vs(其中，V是电压(伏)，s是时间(秒))，空穴的迁移率是450cm2/Vs。空穴的迁移率大大小于电子的迁移率。因此，从爱因斯坦关系式可知，空穴的扩散系数小于电子的扩散系数。
当内建电势(由不外加电压时产生于本征区中的电场引起)增加以便增加施加到本征区的电场强度，掺杂浓度增加用于提高掺杂层的导电性时，随着内建电势和掺杂浓度的增加，空穴的迁移率进一步减小。因此，为了实现PIN光电探测器的高响应速度，需要减小空穴以低迁移率穿过的P区的厚度。
同时，在光拾取器中，如图1所示被分为几部分的光电探测器用于再现记录在光信息存储媒质中的信息，例如，诸如密度盘(CD)、数字化视频光盘(DVD)和下一代DVD(如蓝线光盘(BD，Blu-ray disc)和/或先进光盘(AOD))的光盘，以及用于探测误差信号，例如记录和/或再现操作期间的聚焦误差信号和跟踪误差信号。图1示出了光拾取器用的4分区光电探测器，但是光拾取器用的光电探测器可以具有各种分区结构。
参见图1，当A、B、C和D代表4分区光电探测器1的各个部分时，在各部分探测各个信号，如光拾取器相关技术领域内所公知的，根据象散方法的聚焦误差信号(focus error signal，FES)和信息再现信号(RF信号)分别等于(A+C)-(B+D)和A+B+C+D。根据推拉方法的跟踪误差信号(trackingerror signal，TES)等于(A+B-(C+D)。
如上所述，在光拾取器中采用了具有多个部分的光电探测器。由于需要光信息存储媒质的大存储容量和高速数据处理，在光拾取器中需要使用具有高响应速度和低噪声的光电探测器以获得良好的灵敏度。但是，具有n分区结构的传统光电探测器不能满足高响应速度和低噪声的要求。因此，制造要求高集成度的各种器件，例如，制造具有光电探测器集成电路(photodetectorintegrated circuit，PDIC)的光电探测器整体结构时面临许多问题。
发明内容
本发明提供一种具有高响应速度和低噪声以得到良好灵敏度的光接收装置及其制造方法。本发明还提供包括光接收装置的光电集成电路。
根据本发明的一个方案，提供一种光接收装置，包括：衬底；形成在衬底上的本征区；形成至本征区中较浅深度的第一区；和形成至本征区中较深深度且与第一区隔开的第二区，其中第一和第二区掺杂有不同导电类型。
根据本发明的具体实施例，第一区可以掺杂有p+型杂质，和包括其上被构图成与第一区不连续接触的电极。
该电极可以是透光性的介电电极(dielectric electrode)。
可在用于形成第一区的本征区表面部分上形成具有多个开口的不连续控制膜图形，利用控制膜图形的开口，可以将第一区形成至较浅深度，以及介电电极可以在控制膜图形的开口处接触第一区。
控制膜可以是氧化硅膜。
光接收装置还可包括间隔层，其形成在衬底上，以提供衬底和本征区间的电绝缘。
可通过O2注入在衬底上形成间隔层。
衬底可以是硅基衬底，并且可以通过硅基材料的再生长形成本征区。
光接收装置可以具有带多个光接收区的结构，每一光接收区包括本征区、第一区和第二区，可以在光接收区间形成一隔离区用于其间的电绝缘。
隔离区可以由绝缘膜和多晶硅(Poly-Si)形成。
光接收装置可以用在下述情况中的至少一种之中：光通信用的光接收装置，光拾取器用的光接收装置，用于与半导体激光器和光接收装置的整体结构进行光通信的光模块，光拾取器用的光模块，具有光接收装置的各种光具座，以及具有单个光接收装置或多个光接收装置的一维或二维阵列的各种光电集成电路。
根据本发明的另一方面，提供一种光电集成电路，其包括形成在衬底上用于接收光的至少一个光接收装置，其中光接收装置包括：形成在衬底上的本征区；形成至本征区中较浅深度的第一区；和形成至本征区中较深深度且与第一区隔开的第二区，对第一和第二区进行不同导电类型的掺杂。
光电集成电路可以用作下述情况中的至少一种：光通信用的光接收装置，光拾取器用的光接收装置，用于与半导体激光器和光接收装置的整体结构进行光通信的光模块，光拾取器用的光模块，具有光接收装置的各种光具座，以及具有单个光接收装置或多个光接收装置的一维或二维阵列的各种光电集成电路。
根据本发明的又一实施例，提供一种制造光接收装置的方法，该方法包括：制备衬底；在衬底上形成本征区；和分别形成至本征区中较浅和较深深度的第一和第二区，其中第一和第二区彼此隔开且掺杂有不同导电类型。
