DE112013007697B4 - Fotodetektor mit einer sich verjüngenden Wellenleiterstruktur sowie Verfahren und System - Google Patents

Fotodetektor mit einer sich verjüngenden Wellenleiterstruktur sowie Verfahren und System Download PDF

Info

Publication number
DE112013007697B4
DE112013007697B4 DE112013007697.7T DE112013007697T DE112013007697B4 DE 112013007697 B4 DE112013007697 B4 DE 112013007697B4 DE 112013007697 T DE112013007697 T DE 112013007697T DE 112013007697 B4 DE112013007697 B4 DE 112013007697B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
region
photodetector
trench
light
waveguide
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
Application number
DE112013007697.7T
Other languages
English (en)
Other versions
DE112013007697T5 (de
Inventor
Benjamin Vincent
Avi Feshali
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Intel Corp
Original Assignee
Intel Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Intel Corp filed Critical Intel Corp
Publication of DE112013007697T5 publication Critical patent/DE112013007697T5/de
Application granted granted Critical
Publication of DE112013007697B4 publication Critical patent/DE112013007697B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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
    • H01L31/105—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PIN type
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G02B6/1228—Tapered waveguides, e.g. integrated spot-size transformers
    • 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
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0232—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L31/02327—Optical elements or arrangements associated with the device the optical elements being integrated or being directly associated to the device, e.g. back reflectors
    • 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
    • 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
    • H01L31/04—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 adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/05—Electrical interconnection means between PV cells inside the PV module, e.g. series connection of PV cells
    • 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
    • H01L31/04—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 adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/054—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
    • 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
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B2006/12083—Constructional arrangements
    • G02B2006/121—Channel; buried or the like
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4295—Coupling light guides with opto-electronic elements coupling with semiconductor devices activated by light through the light guide, e.g. thyristors, phototransistors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52—PV systems with concentrators

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

Halbleiterbauelement, umfassend:ein Gebiet aus monokristallinem Silizium (110) mit einer Verjüngungsstruktur (120) zum Empfangen von Licht;ein erstes vergrabenes Oxidgebiet (130), das mit einer ersten Seite an die Verjüngungsstruktur (120) angrenzt, wobei das erste vergrabene Oxidgebiet (130) das Licht zu einem ersten Ende der Verjüngungsstruktur (120) umlenken soll;ein Gebiet aus polykristallinem Silizium (132), das an eine zweite Seite des ersten vergrabenen Oxidgebiets (130) gegenüber der ersten Seite angrenzt; undeinen Fotodetektor, der an das Gebiet aus monokristallinem Silizium (110) angrenzt, wobei der Fotodetektor gekoppelt ist zum Empfangen des Lichts über das erste Ende und zum Generieren eines elektrischen Signals auf der Basis des Lichts,wobei eine Grabenstruktur zumindest teilweise durch eine Ausnehmung des ersten vergrabenen Oxids (130) zum Gebiet aus polykristallinem Silizium (132) ausgebildet ist, wobei eine Bodenseite des Fotodetektors an in der Grabenstruktur angeordnetes Silizium (126) angrenzt.

Description

  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • 1. Erfindungsgebiet
  • Ausführungsformen der Erfindung betreffen allgemein optische Schaltungen und insbesondere eine Fotodetektorschaltung mit einem sich verjüngenden Wellenleiter.
  • 2. Hintergrund
  • Die Geschwindigkeit eines Germanium-Fotodetektors (PD) wird typischerweise durch die Widerstands-Kapazitäts-Kennlinie (RC-Kennlinie) seines Kontaktbereichs und der assoziierten Laufzeit für durch den PD generierte Träger, um von einer eigenleitenden Ge-Zone zu n-dotierten oder p-dotierten Kontaktbereichen zu migrieren, beeinflusst. Wenngleich ein allgemeines Interesse daran besteht, einen PD für verbesserte Geschwindigkeit herunter zu skalieren, wird dieses Interesse durch die Notwendigkeit aufgehoben, ein ausreichend großes Gebiet für ausreichende Lichtabsorption innerhalb des PD bereitzustellen.
  • Die Abmessung einer Ge-PD entlang einer Richtung des sich ausbreitenden Lichts - wie etwa einer Länge eines Wellenleiter-Ge-PD - steht typischerweise in direkter Beziehung zu der Fläche des p-i-n Übergangs des PD und zu dem für das Erfassen von Licht verfügbaren Gebiet. Falls diese Abmessung zu klein ist, wirkt sich dies auf die Ansprechempfindlichkeit des PD aus. Infolgedessen wird diese PD-Abmessung durch einen kleinsten erforderlichen Wert beschränkt, der üblicherweise wellenlängenabhängig ist. Zudem wird im Fall eines mit einem Wellenleiter assoziierten Ge-PD die PD-Größenreduktion oftmals durch die damit einhergehende Notwendigkeit beschränkt, Si-Wellenleiterabmessungen zum Koppeln mit dem Ge-PD-Eingang zu reduzieren. Eine derartige Skalierung der Si-Wellenleiterabmessung erhöht die Herausforderung für das Koppeln von Licht und könnte den Verlust des Wellenleiters erhöhen.
  • Aus mindestens diesen Gründen stellt das Fotodetektorskalieren für das Verbessern der Geschwindigkeit optischer Kommunikationen eine Herausforderung dar. Da aufeinanderfolgende Generationen der Optiktechnologie weiterhin bezüglich Datenraten skalieren, besteht ein zunehmender Wunsch nach Strukturen und Fabrikationstechniken, die für eine effiziente und reaktionsfähige Fotodetektion sorgen.
  • Aus dem Stand der Technik sind auf der Oberseite eines Wellenleiters angeordnete Fotodetektoren. Beispielsweise ist in US 2011 / 0 156 183 A1 ein optischer Empfänger beschrieben, der ein Siliziumsubstrat, eine Spiegelstruktur für Totalreflexion über dem Siliziumsubstrat mit einem ersten Abschnitt und einem zweiten, dickeren Abschnitt, eine Verjüngungsabschnitt für den Übergang zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt der Spiegelstruktur, einen integral mit dem zweiten Abschnitt der Spiegelstruktur gebildeten V-Rillenkeil, einen Wellenleiter auf der Spiegelstruktur und einen über dem Wellenleiter nahe an dem V-Rillenkeil angeordneten Fotodetektor umfasst. Bei entsprechend ausgebildeten optischen Empfängern besteht das Problem, dass Licht fehlgeleitet wird und damit nicht vom Fotodetektor gesammelt werden kann.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Halbleiterbauelement mit einem Fotodetektor sowie ein Herstellungsverfahren für dessen Herstellung vorzuschlagen, dessen Aufbau die Wahrscheinlichkeit zur Fehlleitung von Licht reduziert und eine verbesserte Sammlung von Licht durch den Fotodetektor erleichtert.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Halbleiterbauelement mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1, ein Verfahren zur Herstellung des Halbleiterbauelements mit den Merkmalen gemäß Anspruch 8 sowie ein System mit dem Halbleiterbauelement mit den Merkmalen gemäß Anspruch 14 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
  • Figurenliste
  • Die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden in den Figuren der beiliegenden Zeichnungen beispielhaft und nicht als Beschränkung dargestellt. Es zeigen:
    • 1A-1M Querschnittsdiagramme, die jeweils Elemente einer jeweiligen Stufe eines Prozesses zum Herstellen eines Halbleiterbauelements gemäß einer Ausführungsform darstellen,
    • 2 ein Flussdiagramm, das Elemente eines Verfahrens zum Herstellen eines Halbleiterbauelements gemäß einer Ausführungsform darstellt,
    • 3 ein Funktionsblockdiagramm, das Elemente eines Computersystems zum Detektieren eines optischen Signals gemäß einer Ausführungsform darstellt,
    • 4 ein Funktionsblockdiagramm, das Elemente einer mobilen Einrichtung zum Detektieren eines optischen Signals gemäß einer Ausführungsform darstellt.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Hierin erörterte Ausführungsformen stellen unterschiedliche Techniken und/oder Mechanismen für die effiziente Lenkung von Licht mit einer Wellenleiterstruktur für die Absorption in einem Fotodetektorgebiet bereit. Verbesserte Lichtkopplung an einem Fotodetektoreingang kann gemäß einer Ausführungsform mit einer sich verjüngenden Wellenleiterstruktur erzielt werden, gekennzeichnet durch einen Eingang und einen Ausgang mit unterschiedlichen jeweiligen Abmessungen. Eine Verjüngungsstruktur eines Halbleiterbauelements kann ein im Wesentlichen einkristallines Silizium umfassen. Wenngleich ein derartiges Silizium hier als „monokristallin“ bezeichnet wird, versteht der Durchschnittsfachmann, dass ein geringer Grad an Kristalldefekten dennoch vorliegen kann - zum Beispiel als Artefakte eines unvollkommenen epitaxialen Aufwachsprozesses. Eine Dicke der Verjüngungsstruktur kann entlang einer Länge des Halbleiterbauelements abnehmen. Alternativ oder zusätzlich kann eine Breite der Verjüngungsstruktur entlang der Länge des Halbleiterbauelements abnehmen.
  • Bei einer Ausführungsform kann ein erstes vergrabenes Oxid (BOX) unter dem monokristallinen Silizium (mono-Si) einer derartigen Verjüngungsstruktur liegen und daran angrenzen. Das erste BOX kann weiterhin einen Graben bilden, in dem zusätzliches monokristallines Silizium angeordnet ist. Germanium einer Ge-PD kann über einem derartigen Graben angeordnet sein, um mit der Verjüngungsstruktur gelenktes Licht zu empfangen. Beispielsweise kann sich die Ge-PD mindestens bis zu einer Tiefe einer oberen Oberfläche des ersten BOX erstrecken, was unter dem Wellenleiter ist, wodurch die Wahrscheinlichkeit reduziert wird, dass Licht unter die Ge-PD gelenkt wird.