根据本发明的具体实施例，第一区可以掺杂有p+型。本方法还可包括在第一区上形成被构图成与第一区不连续接触的电极。
本方法还可包括在用于形成第一区的本征区表面部分上形成具有多个开口的不连续硅控制膜图形。可以利用控制膜图形的开口将第一区形成至较浅深度。
本方法还可包括形成介电电极，使该介电电极在控制膜图形的开口处与第一区接触。
本方法还可包括在形成本征区之前在衬底上形成间隔层，以提供衬底和本征区之间的电绝缘。
当光接收装置包括多个光接收区的一维或二维阵列时，每个光接收区具有本征区以及第一和第二区，本方法还可包括在光接收区之间形成隔离区，用于光接收区的电绝缘。
附图说明
下面参考附图详细描述本发明的示例性实施例，本发明的上述和其它特征和优点将变得更明显，在附图中：
图1是光拾取器用的4分区光电探测器的例子的示意图；
图2是根据本发明实施例的光接收装置的剖面图；
图3是图2所示光接收装置的平面图；
图4是图2的主要部分的放大图；
图5～13是示出根据本发明实施例的光接收装置的制造工艺的示意图；
图14A是用于与根据本发明的光接收装置进行光通信的光接收装置的例子的示意图；
图14B是用于与根据本发明的光接收装置进行光通信的光接收装置的另一例子的示意图；
图15是具有根据本发明的光接收装置的光具座的例子的示意图；
图16是图15的光具座(optical bench)的剖面示意图；和
图17是具有根据本发明的光接收装置的二维阵列结构的光电集成电路的例子的示意图。
具体实施方式
图2是根据本发明实施例的光接收装置的截面图，图3是图2所示光接收装置的平面图，和图4是图2的主要部分的放大图。
参考图2～4，根据本发明的光接收装置10包括：衬底11，形成在衬底11上的本征区15，形成至本征区15中较浅深度的第一区17，和形成至本征区15中较深深度且与第一区17形成距离的第二区19。优选地，光接收装置10还包括间隔层13，其被形成在衬底11上用于电绝缘。
优选地，衬底11是硅基衬底。例如，可以将p型或n型硅衬底用作衬底11。
间隔层13用于提供衬底11和本征区15间的电绝缘。优选地，通过O2注入将间隔层13形成在衬底11的表面上。
在通过O2注入形成间隔层13的情况下，衬底11例如p型硅衬底保持未受损晶体结构，即，未受损晶格结构。因此，可通过再生长具有与衬底11的材料相同或相似晶格结构的材料来形成本征区15。
如上所述，在形成间隔层13从而使衬底11和本征区15之间电绝缘之后，在间隔层13上形成用于光接收装置10的剩余构成元件。此时，因为对衬底11的电性能没有要求，所以对衬底11的掺杂浓度和掺杂类型没有具体的限制。
因此，当在衬底11上形成间隔层13时，可以将用于常规硅光具座(siliconoptical bench，SiOB)的晶片例如Si裸晶片作为衬底11。可以理解，可以将用于集成电路(IC)制造工艺的硅晶片用作衬底11。
当在用于硅光具座或常规集成电路的硅晶片上形成包括光接收装置10的光电集成电路时，可以仅对用于形成光接收装置10的晶片部分执行O2注入以形成间隔层13。
因此，间隔层13使得可以在上述晶片上直接形成光接收装置10。
另外，当光接收装置10具有呈n个分区结构(n是整数2或更大)的多个光接收区或者将光接收装置10形成为阵列时，间隔层13提供电绝缘。
形成间隔层13的结果是，可以将光接收装置10形成为具有多个光接收区的结构。而且，当光接收装置10是多个时，它可以形成为一维或二维阵列。
优选地，通过硅基材料的再生长，在间隔层13上形成本征区15。本征区15可以由与衬底11的材料相同或相似的材料形成，例如Si、SiC或金刚石，以确保它与衬底11的晶格匹配。
本征区15的厚度随着光接收装置10的探测波长而变化。当用光接收装置10探测蓝光波长时，要求本征区15的厚度较薄，而当探测更长波长的光时，要求本征区15的厚度较厚。
考虑到空穴扩散到本征区15外的时间以及因过度生长造成的晶格不匹配度增加，优选地将本征区15形成为合适的厚度。
例如，当光接收装置10用于探测蓝光波长时，可以采用硅将本征区15形成至约1μm的厚度。因为硅对400nm波长光的吸收系数在约105至106cm-1的范围内，即使耗尽层即本征区15的厚度是约1μm，可以达到95％或更大的充分光吸收。
由于本征区15的厚度随着探测波长而变化，因此适于采用局部氧注入隔离(SIMOX，Separation by implantation of oxygen)工艺，仅在用于形成光接收装置10的衬底11部分上形成间隔层13。
第一区17是p+掺杂区，它是通过将诸如硼(B)、铝(Al)或镓(Ga)的预定掺杂剂加入到本征区15中而形成浅的深度。优选地，通过浅扩散工艺向第一区17中掺入p+型，更优选地，采用超浅扩散工艺。这里，当与浅扩散工艺相比较时，采用超浅扩散工艺形成的掺杂区的掺杂程度更浅，但是两种工艺之间没有具体的界限。因此，此后，即使超浅扩散工艺将被称为浅扩散工艺，于是，浅扩散工艺包括超浅扩散工艺的概念。
优选地，将第一区17形成至浅的深度，例如约50nm的深度，以缩短空穴的渡越距离。
如后所述，在用于形成第一区17的本征区15部分上，采用氧化硅形成具有多个开口的控制膜21图形。可以经由控制膜21图形的开口，通过扩散工艺将第一区17形成至浅的深度。
也可通过注入工艺完成约50nm的浅深度掺杂。因此，可通过注入工艺形成第一区17。
第二区19是n型，优选地，是n+型掺杂区，它与第一区17间隔开，并被形成至本征区15中较深的深度。优选地，第二区19是通过深扩散工艺形成的。因为第二区19被形成至深的深度，它可以通过常规扩散工艺形成。
如上所述，光接收装置10具有在本征区15中的第一和第二区17和19的平面排列结构。
而且，光接收装置10还包括在第一和第二区17和19上的第一和第二电极23和25，以将反向偏压加在第一和第二区17和19间并且输出探测信号。
优选地，第一电极23是透明、透光性介电膜，例如ITO或IZO介电电极。第二电极25可以由诸如铝(Al)的典型金属制成。
优选地，第一电极23被构图成不连续地接触第一区17。
在第一区17上形成第一电极23可能破坏结例如超浅结的性能。但是，在不接触第一电极23的第一区17部分处，结的性能不会被破坏。
这种第一区17上的第一电极23的不连续接触图形便于通过规律性工艺形成第一电极23，因此，光接收装置10具有优良的批生产能力。
另外，在采用透明介电电极作为第一电极23的情况下，光接收装置10可以形成为在第一区17上留下控制膜21图形的结构。所以，由于控制膜21的图形化结构，光接收装置10具有光波长选择性。
图2～4示出了具有下述结构的光接收装置10的例子，即图形化控制膜21和第一电极23交替地接触第一区17。
可以按照下列方式构图控制膜21，即在用于形成第一区17的本征区15表面部分上形成氧化硅膜(举例来说)，然后通过光刻工艺蚀刻氧化硅膜，以形成用于扩散工艺的多个开口。就一个光接收区来说，开口呈一维或二维排列，由于该些开口，控制膜21被构图成具有掩模结构。这里，通过干法和湿法工艺的组合来形成控制膜21图形。
通过浅扩散工艺或注入工艺将诸如硼和磷的掺杂剂注入到控制膜21图形的开口中，以形成第一区17。如上所述，优选地采用浅扩散工艺形成第一区17。也可通过注入工艺形成第一区17。
优选地，控制膜21是氧化硅(SiO2)膜。
由氧化硅制成的控制膜21图形作为间隙提供源，使得第一区17通过扩散工艺被形成至浅的深度。而且，利用诸如氯气的卤素气体作为外部工艺条件，控制膜21图形通过调节空位缺陷来控制扩散深度，以减少因反向偏置造成的隧穿。
优选地，氧化硅膜图形被形成为合适的厚度，以得到期望的浅扩散。
如扩散技术领域内所公知的，当氧化硅膜比合适厚度(如，几千埃)厚或者扩散温度低时，空位主要影响扩散，从而造成深度扩散。另一方面，当氧化硅膜比合适厚度薄或者扩散温度高时，Si自间隙主要影响扩散，从而造成深度扩散。
因此，如果将氧化硅膜形成为合适的厚度，其中Si自间隙和空位按照相同的比例产生，Si自间隙和空位的复合延迟了掺杂剂的扩散。结果，实现期望的浅掺杂。这里所用空位和自间隙的物理性能是扩散技术领域内所公知的，因此，将省略其详细描述。
如上所述，氧化硅控制膜21用作间隙提供源且调节空位缺陷，于是可以通过扩散工艺将第一区17形成至浅的深度。
在如上所述形成控制膜21图形和第一区17的情况下，取决于控制膜21图形的开口的形状和排列，可以将第一区17形成为各种一维或二维阵列。第一区17的整个部分用作光接收装置10的光接收区。