  • Eine oder mehrere Spiegelstrukturen können auf einer Seite der Ge-PD angeordnet sein, die gegenüber einer Seite liegt, die als ein Eingang der Ge-PD dienen soll. Die eine oder mehreren Spiegelstrukturen können für einen doppelten Durchlauf von Licht zurück in die Ge-PD sorgen. Die eine oder mehreren Spiegelstrukturen können für die verschiedenen jeweiligen Brechungsindices von zwei Materialien sorgen, die als ein Bragg-Gitterreflektor dienen sollen, der beispielsweise eine periodische Struktur aus verschachtelten Si-Abschnitten und SiO2-Abschnitten umfasst - z.B. die periodische Struktur mit zwei Perioden aus SiO2. Bei derartigen Ausführungsformen kann ein polykristallines Si (poly-Si) unter dem ersten BOX angeordnet sein - z.B. wo ein zweites BOX unter dem poly-Si angeordnet ist. Ein derartiges poly-Si kann für eine verbesserte Stressantwortkennlinie sorgen - z.B. im Vergleich zu einer dicken Oxidabscheidung.
  • Gewisse Ausführungsformen beinhalten einen Prozess zum Herstellen eines derartigen Halbleiterbauelements. Bei einer Ausführungsform beinhaltet die Herstellung einer Verjüngungsstruktur das Aufwachsen einer mono-Si-Epitaxie (EPI) auf einem SOI-Wafer (Silicon-On-Insulator - Silizium-auf-Isolator). Eine oder mehrere Ausnehmungen können in einem derartigen mono-Si-EPI geätzt oder anderweitig ausgebildet werden - z.B. wenn solche Ausnehmungen für die Ausbildung von Spiegelstrukturen, Ausrichtungsstrukturen und/oder dergleichen sorgen. Bei einer Ausführungsform können hergestellte Wellenleiterstrukturen in der mono-Si-EPI geätzt oder anderweitig ausgebildet werden. Solche hergestellten Strukturen können eine Verjüngungsstruktur und bei einigen Ausführungsformen Graben-Si beinhalten, das unter einer Ge-PD liegen soll. Nach der Ausbildung von solchen hergestellten Wellenleiterstrukturen kann die Oxidabscheidung durchgeführt werden, um das erste BOX auszubilden. Bei einigen Ausführungsformen kann ein Abschnitt des SOI-Wafers geschliffen, aufgeteilt oder anderweitig entfernt werden, um hergestellte Wellenleiterstrukturen für zusätzliche Abscheidung, Dotierung und/oder andere Herstellungsverarbeitung zu exponieren.
  • Die 1A-1M zeigen Querschnittsansichten für verschiedene Stadien eines Prozesses zum Herstellen einer Fotodetektionseinrichtung gemäß einer Ausführungsform. Der durch die 1A-1M dargestellte Prozess veranschaulicht ein Beispiel der Verarbeitung, bei der hergestellte Si-Strukturen auf einem SOI-Substrat ausgebildet werden, wobei BOX-Strukturen an solche Si-Strukturen angrenzen, um für eine effiziente Lenkung von Licht in eine Ge-PD zu sorgen. Nunmehr unter Bezugnahme auf 1A kann ein Wafer 102 für die Ausbildung von Wellenleiter- und Fotodetektorstrukturen mit verschiedenen additiven und/oder subtraktiven Fabrikationsprozessen vorbereitet werden. Der Wafer 102 kann ein Substrat aus Bulk-Si umfassen, das eine Barrierenschicht 104 enthält oder darin implantiert oder anderweitig verarbeitet ist, um sie zu enthalten. Die Barrierenschicht 104 kann eine SiGe-Schicht oder eine H-Implantierungsschicht sein, die beispielsweise das Entfernen eines Abschnitts des Wafers 102 in der nachfolgenden Bearbeitung erleichtern soll. Bei einer Ausführungsform wird die Barrierenschicht 104 unter Verwendung bekannter SOI-Waferfabrikationsprozesse (SOI - Silicon On Insulator) ausgebildet.
  • Im Stadium 100a können eine oder mehrere Ausnehmungen in einer Oberfläche des Wafers 102 ausgebildet werden. Als Veranschaulichung und nicht Beschränkung können eine oder mehrere Ausnehmungen - durch die veranschaulichenden Ausnehmungen 108 dargestellt - in den Wafer 102 geätzt werden, um für die nachfolgende Ausbildung einer oder mehrerer Lichtreflexionsstrukturen (oder „Spiegelstrukturen“) zu sorgen. Bei einer Ausführungsform liegt eine Tiefe der Ausnehmungen 108 in dem Wafer 102 in der Größenordnung von - z.B. zumindest gleich - einer Dicke eines Ge-PD, der nahe den Ausnehmungen 108 ausgebildet werden soll. Als Veranschaulichung und nicht Beschränkung können die Ausnehmungen 108 eine Tiefe besitzen, die zumindest die gleiche ist wie die einer Wellenleiterstruktur, die schließlich an die Ausnehmung 108 angrenzen soll, wenngleich eine derartige Tiefe gemäß implementierungsspezifischen Details variieren kann. Wenngleich gewisse Ausführungsformen in dieser Hinsicht nicht beschränkt sind, können die Ausnehmungen 106 weiterhin in dem Wafer 102 geätzt oder anderweitig ausgebildet werden. Die Ausnehmungen 106 können zumindest teilweise als Ausrichtungsstrukturen dienen, um beispielsweise das nachfolgende Positionieren des Halbleiterbauelements zu unterstützen.
  • Nunmehr unter Bezugnahme auf 1B kann eine monokristalline Si-Epitaxie 110 auf dem Wafer 102 aufgewachsen werden. Das Aufwachsen von mono-Si-EPI 110 kann aus herkömmlichen epitaxialen Aufwachstechniken angepasst sein, die bei gewissen Ausführungsformen nicht beschränkend sind. Die Details solcher herkömmlicher Aufwachstechniken werden hier nicht erörtert, um nicht Details gewisser Ausführungsformen zu verdecken. Vor dem Aufwachsen der mono-Si-EPI 110 können einige oder alle der Ausnehmungen 106, 108 mit einem Oxid oder einem anderen geeigneten Material gefüllt werden, um als eine Aufwachsmaske zu dienen. Wie im Stadium 100c von 1C gezeigt, kann ein Trockenätzen und/oder eine andere derartige Bearbeitung der mono-Si-EPI 110 durchgeführt werden, um selektiv Muster 114, 116 auszubilden, die einige oder alle der Ausnehmungen 106, 108 exponieren. Eine derartige Verarbeitung kann weiterhin das Oxid- oder anderes Maskenmaterial in den Ausnehmungen 106, 108 teilweise oder ganz entfernen, wenngleich gewisse Ausführungsformen in dieser Hinsicht nicht beschränkt sind.
  • Nunmehr unter Bezugnahme auf 1D wird ein Stadium 100d gezeigt, wobei Strukturen unterschiedlich aus mono-Si-EPI 110 ausgebildet werden. Einige oder alle derartige Strukturen können durch selektive subtraktive Verarbeitung ausgebildet werden, die beispielsweise von einer oder mehreren herkömmlichen Lithographie- und Ätztechniken angepasst sein kann. Beispielsweise können solche Strukturen eine Verjüngungsstruktur 120 enthalten, die sich von einer Oberfläche 128 des mono-Si-Materials erstreckt. Bei einer Ausführungsform kann die Verjüngungsstruktur 120 aus mono-Si-EPI 110 ausgebildet werden durch Durchführen eines Mesa-Ätzens und weiterhin Anwenden einer Grauskalenlithographie/-ätzung, um die Seiten 122, 124 auszubilden. Die Verjüngungsstruktur 120 kann konfiguriert sein, die Arbeit des Halbleiterbauelements zum Sammeln und Lenken von Licht in ein Fotodetektorgebiet zu erleichtert. Als Veranschaulichung und nicht Beschränkung kann sich die Verjüngungsstruktur bis zu einer Höhe von einigen wenigen Dutzenden Mikrometern (z.B. 60 Mikrometer) über der Oberfläche 128 erstrecken. Alternativ oder zusätzlich können die Seiten 122, 124 der Verjüngungsstruktur 120 jeweilige Winkel von 85° und 45° besitzen, wie von einer Linie normal zur Oberfläche 128 gemessen. Solche Höhen- und Winkelwerte sind jedoch für eine Ausführungsform lediglich veranschaulichend und können gemäß implementierungsspezifischen Details variieren.
  • Alternativ oder zusätzlich können Ätzprozesse zum Exponieren der Oberfläche 128 selektiv maskiert werden, um eine Siliziumstruktur auszubilden, die hierin als Grabensilizium 126 bezeichnet wird. Wie hierin erörtert, befindet sich das Grabensilizium 126 erfindungsgemäß innerhalb einer Grabenstruktur, über der der Ge-PD ganz oder teilweise angeordnet ist. Mono-Si-Material zwischen dem Grabensilizium 126 und der Verjüngungsstruktur 120 - z.B. das die Oberfläche 128 bildende Material - dient als eine Wellenleiterstruktur zum Lenken von Licht von der Verjüngungsstruktur in einen derartigen Ge-PD. Das Bereitstellen des Grabensiliziums 126 erleichtert das verbesserte Sammeln von Licht durch den Ge-PD.
  • Nunmehr unter Bezugnahme auf 1E wird ein Stadium 100e gezeigt, wo ein Oxidmaterial 130 wie etwa SiO2 auf mono-Si-Strukturen einschließlich Graben-Si 126, Oberfläche 128 und Verjüngungsstruktur 120 gesputtert oder anderweitig abgeschieden wird. Die Ausbildung von Oxidmaterial 130 kann das Oxidieren der Waferoberfläche beinhalten, um eine anfängliche Oxidkeimschicht für die nachfolgende Oxidabscheidung auszubilden - z.B. gemäß herkömmlicher Oxidationstechniken. Das Oxidmaterial 130 dient später als Teil einer vergrabenen Oxidschicht (BOX-Schicht) des Halbleiterbauelements. Die Abscheidung von Oxidmaterial 130 über Grabensilizium 126 führt erfindungsgemäß dazu, dass das Oxidmaterial 130 eine Grabenstruktur bildet. Alternativ oder zusätzlich kann das Oxidmaterial 130 einige oder alle der Ausnehmungen 108 füllen, um unterschiedlich eine oder mehrere Spiegelstrukturen zum Umlenken von Licht zurück in einen Ge-PD des Halbleiterbauelements auszubilden.
  • Nunmehr unter Bezugnahme auf Stadium 100f von 1F kann ein polykristallines Silizium (poly-Si) 132 auf das Oxidmaterial 130 gesputtert oder anderweitig aufgebracht werden. Das poly-Si 132 kann eine spannungsarme Grenzfläche zwischen dem Oxidmaterial 130 und anderen Strukturen des Halbleiterbauelements bereitstellen. Bei einer Ausführungsform ist das poly-Si 132 zumindest dick genug, um sich über eine Höhe der Verjüngungsstruktur 120 über der Oberfläche 128 zu erstrecken. Beispielsweise kann das poly-Si 132 mindestens 20 µm dick sein, wenngleich gewisse Ausführungsformen in dieser Hinsicht nicht beschränkt sind.
  • Zusätzliches Oxidmaterial kann auf dem poly-Si 132 abgeschieden werden, um eine zweite vergrabene Oxidschicht des Halbleiterbauelements auszubilden. Beispielsweise können, wie durch Stadium 100g in 1G gezeigt, Abschnitte des poly-Si 132 geschliffen, poliert oder anderweitig planarisiert werden - z.B. mit chemisch-mechanischem Polieren (CMP) - um eine ebene Oberfläche für ein Oxidmaterial 134 wie etwa SiO2 bereitzustellen. Bei einer Ausführungsform exponiert die Planarisierung des poly-Si 132 einen Abschnitt des Oxidmaterials 130 für einen Kontakt mit dem abgeschiedenen Oxidmaterial 134.
  • Die Ausbildung der sich verjüngenden Struktur 120 und der vergrabenen Oxidstrukturen von Stadium 100g kann beispielsweise mit existierenden Wellenleiterherstellungstechniken kontrastiert werden. Herkömmlicherweise werden vergrabene Verjüngungsstrukturen typischerweise durch Ätzen eines (z.B. 30 µm) tiefen Hohlraums durch eine Isolierschicht einer SOI, Abscheiden einer konformen Oxidschicht innerhalb eines derartigen Hohlraums und Füllen des Hohlraums durch Abscheiden von Si darin erhalten. Bei diesen herkömmlichen Techniken jedoch ist ein derartiges Si-Aufwachsen simultan auf verschiedenen Oberflächen und Kanten in und um den Hohlraum herum, was zur Ausbildung von poly-Si im Hohlraum führt. Im Gegensatz dazu basieren gewisse Ausführungsformen auf einer Realisierung, dass optische Charakteristika einer sich verjüngenden Struktur mit mono-Si verbessert werden, und/oder eine Realisierung von Techniken zum Bereitstellen eines derartigen mono-Si einer sich verjüngenden Struktur. Mindestens ein Vorteil gewisser Ausführungsformen besteht darin, dass ein vergleichsweise beanspruchungsarmes poly-Si 132 Beanspruchungs- und Rissbildungsprobleme vermeidet, die mit dicken BOX-Strukturen herkömmlicher Halbleiterbauelementarchitekturen entstehen.
  • Bei einer Ausführungsform kann der verarbeitete Wafer von Stadium 100g in Vorbereitung auf zusätzliche Bearbeitung an einen Handling-Wafer gebondet werden. Nunmehr unter Bezugnahme auf 1H kann ein derartiger Handling-Wafer ein Siliziumsubstrat 140 und ein Oxidmaterial 144 wie etwa SiO2 enthalten. Der Handling-Wafer kann an den bearbeiteten Wafer von Stadium 100g über Oxidmaterial 134 gebondet werden - wo z.B. auf dem Si-Substrat 140 angeordnetes zusätzliches Oxidmaterial 142 für ein Oxidbonden des Handling-Wafers an das Oxidmaterial 134 sorgt.
  • Nach dem Bonden kann ein Abschnitt 148 des Si-Substrats des Wafers 102 entfernt werden, wie in Stadium 100i von 11 gezeigt. Das Entfernen des Abschnitts 148 kann beispielsweise mit Schleifen, rückseitigem Ätzentfernen (unter Verwendung von SiGe der Barrierenschicht 104 als Ätzstopp), einer Waferaufteilung (unter Verwendung einer H-implantierten Barrierenschicht 104 für intelligente Schnittverarbeitung) und/oder andere derartige subtraktive Bearbeitung erreicht werden. Das durch das Entfernen des Abschnitts 148 exponierte mono-Si kann dann in einer Ausführungsform poliert oder anderweitig planarisiert werden. 11 zeigt sowohl eine Querschnittsseitenansicht als auch eine Querschnittsdraufsicht von Fotodetektionsstrukturen und Wellenleiterstrukturen bei Stadium 100i. Zur Bezugnahme sind auch die jeweiligen Abmessungen für Dicke, Länge und Breite solcher Strukturen gezeigt.
  • Nach dem Entfernen von Abschnitt 148 und einer etwaigen Vorbereitung des durch ein derartiges Entfernen exponierten mono-Si-Materials können Abscheidungs- und Dotierprozesse durchgeführt werden, um eine Ge-PD auszubilden. Beispielsweise kann nunmehr unter Bezugnahme auf 1J eine strukturierte Maske - durch die veranschaulichende Hartmaske 150 dargestellt - auf einer oberen Oberfläche des (invertierten) mono-Si-Materials ausgebildet werden. Die Hartmaske 150 kann beispielsweise SiC, SiON, TiN, Karbon oder ein beliebiges einer Vielzahl von anderen, in der Technik bekannten organischen oder anorganischen Maskenmaterialien beinhalten.
  • Bei einer Ausführungsform enthält die Hartmaske 150 ein Muster, das einen sich durch die Hartmaske 150 erstreckenden Hohlraum 152 bildet. Wenngleich gewisse Ausführungsformen in dieser Hinsicht nicht beschränkt sind, kann der Hohlraum 152 Abschnitte mit anderen jeweiligen Gesamtlängen und/oder anderen jeweiligen Gesamtbreiten enthalten. Als Veranschaulichung und nicht Beschränkung kann ein Querschnittsprofil des Hohlraums 152 die Form einer Hantel, eines Stundenglases oder eine andere derartige Gestalt besitzen, die Keulenabschnitte und mindestens einen vergleichsweise schmalen „Halsabschnitt“ zwischen einigen oder allen derartigen Keulenabschnitten definiert. Ein Beispiel eines derartigen Querschnittprofils ist in der Draufsicht von 1J gezeigt.
  • Ein Teil des mono-Si kann durch den Hohlraum 152 - z.B. durch ein Trockenätzen, Nassätzen, in-situ-Ätzen in einem EPI-Reaktor oder dergleichen - selektiv entfernt werden, um das Grabensilizium 126 zu exponieren. Germanium kann dann selektiv auf das mono-Si aufgewachsen werden, das durch solches Ätzen exponiert ist. Beispielsweise wird bei dem in 1K gezeigten Stadium 100k ein Gebiet 160 aus Germanium in dem Gebiet über dem Grabensilizium 126 ausgebildet. Das Gebiet 160 kann sich zumindest bis zu einer Tiefe des mit dem Oxidmaterial 130 ausgebildeten ersten BOX erstrecken. Dementsprechend kann sich das Gebiet 160 auf jeder seiner Seiten 50, 60 (und in einer Ausführungsform einer Bodenseite) bei Si befinden. Bei einer Ausführungsform kann das Ge über das Gebiet 160 hinweg ohne (oder im Wesentlichen ohne) Facetten sein, da derartiges Ge nicht auf irgendeiner Oxidwand aufgewachsen wird. Das Ge des Gebiets 160 kann anfänglich überwachsen und danach planarisiert werden - z.B. durch einen CMP-Prozess. Die Hartmaske 150 kann danach entfernt werden, wie bei Zustand 100k gezeigt.
  • Nunmehr unter Bezugnahme auf 1L wird ein Stadium 1001 gezeigt, in dem das Dotieren verschiedener Abschnitte des Gebiets 160 selektiv durchgeführt wird, um verschiedene jeweilige Gebiete des Ge-PD zu erzeugen. Bei einer Ausführungsform bildet ein derartiges Dotieren ein p-dotiertes Ge-Gebiet 162 und ein n-dotiertes Ge-Gebiet 166 jeweils auf einer jeweiligen Seite eines eigenleitenden Ge-Gebiets 164. Bei einer Ausführungsform kann eine derartige Dotierung ganz oder teilweise zumindest teilweise durch die Hartmaske 150 maskiert werden. Alternativ kann eine derartige Dotierung mit einer anderen Maske oder einer Reihe von Masken nach dem Entfernen der Hartmaske 150 stattfinden. Die Gebiete 162, 164, 166 können einen PIN-Übergang für den Betrieb als eine Fotodiode bereitstellen, um einen Strom als Reaktion auf Licht zu generieren, der von der Verjüngungsstruktur 120 zum Gebiet 124 gelenkt wird.