图4示出了在一个光接收区中不连续设置的、用于第一区17的多个掺杂区。这种第一区17的不连续性随着位于开口间的控制膜21图形部分的宽度而改变。
具体地，当经由控制膜21图形的开口扩散掺杂剂时，也通过侧向扩散在控制膜21下面形成掺杂区。因此，在将位于开口间的控制膜21图形部分的宽度减小至足够程度时，形成在相应于每个开口的位置处的、用于第一区17的该些掺杂区可以相互连接。
所述控制膜21图形部分的宽度和第一区17的不连续性是可选条件，于是，可作出其各种变化。
由于将控制膜21构图成具有多个开口且经由控制膜21图形的开口形成第一区17，因此第一区17可以形成至大的尺寸。所以，可以按照要求改变光接收区的面积。
另外，在经由控制膜21图形的开口扩散掺杂剂时，也在控制膜21的下面形成扩散区。由于这个原因，当第一电极23在控制膜21图形的开口处接触第一区17时，尽管开口处的超浅结被破坏，形成在控制膜21下面的扩散区处的超浅结不会被破坏。因此，也可以通过规律性工艺形成第一电极23。于是，光接收装置10具有优良的批生产能力。
如图2和4所示，在光接收装置10具有由透明介电材料制成的第一电极23且具有第一电极23和控制膜21交替接触第一区17的结构的情况下，控制膜21的周期性图形可以提高对特定波长范围光的波长选择性，因此，光接收装置10可仅接收特定波长范围的光。
如上所述，控制膜21图形充当浅扩散用间隙提供源和作为光学膜。
另外，控制膜21图形用于减少结的破坏。
具体地，当控制膜21图形和第一介电电极23具有多重结构(multi-structure)时，由介电材料制成的第一电极23具有薄层电阻，于是，它作为用于传播电流的电极。当电流到达控制膜21即氧化硅膜时，多重结构充当插入了N电极的平板电容器，即第二电极25和具有高介电常数的材料，将介电材料作为其中心。
因此，由于光接收装置10具有这种多重结构，第一电极23和控制膜21交替地接触第一区17，这与电极直接形成在硅衬底上的传统结构不相同，因此容值增加，且因强反向偏压在超浅结中造成的隧穿暗电流减小，从而防止了结的破坏。另外，即使在被施加高电场时，多重结构用于增加电压-电容电阻值。
例如，加在具有氧化硅膜和介电电极的结构上的电场小于加在仅具有介电电极的结构上的电场。由于第一区17即浅P型结是高度掺杂的，仅具有介电电极的结构容易出现隧穿，即因反向偏置电压造成的暗电流，以及经历电迁移。在铝电极中，产生明显的火花。
但是，由于具有氧化硅膜和介电电极的结构比仅具有介电电极的结构承受的电场减弱，通过氧化硅膜防止了因反向偏置电压造成的隧穿。另外，由于存在氧化硅膜，可能会聚积一些静电电荷，于是，可以调节总电场分布的均匀性。
图2和4示出了具有下述结构的光接收装置10的例子，即由透光性介电材料制成的第一电极23和控制膜21交替地接触第一区17。光接收装置10也可制造成除去了控制膜21的结构。在这种情况下，第一电极23被形成为不连续地接触第一区17，于是在根据本发明的光接收装置的光接收区的外部，第一电极23的图形相互连接。
优选地，光接收装置10包括氧化硅膜27，用于覆盖位于除有效光接收区的区域之外的本征区15。通过形成氧化硅膜23，防止露出本征区15，于是，可以抑制暗电流的产生。用于抑制暗电流的氧化硅膜27可以在形成控制膜21的同时形成。替代地，氧化硅膜27可利用单独的工艺形成。
同时，光接收装置10可以具有多个光接收区(10a和10b，如图2和3所示)。在这种情况下，优选地形成隔离区29，用于使光接收区10a和10b绝缘。
隔离区29被形成为与间隔层13接触。隔离区29可以由绝缘膜和多晶硅(Poly-Si)形成。隔离区29可以按照下述方式形成，即在沟槽中形成氧化硅膜即绝缘膜，然后用多晶硅填充沟槽空间，如下文参考图8A和8B所作的描述。
图2和3所示的光接收装置10具有两个光接收区10a和10b。然而，这仅作为示范，因此，本发明可具有三个或更多的光接收区或单个光接收区。
根据上述的光接收装置10，在正电压加到第二区19上的第二电极25(即n型层上的铝电极)且负电压加到第一区17上的第一电极23(即p型层上的介电电极)的状态下，当光入射时，入射光被本征区15吸收且产生电子-空穴对。此时，通过施加反向偏置电压，产生的电子朝作为正电极的第二电极25加速，产生的空穴朝作为负电压的第一电极23加速，于是电子和空穴消失。
在本发明的光接收装置10中，第一和第二区17和19被掺杂不同导电类型且设置为平面结构。第一和第二电极23和25分别形成在第一和第二区17和19上。因此，光接收装置10具有下述结构，即相反的电极被定位在浅掺杂区所处的同一表面水平上，且电子和空穴对角消失。
在本发明的光接收装置10中，由于掺杂有p导电型的第一区17的厚度薄，当在第一和第二电极23和25上施加反向偏置电压时，主要产生水平电场。在这种水平电场下，因第一区17的厚度薄，空穴以短距离输运到达第一电极23，而电子以相对长的距离输运到达形成在具有深掺杂深度的第二区19上的第二电极25。因此，因空穴和电子间的迁移率差异造成的响应延迟降低，从而实现高响应速度。
另外，光接收装置10中的第一区17即p型层的厚度比传统光接收装置中的p型层的厚度薄，于是，可以在本征区15中吸收大多数光。而且，本征区15通过氧化硅膜与外界完全电绝缘，于是，降低了因侧面的表面复合而产生的暗电流。因此，暗电流非常小。
而且，当在第一区17上形成第一电极23时，不需要考虑破坏超浅结。因此，对于第一电极23的制造条件没有具体的限制。
而且，光接收装置10具有第一电极23和控制膜21交替接触第一区17的结构。因此，光接收装置10具有波长选择性，且可以减轻反向偏压的过度集中。
下面参考图5～13说明根据本发明制造具有多个光接收区10a和10b的光接收装置10的方法。
参考图5，首先，制备硅基衬底11，例如n型或p型硅衬底。可以将用于典型光具座的晶片作为衬底11。可替代地，可以将用于形成常规集成电路的硅晶片作为衬底11。
然后，如图6所示，采用O2注入工艺，仅在用于形成光接收装置10的硅衬底11表面部分上形成间隔层13，从而提供区域隔离。当衬底11作为包括光接收装置10的光电集成电路的基底或光接收装置10具有几个分区时，需要形成间隔层13。可以理解，当光集成器件10具有单个光接收区时，可以省略间隔层13的形成。
接下来，如图7所示，通过再生长与衬底11的材料相同或相似的硅基材料例如硅，来形成本征区15。此时，考虑到待接收光的波长和晶格失配的出现，将本征区15形成至合适的厚度。
然后，如图8A所示，在用于形成隔离区29的本征区15部分中形成沟槽29′。接下来，如图8B所示，形成氧化硅膜27，以覆盖包括用于形成光接收区10a和10b的本征区15上表面的本征区15。优选地，利用干氧化工艺形成氧化硅膜27。不在用于形成第二区19的位置上形成氧化硅膜27。
接下来，如图9所示，形成有氧化硅膜27的沟槽29′的空间被多晶硅填充，以形成隔离区29，使得光接收区10a和10b之间电绝缘。隔离区29被形成为与间隔层13接触。因此，隔离区29由氧化硅绝缘膜和多晶硅形成。
然后，如图10所示，利用常规N型扩散工艺，形成第二区19。优选地，第二区19被形成至深的深度且掺杂有n+型。
接下来，如图11所示，利用全息摄影术工艺，在用于形成光接收区10a和10b的控制膜21部分中形成多个开口，从而形成控制膜21图形。
然后，如图12所示，经由控制膜21图形的开口扩散硼(举例来说)以形成第一区17，第一区掺杂有p+型且被形成至浅的深度。在这种情况下，当控制膜21是氧化硅膜时，执行浅扩散工艺，优选执行超浅扩散工艺，于是，将第一区17形成至浅的深度。
因为在一个光接收区中控制膜21图形具有多个开口，一个光接收区具有用于第一区17的多个掺杂区。因此，第一区17的掺杂区的数量随着光接收区的期望面积而变化。通过调节位于开口间的控制膜21部分的宽度，第一区17的掺杂区可以相互连接。
接下来，如图13所示，使用介电材料形成第一电极23，其被形成为在控制膜21图形的开口处接触第一区17，和使用诸如铝的金属在第二区19上形成第二电极25。控制膜21图形作为用于形成第一电极23的掩模。第一电极23由透光性介电材料制成。
如上所述，可利用普通工艺形成第一电极23，于是，光接收装置10具有优良的批生产能力。
如图13所示，当光接收装置10被形成为多重结构(multi-structure)时，即控制膜21和第一电极23交替地接触第一区17，控制膜21图形作为光学膜。因此，光接收装置10具有波长选择性，用于接收特定波长范围。即，为了使光接收装置10仅接收特定波长的光，可将控制膜21形成为具有与该特定波长相对应的周期性图形，以及可以将本征区15形成为具有足够吸收该特定波长光的厚度。因此，可根据不同情况选择控制膜21的周期性图形和本征区15的厚度。