  • Nunmehr unter Bezugnahme auf 1M wird ein Stadium 100m gezeigt, wo Gräben 170, 172 in dem mono-Si-Material geätzt oder anderweitig ausgebildet werden - wo z.B. jeweilige Abschnitte der Gräben 170, 172 sich entlang oder über gegenüberliegenden Seiten der Verjüngungsstruktur 120 erstrecken. Die Gräben 170, 172 können sich durch das mono-Si zu der darunter liegenden ersten BOX-Schicht erstrecken, die sich über dem poly-Si 132 befindet. Wenngleich gewisse Ausführungsformen in dieser Hinsicht nicht beschränkt sind, kann eine die Gräben 170, 172 trennende Distanz entlang der Länge des Halbleiterbauelements abnehmen - wobei z.B. bei dem Ge-PD eine Trennung der Gräben 170, 172 voneinander gleich einer Breite des Gebiets 164 ist. Alternativ oder zusätzlich können andere Wellenleitergräben - durch die veranschaulichenden Gräben 174, 176 dargestellt, geätzt oder anderweitig auf einer fernen Seite 60 des Ge-PD ausgebildet werden. Die Gräben 174, 176 können Licht enthalten, das anfänglich aus dem Gebiet 164 entweicht, ohne absorbiert zu werden. Beispielsweise kann dieses Licht durch eine oder mehrere Spiegelstrukturen wie etwa jene in den Ausnehmungen 108 ausgebildeten zum Gebiet 164 zurückreflektiert werden.
  • 1M zeigt seitliche Querschnittsansichten A-A, B-B, C-C, D-D und Längsquerschnittsansichten E-E, F-F des Halbleiterbauelements bei Stadium 100m. In der Ansicht F-F' sind Pfeile gezeigt, um darzustellen, wie Licht gesammelt und von der Verjüngungsstruktur 120 durch einen Wellenleiterabschnitt über der Oberfläche 128 zum Ge-PD gelenkt wird, der über dem Grabensilizium 126 angeordnet ist. Die Konfiguration des Halbleiterbauelements sorgt für ein effektives Sammeln und Konzentrieren derartigen Lichts zum Ge-PD. Bei einer Ausführungsform wird das effiziente Sammeln und Lenken von stark konzentriertem Licht in den Ge-PD zumindest teilweise durch die Verjüngungsstruktur 120 und ihr monokristallines Si erreicht. Alternativ oder zusätzlich kann solches effizientes Sammeln und Lenken von Licht mit einer oder mehreren Spiegelstrukturen erreicht werden - wie etwa jenen in den Ausnehmungen 108 ausgebildeten - die so positioniert sind, dass sie unabsorbiertes Licht von einer fernen Seite des Ge-PD zurückreflektieren. Alternativ oder zusätzlich kann ein derartiges effizientes Sammeln und Lenken von Licht mit einer Verengung der Distanz zwischen den Gräben 170, 172 zum Eingang des Ge-PD erzielt werden.
  • 2 veranschaulicht Elemente eines Verfahrens 200 zum Herstellen eines Halbleiterbauelements gemäß einer Ausführungsform. Das Verfahren 200 kann einige oder alle der verschiedentlich durch die 1A-1M dargestellten Bearbeitungsoperationen beinhalten.
  • In einer Ausführungsform enthält das Verfahren 200 Operationen zum Ausbilden eines Gebiets aus monokristallinem Silizium, das die Ausbreitung und/oder Umlenkung von Licht erleichtert. Solche Operationen können bei 210 das Aufwachsen einer monokristallinen Siliziumepitaxie auf einem Wafer aus Halbleitermaterial beinhalten, das beispielsweise eine vergrabene Barrierenschicht enthält. Die Barrierenschicht kann SiGe enthalten, das in einem Bulk-Siliziumsubstrat vergraben ist. Alternativ kann die Barrierenschicht aus einer H-Ionen-Implantationsverarbeitung von solchem Bulk-Silizium resultieren. Die Ausbildung des Gebiets aus monokristallinem Silizium kann weiterhin bei 220 das Ätzen der monokristallinen Siliziumepitaxie, um eine Verjüngungsstruktur auszubilden, umfassen. Das Ätzen kann weiterhin eine Struktur wie die des Grabensiliziums 126 ausbilden, wenngleich gewisse Ausführungsformen in dieser Hinsicht nicht beschränkt sind.
  • Bei einer Ausführungsform beinhaltet das zusätzliche Bearbeiten (nicht gezeigt) des Verfahrens 200 das Ätzen einer oder mehrerer Ausnehmungen in dem Wafer - z.B. vor dem Aufwachsen der monokristallinen Siliziumepitaxie bei 210. Eine oder mehrere derartige Ausnehmungen können beispielsweise für die nachfolgende Ausbildung einer oder mehrerer Spiegelstrukturen, um die Reflexion von Licht zurück in einen Fotodetektor zu erleichtert, sorgen. Alternativ oder zusätzlich können eine oder mehrere Ausnehmungen als Ausrichtungsstrukturen dienen, um das resultierende Halbleiterbauelement während der nachfolgenden Montage, des Kapselns und/oder dergleichen zu positionieren.
  • Bei einer Ausführungsform umfasst das Verfahren 200 weiterhin bei 230 das Anordnen eines Oxidmaterials auf dem Gebiet aus monokristallinem Silizium, um ein erstes Oxidgebiet bei der Verjüngungsstruktur auszubilden. Das erste Oxidgebiet kann während des Betriebs des resultierenden Halbleiterbauelements für die Umlenkung von Licht in der Verjüngungsstruktur zu einem Fotodetektor sorgen - z.B. über ein Wellenleitergebiet bei der Verjüngungsstruktur. Das Verfahren 200 kann weiterhin bei 240 das Ausbilden eines Gebiets aus polykristallinem Silizium auf dem ersten Oxidgebiet umfassen. Die Ausbildung des polykristallinen Siliziums bei 240 kann die Verjüngungsstruktur und bei einigen Ausführungsformen das ganze erste Oxidgebiet bedecken.
  • Nach der Ausbildung des Gebiets aus polykristallinem Silizium bei 240 kann das Verfahren 200 bei 250 das Entfernen eines Abschnitts von dem Wafer durchführen, um das Gebiet aus monokristallinem Silizium zu exponieren. Bei einer Ausführungsform enthält der bei 240 entfernte Abschnitt die vergrabene Barrierenschicht. Als Veranschaulichung und nicht Beschränkung kann das Entfernen des Abschnitts des Wafers bei 240 das Aufteilen des Wafers an der vergrabenen Barrierenschicht umfassen. Das Verfahren 200 kann weiterhin bei 260 das Ausbilden eines Fotodetektors bei dem Gebiet aus monokristallinem Silizium umfassen. Bei einer Ausführungsform erstreckt sich der Fotodetektor entlang einer Seite des Gebiets aus monokristallinem Silizium mindestens bis zu einer Höhe einer Grenzfläche mit dem Oxidmaterial. Der Fotodetektor erstreckt sich zu einer Oberseite einer zumindest teilweise durch das Oxidmaterial ausgebildeten Grabenstruktur. Erfindungsgemäß wird die Grabenstruktur zumindest teilweise durch eine Ausnehmung des ersten Oxidgebiets zu dem Gebiet aus polykristallinem Silizium ausgebildet, wobei eine Bodenseite des Fotodetektors an in der Grabenstruktur angeordnetes Silizium angrenzt.
  • Bei einer Ausführungsform umfasst das Verfahren 200 weiterhin nicht gezeigte Operationen einschließlich Ätzen des Gebiets aus monokristallinem Silizium, um einen ersten Wellenleitergraben und einen zweiten Wellenleitergraben auszubilden. Solche Wellenleitergräben können sich beispielsweise entlang gegenüberliegender Seiten der Verjüngungsstruktur erstrecken. Bei einer Ausführungsform ist eine erste Distanz zwischen dem ersten Wellenleitergraben und dem zweiten Wellenleitergraben an der Fotodiode kleiner als eine zweite Distanz zwischen dem ersten Wellenleitergraben und dem zweiten Wellenleitergraben an der Verjüngungsstruktur.
  • Es werden nun Merkmale eines gemäß Verfahren 200 hergestellten Halbleiterbauelements bezüglich Strukturen betrachtet, die bei oder vor dem Stadium 100k ausgebildet werden. Einige oder alle derartigen Merkmale können unterschiedlich unter Bezugnahme auf eine Ebene 15 innerhalb des Halbleiterbauelements gekennzeichnet werden. Die Ebene 15 kann mindestens einen Abschnitt einer Grenzfläche 20 zwischen einem mono-Si-Material und angrenzendem ersten Oxidmaterial enthalten. Beispielsweise kann eine Sektion 40 des Halbleiterbauelements einen zwischen der Verjüngungsstruktur 120 und der Fotodiode angeordneten Wellenleiterabschnitt enthalten. In Sektion 40 kann ein Abschnitt der Grenzfläche 20, der sich parallel zur Oberfläche 10 erstreckt, einen Boden des Wellenleiterabschnitts bilden. Eine Seite 50 der Fotodiode kann sich entlang einer Seite eines derartigen Wellenleiterabschnitts erstrecken - z.B. von der Oberfläche 10 mindestens zu einer Tiefe der Ebene 15. Die Fotodiode kann weiterhin eine Seite 60, gegenüber von Seite 50, die sich analog entlang angrenzendem mono-Si-Material erstreckt, umfassen. Die Seite 60 kann so orientiert sein, dass sie Licht empfängt, das zur Fotodiode zurückreflektiert wird. Bei einer Ausführungsform ist eine Bodenseite der Fotodiode über dem Grabensilizium 126 angeordnet. In einer Sektion 30 des Halbleiterbauelements kann sich mindestens ein Abschnitt der Verjüngungsstruktur 120 unter der Ebene 15 erstrecken (wobei sich „unter“ in diesem Kontext auf eine Richtung weg von einer Oberfläche 10 des mono-Si-Materials bezieht). Mono-Si-Material, das zwischen der Ebene 15 und der Oberfläche 10 in Sektion 30 angeordnet ist, kann bei einer Ausführungsform als Teil der Verjüngungsstruktur 120 angesehen werden.