可在形成第一电极23后除去控制膜21图形。在这种情况下，与第一区17的掺杂区接触的第一电极23图形部分在光接收区10a和10b的外部相互连接。
上述光接收装置10的制备工艺仅用于示范，于是，其中可以对其进行各种改变而不脱离本发明的精神和范围。
上述用于光接收装置10的衬底11可以用作下述情况中的至少一种的基底：光通信用的光接收装置，光拾取器用的光接收装置，用于与半导体激光器和光接收装置的整体结构进行光通信的光模块，光拾取器用的光模块，具有光接收装置的各种光具座，以及具有至少一个光接收装置的各种光电集成电路。
本发明包括光接收装置10的光电集成电路可以是下述情况中的至少一种：光通信用的光接收装置，光拾取器用的光接收装置，用于与半导体激光器和光接收装置的整体结构进行光通信的光模块，光拾取器用的光模块，具有光接收装置的各种光具座，以及具有单个光接收装置或多个光接收装置的一维或二维阵列的各种光电集成电路。
参考图14A和14B，光通信用的光接收装置50和70可以具有本发明的一个或多个光接收装置10，以接收光信号。在光接收装置70具有多个光接收装置10的情况下，如图14B所示，多个光接收装置10以阵列形式定位在单个衬底11上。尽管图14B示出了在衬底11上的光接收装置10的一维阵列，光接收装置10的数量和排列方式可随着使用目的而变化。在这种情况下，间隔层13位于每个光接收装置10的衬底11和本征区15之间，以提供其间的电绝缘。光接收装置10彼此隔开或具有其间的隔离区29。图14B示出了光接收装置70的一个例子，其中间隔层13形成在用于形成多个光接收装置10的衬底11表面位置上，且光接收装置10彼此隔开。
也可将图14A所示光通信用的光接收装置50用作用于其它用途的、具有单个光接收装置的光电集成电路。图14B所示光通信用的光接收装置70也可用作用于其它用途的、具有多个光接收装置的一维或二维阵列的光电集成电路。
光拾取器用的光接收装置被制造成使得本发明的光接收装置10具有多个光接收区，如图1所示。光拾取器用的光接收装置被用于再现记录在光盘上的信息和/或探测用于伺服系统的误差信号。
作为本发明的光电集成器件的一个例子，光模块具有作为光源的半导体激光器和本发明的光接收装置10的单个封装。光通信用的光模块用于发射和接收光信号。光拾取器用的光模块用于将光照射到光盘上和接收从光盘反射的光。
光通信和光拾取器用的光模块可以形成为硅光具座(SiOB)的形式，采用光接收装置10的衬底11作为基底。
图15示出了光具座100的一个例子。4分区光接收装置110具有4个光接收区的2×2阵列。如图16所示，在使用侧面发光型激光二极管作为半导体激光器120的情况下，优选地切割基底101以具有反射面130，反射面130相对于半导体激光器120的安装位置倾斜大约45度的角度。所以，从激光二极管的侧面输出的激光经反射后沿垂直方向前进。
图15示出了作为光拾取器用光模块的光具座100，其具有4分区光接收装置110。通过形成具有单个光接收区的光接收装置110，或者替代地，将多个光接收装置定位在阵列中并且然后将半导体激光器120定位在与光接收装置相对应的阵列中，也可将光具座100用作光通信用光模块。
图17示出了根据本发明另一实施例的光电集成电路200。参考图17，光电集成电路200具有光接收装置10的二维排列。
光电集成电路200可以用作成像感光器件例如固态成像感光器。基于本发明的光接收装置10具有波长选择性的事实，例如，当在每个像素中设置3个光接收装置10且分别选择性地接收例如红光、绿光和蓝光的情况下，本发明的光接收装置10可以形成能够拍摄彩色图像的光电集成电路200。
通过减弱光接收装置10的波长选择性使得光接收装置10可以接收包括红光、绿光和蓝光的可见光，将光接收装置10定位为二维阵列以形成光电集成电路200，以及在光电集成电路200的前部设置滤色片，从而光电集成电路200也可拍摄彩色图像。
上述包括本发明的光接收装置10的光电集成电路仅用于示范，因此，光电集成电路的各种实施例是可能的。
从上述描述可以得知，在本发明的光接收装置中，具有低迁移率的空穴具有短的迁移距离，因此，不会出现响应延迟。结果，可以实现高响应速度。
由于氧化硅膜和介电电极被构图成与用作光接收区的掺杂区交替接触，因此可以防止因强反向偏置电压引起的隧穿暗电流。由于氧化硅膜的形成防止露出本征区，因此可以减少因侧面处的表面复合导致的暗电流。结果，暗电流非常小。因此，噪声降低，于是，提高了灵敏度。
在将氧化硅膜和介电电极构图成与用作光接收区的掺杂区交替接触的情况下，氧化硅膜图形作为光学膜。结果，本发明的光接收装置具有波长选择性，以接收特定波长范围的光。
因为间隔层仅形成在用于形成光接收装置的部分上，以使衬底和本征区电绝缘，所以对衬底的掺杂浓度和性能没有具体的限制。因此，本发明的光接收装置的衬底可以用作下述情况中的至少一种的基底：光通信用的光接收装置，光拾取器用的光接收装置，用于与半导体激光器和光接收装置的整体结构进行光通信的光模块，光拾取器用的光模块，具有光接收装置的各种光具座，以及具有单个光接收装置或多个光接收装置的一维或二维阵列的各种光电集成电路。结果，可以获得包括本发明的光接收装置的各种光电集成器件。
另外，本发明的光接收装置能够满足诸如高响应速度和低噪声的要求。因此，本发明的光接收装置可被制造成要求高集成度的各种器件的整体结构，例如光电探测器集成电路(PDIC)。
尽管参考其示范性实施例具体示出和描述了本发明，本领域内的普通技术人员应当理解，可以作出形式和细节上的各种变化，而不会脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围。
Claims (42)
1.一种光接收装置，包括：
一衬底；
一本征区，形成在该衬底上；
一第一区，形成至该本征区中较浅的深度；和
一第二区，形成至该本征区中较深的深度且与该第一区形成距离，其中该第一和第二区掺杂有不同导电类型。
2.如权利要求1所述的光接收装置，其中所述第一区掺杂有p+型且包括其上被构图成不连续地接触该第一区的电极。
3.如权利要求2所述的光接收装置，其中所述电极是透光性介电电极。
4.如权利要求3所述的光接收装置，其中在用于形成所述第一区的所述本征区的表面部分上形成具有多个开口的不连续控制膜图形，利用该控制膜图形的开口将该第一区形成至较浅的深度，且所述介电电极在该控制膜图形的开口处接触该第一区。
5.如权利要求1所述的光接收装置，其中在用于形成所述第一区的所述本征区的表面部分上形成具有多个开口的不连续控制膜图形，利用该控制膜图形的开口将该第一区形成至较浅的深度。
6.如权利要求4或5所述的光接收装置，其中所述控制膜是氧化硅膜。
7.如权利要求1至5中任一项所述的光接收装置，还包括用于防止露出所述本征区的氧化硅膜。
8.如权利要求1至5中任一项所述的光接收装置，其中通过浅扩散或注入工艺形成所述第一区和/或通过深扩散工艺形成所述第二区。
9.如权利要求1至5中任一项所述的光接收装置，还包括一间隔层，其被形成在所述衬底上以提供该衬底和所述本征区之间的电绝缘。
10.如权利要求9所述的光接收装置，其中通过O2注入将所述间隔层形成在所述衬底上。
11.如权利要求9所述的光接收装置，其中所述光接收装置具有带多个光接收区的结构，每一光接收区包括所述本征区、所述第一区和所述第二区，和
在所述光接收区之间形成隔离区，用于其间的电绝缘。
12.如权利要求11所述的光接收装置，其中所述隔离区由绝缘膜和多晶硅(poly-Si)形成。
13.如权利要求1至11中任一项所述的光接收装置，其中所述衬底是硅基衬底以及通过硅基材料的再生长形成所述本征区。
14.如权利要求1至11中任一项所述的光接收装置，其被用在光通信用光接收装置、光拾取器用光接收装置、与半导体激光器和光接收装置的整体结构进行光通信的光模块、光拾取器用光模块、具有光接收装置的各种光具座、以及具有单个光接收装置或多个光接收装置的一维或二维阵列的各种光电集成电路之中。
15.一种光电集成电路，包括形成在衬底上的用于接收光的至少一个光接收装置，其中该光接收装置包括：
一本征区，形成在该衬底上；
一第一区，形成至该本征区中较浅的深度；和
一第二区，形成至该本征区中较深的深度且与该第一区形成距离，其中该第一和第二区掺杂有不同导电类型。
16.如权利要求15所述的光电集成电路，其中所述第一区掺杂有p+型且包括其上被构图成不连续地接触该第一区的电极。
17.如权利要求16所述的光电集成电路，其中所述电极是透光性介电电极。