  • 3 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Rechensystems, in dem eine Verarbeitung eines optischen Signals implementiert werden kann. Das System 300 stellt eine Recheneinrichtung gemäß einer beliebigen hierin beschriebenen Ausführungsform dar, und es kann sich dabei um einen Laptop-Computer, einen Desktop-Computer, einen Server, ein Gaming- oder Unterhaltungssteuersystem, einen Scanner, einen Kopierer, einen Drucker oder eine andere elektronische Einrichtung handeln. Das System 300 kann einen Prozessor 320 umfassen, der die Verarbeitung, das Operationsmanagement und die Ausführung von Anweisungen für das System 300 liefert. Der Prozessor 320 kann eine beliebige Art von Mikroprozessor, zentraler Verarbeitungseinheit (CPU), Verarbeitungskern oder anderer Verarbeitungshardware enthalten, um die Verarbeitung für das System 300 bereitzustellen. Der Prozessor 320 steuert die gesamte Operation des Systems 300 und kann einen oder mehrere programmierbare Allzweck- oder Spezialmikroprozessoren, digitale Signalprozessoren (DSPs), programmierbare Controller, applikationsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs), programmierbare Logikeinrichtungen (PLDs) oder dergleichen oder eine Kombination aus solchen Einrichtungen sein oder enthalten.
  • Das Speicherteilsystem 330 stellt den Hauptspeicher des Systems 300 dar und sorgt für vorübergehende Ablage für durch den Prozessor 320 auszuführenden Code oder beim Ausführen einer Routine zu verwendende Datenwerte. Das Speicherteilsystem 330 kann ein oder mehrere Speichereinrichtungen enthalten wie etwa einen Festwertspeicher (ROM), einen Flash-Speicher, eine oder mehrere Vielzahlen von Direktzugriffsspeicher (RAM) oder andere Speichereinrichtungen oder eine Kombination von solchen Einrichtungen. Das Speicherteilsystem 330 speichert und hostet unter anderem das Betriebssystem (OS) 336, um eine Softwareplattform für die Ausführung von Anweisungen im System 300 bereitzustellen. Außerdem werden andere Anweisungen 338 aus dem Speicherteilsystem 330 gespeichert und ausgeführt, um die Logik und die Verarbeitung des Systems 300 bereitzustellen. Das OS 336 und die Anweisungen 338 werden durch den Prozessor 320 ausgeführt.
  • Das Speicherteilsystem 330 kann eine Speichereinrichtung 332 enthalten, wo es Daten, Anweisungen, Programme oder andere Elemente speichert. Bei einer Ausführungsform enthält das Speicherteilsystem einen Speichercontroller 334, der Zugang zu der Speichereinrichtung 332 durch den Prozessor 320 unterstützt. Der Prozessor 320 und das Speicherteilsystem 330 sind an einen Bus/ein Bussystem 310 gekoppelt. Der Bus 310 ist eine Abstraktion, die einen beliebigen oder mehrere beliebige separate physische Busse, Kommunikationsleitungen/- schnittstellen und/oder Punkt-zu-Punkt-Verbindungen, durch entsprechende Brücken, Adapter und/oder Controller verbunden, darstellt. Deshalb kann der Bus 310 beispielsweise einen oder mehrere eines Systembusses, eines PCI-Busses (Peripheral Component Interconnect), eines HyperTransport- oder ISA-Busses (Industry Standard Architecture), eines SCSI-Busses (Small Computer System Interface), eines USB (Universal Serial Bus) oder eines IEEE-Standard-1394-Busses (Institute of Electrical and Electronics Engineers) (üblicherweise als „Firewire“ bezeichnet) enthalten. Die Busse des Busses 310 können auch Schnittstellen in Netzwerkschnittstellen 350 entsprechen.
  • Das System 300 kann auch eine oder mehrere Eingabe/Ausgabe-Schnittstellen (E/A-Schnittstellen) 340, eine Netzwerkschnittstelle 350, eine oder mehrere interne Massenspeichereinrichtungen 360 und eine Peripherieschnittstelle 370, an den Bus 310 gekoppelt, enthalten. Die E/A-Schnittstelle 340 kann eine oder mehrere Schnittstellenkomponenten enthalten, durch die ein Benutzer mit dem System 300 interagiert (z.B. Video-, Audio- und/oder alphanumerische Schnittstelle). Die Netzwerkschnittstelle 350 gibt dem System 300 die Fähigkeit zum Kommunizieren mit abgesetzten Einrichtungen (z.B. Servern, anderen Recheneinrichtungen) über ein oder mehrere Netzwerke. Die Netzwerkschnittstelle 350 kann einen Ethernet-Adapter, drahtlose Zwischenverbindungskomponenten, USB (Universal Serial Bus) oder andere verdrahtete oder drahtlose standardbasierte oder proprietäre Schnittstellen beinhalten.
  • Die Ablage 360 kann ein beliebiges herkömmliches Medium zum Speichern großer Datenmengen auf nichtflüchtige Weise sein oder beinhalten, wie etwa eine oder mehrere Magnet-, Festkörper- oder optische Platten oder eine Kombination. Die Ablage 360 hält Code oder Anweisungen und Daten 362 in einem persistenten Zustand (d.h. der Wert wird trotz Unterbrechung von Strom zum System 300 aufrechterhalten). Die Ablage 360 kann generisch als ein „Speicher“ angesehen werden, wenngleich der Speicher 330 der ausführende oder Arbeitsspeicher ist, um Anweisungen an den Prozessor 320 zu liefern. Während die Ablage 360 nichtflüchtig ist, kann der Speicher 330 einen flüchtigen Speicher beinhalten (d.h., der Wert oder der Zustand der Daten ist unbestimmt, falls der Strom zum System 300 unterbrochen wird).
  • Die Peripherieschnittstelle 370 kann eine beliebige, oben nicht spezifisch erwähnte Hardwareschnittstelle beinhalten. Peripheriegeräte bezeichnen allgemein Einrichtungen, die abhängig mit dem System 300 verbinden. Eine abhängige Verbindung ist eine, wo das System 300 die Software- und/oder Hardwareplattform bereitstellt, auf der eine Operation ausgeführt wird und mit der ein Benutzer interagiert.
  • 4 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform einer mobilen Einrichtung, in der die Verarbeitung eines optischen Signals implementiert werden kann. Die Einrichtung 400 stellt eine mobile Recheneinrichtung wie etwa ein Rechen-Tablet, ein Mobiltelefon oder ein Smartphone, einen drahtlosen E-Reader oder eine andere mobile Einrichtung dar. Es versteht sich, dass gewisse der Komponenten allgemein gezeigt sind und dass nicht alle Komponenten einer derartigen Einrichtung in der Einrichtung 400 gezeigt sind.
  • Die Einrichtung 400 kann einen Prozessor 410 enthalten, der die primären Verarbeitungsoperationen der Einrichtung 400 durchführt. Der Prozessor 410 kann eine oder mehrere physikalische Einrichtungen wie etwa Mikroprozessoren, Applikationsprozessoren, Mikrocontroller, programmierbare Logikeinrichtungen oder andere Verarbeitungsmittel enthalten. Die durch den Prozessor 410 durchgeführten Verarbeitungsoperationen beinhalten die Ausführung einer Arbeitsplattform oder eines Betriebssystems, auf denen Applikationen und/oder Einrichtungsfunktionen ausgeführt werden. Die Verarbeitungsoperationen beinhalten Operationen bezüglich E/A (Eingabe/Ausgabe) mit einem menschlichen Benutzer oder mit anderen Einrichtungen, Operationen bezüglich Leistungsmanagement und/oder Operationen bezüglich des Verbindens der Einrichtung 400 mit einer anderen Einrichtung. Die Verarbeitungsoperationen können auch Operationen bezüglich Audio-E/A und/oder Display-E/A beinhalten.
  • Bei einer Ausführungsform enthält die Einrichtung 400 ein Audioteilsystem 420, das Hardware- (z.B. Audiohardware und Audioschaltungen) und Software- (z.B. Treiber, Codex) Komponenten darstellt, die damit assoziiert sind, der Recheneinrichtung Audiofunktionen bereitzustellen. Zu Audiofunktionen können Lautsprecher- und/oder Kopfhörerausgang sowie Mikrofoneingang zählen. Einrichtungen für solche Funktionen können in die Einrichtung 400 integriert oder mit der Einrichtung 400 verbunden sein. Bei einer Ausführungsform interagiert ein Benutzer mit der Einrichtung 400 durch Liefern von Audiobefehlen, die von dem Prozessor 410 empfangen und verarbeitet werden.
  • Das Displayteilsystem 430 stellt Hardware- (z.B. Displayeinrichtungen) und Software- (z.B. Treiber) Komponenten dar, die ein visuelles und/oder taktiles Display für einen Benutzer bereitstellen, um mit der Recheneinrichtung zu interagieren. Das Displayteilsystem 430 kann eine Displayschnittstelle 432 enthalten, die die bestimmte Schirm- oder Hardwareeinrichtung enthalten kann, die verwendet wird, um einem Benutzer ein Display zu liefern. Bei einer Ausführungsform enthält die Displayschnittstelle 432 eine von dem Prozessor 410 getrennte Logik, um zumindest eine gewisse Verarbeitung bezüglich des Displays durchzuführen. Bei einer Ausführungsform enthält das Display teil system 430 eine Touchscreen-Einrichtung, die sowohl Ausgabe als auch Eingabe für einen Benutzer bereitstellt.