18.如权利要求17所述的光电集成电路，其中在用于形成所述第一区的所述本征区的表面部分上形成具有多个开口的不连续控制膜图形，利用该控制膜图形的开口将该第一区形成至较浅的深度，且所述介电电极在该控制膜图形的开口处接触该第一区。
19.如权利要求15所述的光电集成电路，其中在用于形成所述第一区的所述本征区的表面部分上形成具有多个开口的不连续控制膜图形，利用该控制膜图形的开口将该第一区形成至较浅的深度。
20.如权利要求18或19所述的光电集成电路，其中所述控制膜是氧化硅膜。
21.如权利要求15至19中任一项所述的光接收装置，其中所述光接收装置还包括用于防止露出所述本征区的氧化硅膜。
22.如权利要求15至19中任一项所述的光电集成电路，其中通过浅扩散或注入工艺形成所述第一区和/或通过深扩散工艺形成所述第二区。
23.如权利要求15至19中任一项所述的光电集成电路，其中所述光接收装置还包括一间隔层，其被形成在所述衬底上以提供该衬底和所述本征区之间的电绝缘。
24.如权利要求23所述的光电集成电路，其中通过O2注入法将所述间隔层形成在所述衬底上。
25.如权利要求23所述的光电集成电路，其中所述光接收装置具有带多个光接收区的结构，每一光接收区包括所述本征区、所述第一区和所述第二区，和在该些光接收区之间形成隔离区用于其间的电绝缘。
26.如权利要求15至25中任一项所述的光电集成电路，其中所述衬底是硅基衬底以及通过硅基材料的再生长形成所述本征区。
27.如权利要求15至25中任一项所述的光电集成电路，其被用作下列情况中的至少一种：光通信用光接收装置，光拾取器用光接收装置，与半导体激光器和光接收装置的整体结构进行光通信的光模块，光拾取器用光模块，具有光接收装置的各种光具座，以及具有单个光接收装置或多个光接收装置的一维或二维阵列的各种光电集成电路。
28.如权利要求27所述的光电集成电路，其中当所述光接收装置以二维阵列形式设置时，所述光电集成电路被用作单色或彩色成像器件。
29.一种制造光接收装置的方法，该方法包括：
制备一衬底；
在该衬底上形成一本征区；和
在该本征区中分别形成到达较浅和较深深度的第一和第二区，其中该第一和第二区彼此分隔开且掺杂有不同导电类型。
30.如权利要求29所述的方法，还包括在所述第一区上形成被构图成不连续地接触该第一区的电极以及其中该第一区掺杂有p+型。
31.如权利要求30所述的方法，其中所述电极是透光性介电电极。
32.如权利要求29所述的方法，还包括在用于形成所述第一区的所述本征区的表面部分上形成具有多个开口的不连续硅控制膜图形，以及其中利用该控制膜图形的开口将该第一区形成至较浅的深度。
33.如权利要求32所述的方法，还包括形成于所述控制膜图形的开口处接触所述第一区的介电电极。
34.如权利要求32或33所述的方法，其中所述控制膜是氧化硅膜。
35.如权利要求29至33中任一项所述的方法，还包括形成用于防止露出所述本征区的氧化硅膜。
36.如权利要求29至33中任一项所述的方法，其中通过浅扩散或注入工艺形成所述第一区和/或通过深扩散工艺形成所述第二区。
37.如权利要求29至33中任一项所述的方法，还包括在形成所述本征区之前在所述衬底上形成一间隔层，以提供该衬底和该本征区之间的电绝缘。
38.如权利要求37所述的方法，其中通过O2注入将所述间隔层形成在所述衬底上。
39.如权利要求29至38中任一权利要求所述的方法，其中所述衬底是硅基衬底以及通过硅基材料的再生长形成所述本征区。
40.如权利要求29至38中任一权利要求所述的方法，其中当所述光接收装置包括多个光接收区的一维或二维阵列时，每一光接收区具有所述本征区以及所述第一和第二区，该方法还包括在该些光接收区之间形成隔离区，用于其间的电绝缘。
41.如权利要求40所述的方法，其中所述隔离区由绝缘膜和多晶硅形成。
42.如权利要求29至38中任一权利要求所述的方法，其中所述衬底被用作下述至少一种情况的基底：光通信用光接收装置，光拾取器用光接收装置，与半导体激光器和光接收装置的整体结构进行光通信的光模块，光拾取器用光模块，具有光接收装置的各种光具座，以及具有单个光接收装置或多个光接收装置的一维或二维阵列的各种光电集成电路。
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