  • Ein E/A-Controller 440 stellt Hardwareeinrichtungen und Softwarekomponenten dar, die die Interaktion mit einem Benutzer betreffen. Der E/A-Controller 440 kann dahingehend arbeiten, Hardware zu verwalten, die Teil des Audioteilsystems 420 und/oder des Displayteilsystems 430 ist. Außerdem veranschaulicht der E/A-Controller 440 einen Verbindungspunkt für zusätzliche Einrichtungen, die mit der Einrichtung 400 verbinden, durch die ein Benutzer möglicherweise mit dem System interagieren könnte. Beispielsweise könnten Einrichtungen, die an der Einrichtung 400 angebracht werden können, Mikrofoneinrichtungen, Lautsprecher- oder Stereosysteme, Videosysteme oder eine andere Displayeinrichtung, Tastatur- oder Tastenfeldeinrichtungen oder andere E/A-Einrichtungen zur Verwendung mit spezifischen Applikationen wie etwa Kartenlesegeräte oder andere Einrichtungen beinhalten.
  • Wie oben erwähnt kann der E/A-Controller 440 mit dem Audioteilsystem 420 und/oder dem Displayteilsystem 430 interagieren. Beispielsweise kann eine Eingabe durch ein Mikrofon oder eine andere Audioeinrichtung eine Eingabe oder Befehle für eine oder mehrere Applikationen oder Funktionen der Einrichtung 400 liefern. Außerdem kann eine Audioausgabe anstelle von oder zusätzlich zu der Displayausgabe geliefert werden. Falls bei einem anderen Beispiel das Displayteilsystem einen Touchscreen enthält, wirkt auch die Displayeinrichtung als eine Eingabeeinrichtung, die zumindest teilweise durch den E/A-Controller 440 verwaltet werden kann. Es kann auch zusätzliche Knöpfe oder Schalter auf der Einrichtung 400 geben, um E/A-Funktionen bereitzustellen, die durch den E/A-Controller 440 verwaltet werden.
  • Bei einer Ausführungsform verwaltet der E/A-Controller 440 Einrichtungen wie etwa Beschleunigungsmesser, Kameras, Lichtsensoren oder andere Umgebungssensoren, Kreisel, GPS (Global Positioning System) oder andere Hardware, die in der Einrichtung 400 enthalten sein kann. Die Eingabe kann Teil einer direkten Benutzerinteraktion sein sowie eine Umgebungseingabe in das System bereitstellen, um seine Operationen zu beeinflussen (wie etwa Filterung bezüglich Rauschen, Verstellen von Displays bezüglich Helligkeitsdetektion, Anwenden eines Blitzes für eine Kamera oder andere Merkmale).
  • Bei einer Ausführungsform enthält die Einrichtung 400 ein Leistungsmanagement 450, das die Batterieleistungsnutzung, das Laden der Batterie und Merkmale bezüglich Leistungssparoperation verwaltet. Das Speicherteilsystem 460 kann eine oder mehrere Speichereinrichtungen 462 zum Speichern von Informationen in der Einrichtung 400 enthalten. Das Speicherteilsystem 460 kann nichtflüchtige (Zustand ändert sich nicht, falls der Strom zu der Speichereinrichtung unterbrochen wird) und/oder flüchtige (Zustand ist unbestimmt, falls der Strom zu der Speichereinrichtung unterbrochen wird) Speichereinrichtungen enthalten. Der Speicher 460 kann Applikationsdaten, Benutzerdaten, Musik, Fotos, Dokumente oder andere Daten sowie Systemdaten (ob langfristig oder vorrübergehend) bezüglich der Ausführung der Applikationen und Funktionen des Systems 400 speichern.
  • Bei einer Ausführungsform enthält das Speicherteilsystem 460 einen Speichercontroller 464 (der auch als Teil der Steuerung des Systems 400 angesehen werden könnte und der potenziell als Teil des Prozessors 410 angesehen werden könnte). Der Speichercontroller 464 kann Kommunikationen mit dem Speicher 462 über einen nicht gezeigten Befehls-/Adressbus austauschen. Bei einer Ausführungsform sendet der Speichercontroller 464 Befehle, um auf im Speicher 462 gespeicherte (oder zu speichernde) Daten zuzugreifen.
  • Die Konnektivität 470 kann Hardwareeinrichtungen (z.B. drahtlose und/oder verdrahtete Verbinder und Kommunikationshardware) und Softwarekomponenten (z.B. Treiber, Protokollstapel) enthalten, damit die Einrichtung 400 mit externen Einrichtungen kommunizieren kann. Bei der Einrichtung könnte es sich um separate Einrichtungen wie etwa andere Recheneinrichtungen, drahtlose Zugangspunkte oder Basisstationen sowie Peripheriegeräte wie etwa Headsets, Drucker oder andere Einrichtungen handeln.
  • Die Konnektivität 470 kann mehrere verschiedene Arten von Konnektivität beinhalten. Zum Verallgemeinern wird die Einrichtung 400 mit Zellkonnektivität 472 und Funkkonnektivität 474 dargestellt. Die Zellkonnektivität 472 bezieht sich allgemein auf eine Zellnetzwerkkonnektivität, die durch Funkträger bereitgestellt wird, wie etwa durch GSM (Global System for Mobile communications) oder Varianten oder Ableitungen davon, CDMA (Code Division Multiple Access) oder Varianten oder Ableitungen davon, TDM (Time Division Multiplexing) oder Varianten oder Ableitungen davon, LTE (Long Term Evolution - auch als „4G“ bezeichnet) oder andere Zelldienststandards. Die Funkkonnektivität 474 bezieht sich auf eine Funkkonnektivität, die nicht zellular ist und Nahfeldkommunikationsnetzwerke (wie etwa Bluetooth), Nahbereichsnetzwerke (wie etwa WiFi) und/oder Weitbereichsnetzwerke (wie etwa WiMax) oder eine andere Funkkommunikation beinhalten kann. Funkkommunikation bezieht sich auf den Transfer von Daten durch die Verwendung modulierter elektromagnetischer Strahlung durch ein nichtfestes Medium. Die verdrahtete Kommunikation erfolgt durch ein festes Kommunikationsmedium.
  • Zu Peripherieverbindungen 480 zählen Hardwareschnittstellen und Verbinder sowie Softwarekomponenten (z.B. Treiber, Protokollstapel), um Peripherieverbindungen herzustellen. Es versteht sich, dass die Einrichtung 400 sowohl eine Peripherieeinrichtung zu anderen Recheneinrichtungen sein könnte („zu“ 482) sowie Peripherieeinrichtungen mit ihr verbunden sein könnten („von“ 484). Die Einrichtung 400 besitzt üblicherweise einen „Docking“ -Verbinder zum Verbinden mit anderen Recheneinrichtungen zu Zwecken wie etwa des Verwaltens von Inhalt auf der Einrichtung 400 (z.B. Herunterladen und/oder Hochladen, Ändern, Synchronisieren). Außerdem kann ein Docking-Verbinder der Einrichtung 400 gestatten, mit gewissen Peripheriegeräten zu verbinden, die es der Einrichtung 400 gestatten, die Ausgabe von Inhalt beispielsweise an audiovisuelle oder andere Systeme zu steuern.
  • Zusätzlich zu einem proprietären Docking-Verbinder oder einer anderen proprietären Verbindungshardware kann die Einrichtung 400 Peripherieverbindungen 480 über übliche oder standardbasierte Verbinder herstellen. Zu üblichen Arten können ein USB-Verbinder (Universal Serial Bus) (der eine einer Anzahl verschiedener Hardwareschnittstellen enthalten kann), DisplayPort einschließlich MiniDisplayPort (MDP), HDMI (High Definition Multimedia Interface), Firewire oder eine andere Art zählen.
  • Bei einer Implementierung umfasst ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements: Ausbilden eines Gebiets aus monokristallinem Silizium, mit: Aufwachsen einer Epitaxie aus monokristallinem Silizium auf einem eine vergrabene Barrierenschicht enthaltendem Wafer, und Ätzen der Epitaxie aus monokristallinem Silizium, um eine Verjüngungsstruktur des Gebiets aus monokristallinem Silizium auszubilden. Das Verfahren umfasst weiterhin: Anordnen eines Oxidmaterials auf dem Gebiet aus monokristallinem Silizium, um ein erstes Oxidgebiet bei der Verjüngungsstruktur auszubilden, und Ausbilden eines Gebiets aus polykristallinem Silizium auf dem ersten Oxidgebiet. Das Verfahren umfasst weiterhin: nach dem Ausbilden des Gebiets aus polykristallinem Silizium, Entfernen eines Abschnitts des Wafers, um das Gebiet aus monokristallinem Silizium zu exponieren, wobei der Abschnitt die vergrabene Barrierenschicht enthält, und Ausbilden eines Fotodetektors bei dem Gebiet aus monokristallinem Silizium.
  • Erfindungsgemäß wird eine Grabenstruktur zumindest teilweise durch eine Ausnehmung des ersten Oxidgebiets zu dem Gebiet aus polykristallinem Silizium ausgebildet, wobei eine Bodenseite des Fotodetektors an in der Grabenstruktur angeordnetes Silizium angrenzt. In einer Ausführungsform erstreckt sich der Fotodetektor zu einer Oberseite der Grabenstruktur. Bei einer anderen Ausführungsform umfasst das Ausbilden des Gebiets aus monokristallinem Silizium weiterhin das Ätzen einer oder mehrerer Ausnehmungen im Wafer, wobei das Anordnen des Oxidmaterials auf dem Gebiet aus monokristallinem Silizium weiterhin eine oder mehrere Spiegel strukturen jeweils in einer jeweiligen der einen oder mehreren Ausnehmungen bildet. Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren weiterhin das Ätzen des Gebiets aus monokristallinem Silizium, um einen ersten Wellenleitergraben und einen zweiten Wellenleitergraben auszubilden. Bei einer weiteren Ausführungsform ist eine erste Distanz zwischen dem ersten Wellenleitergraben und dem zweiten Wellenleitergraben an der Fotodiode kleiner als eine zweite Distanz zwischen dem ersten Wellenleitergraben und dem zweiten Wellenleitergraben bei der Verjüngungsstruktur. Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst das Entfernen des Abschnitts des Wafers das Aufteilen des Wafers an der vergrabenen Barrierenschicht.
  • Bei einer weiteren Implementierung umfasst ein Halbleiterbauelement ein Gebiet aus monokristallinem Silizium mit einer Verjüngungsstruktur zum Empfangen von Licht, ein erstes vergrabenes Oxidgebiet bei der Verjüngungsstruktur auf einer ersten Seite des ersten vergrabenen Oxidgebiets, wobei das erste vergrabene Oxidgebiet das Licht zu einem ersten Ende der Verjüngungsstruktur umlenken soll, ein Gebiet aus polykristallinem Silizium bei dem ersten vergrabenen Oxidgebiet auf einer zweiten Seite des ersten vergrabenen Oxidgebiets gegenüber der ersten Seite, und einen Fotodetektor bei dem Gebiet aus monokristallinem Silizium, wobei der Fotodetektor gekoppelt ist zum Empfangen des Lichts über das erste Ende und zum Generieren eines elektrischen Signals auf der Basis des Lichts.
  • Erfindungsgemäß wird eine Grabenstruktur zumindest teilweise durch eine Ausnehmung des ersten vergrabenen Oxids zu dem Gebiet aus polykristallinem Silizium ausgebildet, wobei eine Bodenseite des Fotodetektors an in der Grabenstruktur angeordnetes Silizium angrenzt. In einer Ausführungsform erstreckt sich der Fotodetektor zu einer Oberseite der Grabenstruktur. In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Halbleiterbauelement weiterhin eine oder mehrere Spiegelstrukturen zum Empfangen eines Teils des Lichts von dem Fotodetektor, wobei die eine oder die mehreren Spiegelstrukturen den Teil des Lichts zum Fotodetektor zurück reflektieren sollen. Bei einer weiteren Ausführungsform sind im Gebiet aus monokristallinem Silizium ein erster Wellenleitergraben und ein zweiter Wellenleitergraben ausgebildet, wobei das Licht zu dem Fotodetektor zwischen dem ersten Wellenleitergraben und dem zweiten Wellenleitergraben gelenkt wird. Bei einer weiteren Ausführungsform ist eine erste Distanz zwischen dem ersten Wellenleitergraben und dem zweiten Wellenleitergraben an der Fotodiode kleiner als eine zweite Distanz zwischen dem ersten Wellenleitergraben und dem zweiten Wellenleitergraben bei der Verjüngungsstruktur. Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst der Fotodetektor eine Germanium-Fotodiode. Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst die Germanium-Fotodiode einen ersten Keulenabschnitt mit p-dotiertem Germanium, einen zweiten Keulenabschnitt mit n-dotiertem Germanium, und einen Halsabschnitt zwischen dem ersten Keulenabschnitt und dem zweiten Keulenabschnitt, wobei der Halsabschnitt eigenleitendes Germanium enthält.
  • Bei einer weiteren Implementierung umfasst ein System ein Halbleiterbauelement enthaltend ein Gebiet aus monokristallinem Silizium mit einer Verjüngungsstruktur zum Empfangen von Licht, ein erstes vergrabenes Oxidgebiet bei der Verjüngungsstruktur auf einer ersten Seite des ersten vergrabenen Oxidgebiets, wobei das erste vergrabene Oxidgebiet das Licht zu einem ersten Ende der Verjüngungsstruktur umlenken soll, ein Gebiet aus polykristallinem Silizium bei dem ersten vergrabenen Oxidgebiet auf einer zweiten Seite des ersten vergrabenen Oxidgebiets gegenüber der ersten Seite, und einen Fotodetektor bei dem Gebiet aus monokristallinem Silizium, wobei der Fotodetektor gekoppelt ist zum Empfangen des Lichts über das erste Ende und zum Generieren eines elektrischen Signals auf der Basis des Lichts. Das System umfasst weiterhin eine erste Einrichtung, die an einen Eingang des Halbleiterbauelements gekoppelt ist, wobei die erste Einrichtung das Licht generieren soll, und eine elektrisch an den Fotodetektor gekoppelte zweite Einrichtung, wobei die zweite Einrichtung das elektrische Signal empfangen und verarbeiten soll.
  • Erfindungsgemäß wird eine Grabenstruktur zumindest teilweise durch eine Ausnehmung des ersten vergrabenen Oxids zu dem Gebiet aus polykristallinem Silizium ausgebildet, wobei eine Bodenseite des Fotodetektors an in der Grabenstruktur angeordnetes Silizium angrenzt. In einer Ausführungsform erstreckt sich der Fotodetektor zu einer Oberseite der Grabenstruktur. In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Halbleiterbauelement weiterhin eine oder mehrere Spiegelstrukturen zum Empfangen eines Teils des Lichts von dem Fotodetektor, wobei die eine oder die mehreren Spiegelstrukturen den Teil des Lichts zum Fotodetektor zurück reflektieren sollen. Bei einer weiteren Ausführungsform sind im Gebiet aus monokristallinem Silizium ein erster Wellenleitergraben und ein zweiter Wellenleitergraben ausgebildet, wobei das Licht zu dem Fotodetektor zwischen dem ersten Wellenleitergraben und dem zweiten Wellenleitergraben gelenkt wird. Bei einer weiteren Ausführungsform ist eine erste Distanz zwischen dem ersten Wellenleitergraben und dem zweiten Wellenleitergraben an der Fotodiode kleiner als eine zweite Distanz zwischen dem ersten Wellenleitergraben und dem zweiten Wellenleitergraben bei der Verjüngungsstruktur. Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst der Fotodetektor eine Germanium-Fotodiode. Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst die Germanium-Fotodiode einen ersten Keulenabschnitt mit p-dotiertem Germanium, einen zweiten Keulenabschnitt mit n-dotiertem Germanium, und einen Halsabschnitt zwischen dem ersten Keulenabschnitt und dem zweiten Keulenabschnitt, wobei der Halsabschnitt eigenleitendes Germanium enthält.
  • Es werden hier Techniken und Architekturen für die Fotodetektion beschrieben. In der obigen Beschreibung werden zu Erörterungszwecken zahlreiche spezifische Details dargelegt, um ein eingehendes Verständnis gewisser Ausführungsformen zu vermitteln. Es versteht sich jedoch für den Fachmann, dass gewisse Ausführungsformen ohne diese spezifischen Details praktiziert werden können. In anderen Fällen sind Strukturen und Einrichtungen in Blockdiagrammform gezeigt, um ein Verdunkeln der Beschreibung zu vermeiden.
  • Die Bezugnahme in der Patentschrift auf „eine Ausführungsform“ bedeutet, dass ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder Charakteristik, die in Verbindung mit der Ausführungsform beschrieben sind, in mindestens einer Ausführungsform der Erfindung enthalten ist. Das Auftreten des Ausdrucks „in einer Ausführungsform“ an verschiedenen Stellen in der Patentschrift soll nicht notwendigerweise immer auf die gleiche Ausführungsform Bezug nehmen.
  • Einige Abschnitte der detaillierten Beschreibung hierin sind in Form von Algorithmen und symbolischen Darstellungen von Operationen an Datenbits innerhalb eines Computerspeichers dargestellt. Diese algorithmischen Beschreibungen und Darstellungen sind die Mittel, die der Computerfachmann verwendet, um die Substanz seiner Arbeit am effektivsten anderen Fachleuten zu vermitteln. Ein Algorithmus ist hier und allgemein als eine in sich stimmige Sequenz von Schritten zu verstehen, die zu einem gewünschten Resultat führen. Die Schritte sind jene, die physische Manipulationen von physikalischen Größen erfordern. Üblicherweise, wenngleich nicht notwendigerweise, können diese Größen die Form von elektrischen oder magnetischen Signalen annehmen, die gespeichert, transferiert, kombiniert, verglichen und anderweitig manipuliert werden können. Es hat sich gelegentlich als zweckmäßig herausgestellt, hauptsächlich aus Gründen der üblichen Nutzung, sich auf diese Signale als Bits, Werte, Elemente, Symbole, Zeichen, Terme, Zahlen oder dergleichen zu beziehen.
  • Es sei jedoch daran erinnert, dass alle diese und ähnliche Ausdrücke mit den entsprechenden physischen Größen assoziiert werden sollen und lediglich auf diese Größen angewendete zweckmäßige Bezeichnungen sind. Sofern nicht anderweitig festgestellt, wie aus der Erörterung hier offensichtlich ist, versteht sich, dass im Verlauf der Beschreibung Erörterungen, die Ausdrücke wie etwa „verarbeiten“ oder „berechnen“ oder „kalkulieren“ oder „bestimmen“ oder „anzeigen“ oder dergleichen verwenden, sich auf die Aktion und Prozesse eines Computersystems oder einer ähnlichen elektronischen Recheneinrichtung beziehen, die Daten manipuliert und transformiert, die als physische (elektronische) Größen innerhalb der Register und Speicher des Computersystems dargestellt sind, zu anderen Daten, die ähnlich als physische Größen innerhalb der Computersystemspeicher oder -register oder anderer derartiger Informationsablage-, Übertragungs- oder Displayeinrichtungen dargestellt werden.
  • Gewisse Ausführungsformen betreffen auch eine Vorrichtung zum Durchführen der Operationen hierin. Diese Vorrichtung kann speziell für die erforderlichen Zwecke konstruiert sein oder sie kann einen Allzweckcomputer umfassen, der selektiv aktiviert oder durch ein im Computer gespeichertes Computerprogramm rekonfiguriert ist. Ein derartiges Computerprogramm kann in einem computerlesbaren Ablagemedium gespeichert sein, wie etwa unter anderem eine beliebige Art von Platte einschließlich Diskette, optischer Platte, CD-ROMs und magnetooptischen Platten, Festwertspeichern (ROMs), Direktzugriffsspeichern (RAMs) wie etwa DRAMs (Dynamic RAM), EPROMs, EEPROMs, magnetischen oder optischen Karten oder einer beliebigen Art von Medien, die sich für das Speichern elektrischer Anweisungen eignen und an einen Computersystembus gekoppelt sind.
  • Die hierin dargestellten Algorithmen und Displays beziehen sich nicht inhärent auf einen bestimmten Computer oder eine andere Vorrichtung. Verschiedene Allzwecksysteme können mit Programmen gemäß den Lehren hierin verwendet werden, oder es kann sich als zweckmäßig herausstellen, eine spezialisiertere Vorrichtung zu konstruieren, um die erforderlichen Verfahrensschritte durchzuführen. Die erforderliche Struktur für eine Vielzahl dieser Systeme ergibt sich aus der Beschreibung hierin. Zusätzlich werden gewisse Ausführungsformen nicht unter Bezugnahme auf eine beliebige bestimmte Programmiersprache beschrieben. Es versteht sich, dass eine Vielzahl an Programmiersprachen verwendet werden kann, um die Lehren solcher Ausführungsformen, wie hierin beschrieben, zu implementieren.
  • Abgesehen davon, was hierin beschrieben ist, können verschiedene Modifikationen an den offenbarten Ausführungsformen und Implementierungen davon vorgenommen werden, ohne von ihrem Schutzbereich abzuweichen. Deshalb sollten die Darstellungen und Beispiele hierin in einem veranschaulichenden und nicht in einem restriktiven Sinne ausgelegt werden. der Schutzbereich der Erfindung sollte ausschließlich durch Bezugnahme auf die Ansprüche, die folgen, gemessen werden.

Claims (20)

  1. Halbleiterbauelement, umfassend: ein Gebiet aus monokristallinem Silizium (110) mit einer Verjüngungsstruktur (120) zum Empfangen von Licht; ein erstes vergrabenes Oxidgebiet (130), das mit einer ersten Seite an die Verjüngungsstruktur (120) angrenzt, wobei das erste vergrabene Oxidgebiet (130) das Licht zu einem ersten Ende der Verjüngungsstruktur (120) umlenken soll; ein Gebiet aus polykristallinem Silizium (132), das an eine zweite Seite des ersten vergrabenen Oxidgebiets (130) gegenüber der ersten Seite angrenzt; und einen Fotodetektor, der an das Gebiet aus monokristallinem Silizium (110) angrenzt, wobei der Fotodetektor gekoppelt ist zum Empfangen des Lichts über das erste Ende und zum Generieren eines elektrischen Signals auf der Basis des Lichts, wobei eine Grabenstruktur zumindest teilweise durch eine Ausnehmung des ersten vergrabenen Oxids (130) zum Gebiet aus polykristallinem Silizium (132) ausgebildet ist, wobei eine Bodenseite des Fotodetektors an in der Grabenstruktur angeordnetes Silizium (126) angrenzt.
  2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, wobei sich der Fotodetektor zu einer Oberseite der Grabenstruktur erstreckt.
  3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, wobei das Halbleiterbauelement weiterhin eine oder mehrere Spiegelstrukturen umfasst zum Empfangen eines Teils des Lichts von dem Fotodetektor, wobei die eine oder die mehreren Spiegelstrukturen den Teil des Lichts zum Fotodetektor zurück reflektieren sollen.
  4. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 oder 3, wobei in dem Gebiet aus monokristallinem Silizium (110) ein erster Wellenleitergraben (170) und ein zweiter Wellenleitergraben (172) ausgebildet sind, wobei das Licht zu dem Fotodetektor zwischen dem ersten Wellenleitergraben (170) und dem zweiten Wellenleitergraben (172) gelenkt wird.
  5. Halbleiterbauelement nach Anspruch 4, wobei eine erste Distanz zwischen dem ersten Wellenleitergraben (170) und dem zweiten Wellenleitergraben (172) an der Fotodiode kleiner ist als eine zweite Distanz zwischen dem ersten Wellenleitergraben (170) und dem zweiten Wellenleitergraben (172) an der Verjüngungsstruktur (120).
  6. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1, 3 und 4, wobei der Fotodetektor eine Germanium-Fotodiode umfasst.
  7. Halbleiterbauelement nach Anspruch 6, wobei die Germanium-Fotodiode Folgendes umfasst: einen ersten Keulenabschnitt mit p dotiertem Germanium (162); einen zweiten Keulenabschnitt mit n dotiertem Germanium (166); und einen Halsabschnitt (164) zwischen dem ersten Keulenabschnitt (162) und dem zweiten Keulenabschnitt (166), wobei der Halsabschnitt (164) eigenleitendes Germanium enthält.
  8. Verfahren (200) zur Herstellung eines Halbleiterbauelements, wobei das Verfahren (200) Folgendes umfasst: Ausbilden eines Gebiets aus monokristallinem Silizium, mit: Aufwachsen einer Epitaxie aus monokristallinem Silizium auf einem eine vergrabene Barrierenschicht enthaltendem Wafer (210); und Ätzen der Epitaxie aus monokristallinem Silizium (220), um eine Verjüngungsstruktur des Gebiets aus monokristallinem Silizium auszubilden; Anordnen eines Oxidmaterials auf dem Gebiet aus monokristallinem Silizium (230), um ein erstes Oxidgebiet bei der Verjüngungsstruktur auszubilden; Ausbilden eines Gebiets aus polykristallinem Silizium auf dem ersten Oxidgebiet (240); nach dem Ausbilden des Gebiets aus polykristallinem Silizium (240), Entfernen eines Abschnitts des Wafers (250), um das Gebiet aus monokristallinem Silizium zu exponieren, wobei der Abschnitt die vergrabene Barrierenschicht enthält; und Ausbilden eines Fotodetektors bei dem Gebiet aus monokristallinem Silizium (260), wobei eine Grabenstruktur zumindest teilweise durch eine Ausnehmung des ersten Oxidgebiets zum Gebiet aus polykristallinem Silizium ausgebildet ist, wobei eine Bodenseite des Fotodetektors an in der Grabenstruktur angeordnetes Silizium angrenzt.
  9. Verfahren (200) nach Anspruch 8, wobei sich der Fotodetektor zu einer Oberseite der Grabenstruktur erstreckt.
  10. Verfahren (200) nach Anspruch 8, wobei das Ausbilden des Gebiets aus monokristallinem Silizium weiterhin das Ätzen einer oder mehrerer Ausnehmungen im Wafer umfasst und wobei das Anordnen des Oxidmaterials auf dem Gebiet aus monokristallinem Silizium weiterhin eine oder mehrere Spiegelstrukturen jeweils in einer jeweiligen der einen oder mehreren Ausnehmungen bildet.
  11. Verfahren (200) nach einem der Ansprüche 8 oder 10, weiterhin umfassend das Ätzen des Gebiets aus monokristallinem Silizium, um einen ersten Wellenleitergraben und einen zweiten Wellenleitergraben auszubilden.
  12. Verfahren (200) nach Anspruch 11, wobei eine erste Distanz zwischen dem ersten Wellenleitergraben und dem zweiten Wellenleitergraben an der Fotodiode kleiner ist als eine zweite Distanz zwischen dem ersten Wellenleitergraben und dem zweiten Wellenleitergraben an der Verjüngungsstruktur.
  13. Verfahren (200) nach einem der Ansprüche 8, 10 und 11, wobei das Entfernen des Abschnitts des Wafers (250) das Aufteilen des Wafers an der vergrabenen Barrierenschicht umfasst.
  14. System, umfassend: ein Halbleiterbauelement, enthaltend: ein Gebiet aus monokristallinem Silizium (110) mit einer Verjüngungsstruktur (120) zum Empfangen von Licht; ein erstes vergrabenes Oxidgebiet (130), das mit einer ersten Seite an die Verjüngungsstruktur (120) angrenzt, wobei das erste vergrabene Oxidgebiet (130) das Licht zu einem ersten Ende der Verjüngungsstruktur (120) umlenken soll; ein Gebiet aus polykristallinem Silizium (132), das an eine zweite Seite des ersten vergrabenen Oxidgebiets (130) gegenüber der ersten Seite angrenzt; und einen Fotodetektor, der an das Gebiet aus monokristallinem Silizium (110) angrenzt, wobei der Fotodetektor gekoppelt ist zum Empfangen des Lichts über das erste Ende und zum Generieren eines elektrischen Signals auf der Basis des Lichts; und eine erste Einrichtung, an einen Eingang des Halbleiterbauelements gekoppelt, wobei die erste Einrichtung das Licht generieren soll; und eine zweite Einrichtung, elektrisch an den Fotodetektor gekoppelt, wobei die zweite Einrichtung das elektrische Signal empfangen und verarbeiten soll, wobei eine Grabenstruktur zumindest teilweise durch eine Ausnehmung des ersten vergrabenen Oxids (130) zum Gebiet aus polykristallinem Silizium (132) ausgebildet ist, wobei eine Bodenseite des Fotodetektors an in der Grabenstruktur angeordnetes Silizium (126) angrenzt.
  15. System nach Anspruch 14, wobei sich der Fotodetektor zu einer Oberseite der Grabenstruktur erstreckt.
  16. System nach Anspruch 14, wobei das Halbleiterbauelement weiterhin eine oder mehrere Spiegelstrukturen umfasst zum Empfangen eines Teils des Lichts von dem Fotodetektor, wobei die eine oder die mehreren Spiegelstrukturen den Teil des Lichts zum Fotodetektor zurück reflektieren sollen.
  17. System nach einem der Ansprüche 14 oder 16, wobei in dem Gebiet aus monokristallinem Silizium (110) ein erster Wellenleitergraben (170) und ein zweiter Wellenleitergraben (172) ausgebildet sind, wobei das Licht zu dem Fotodetektor zwischen dem ersten Wellenleitergraben (170) und dem zweiten Wellenleitergraben (172) gelenkt wird.
  18. System nach Anspruch 17, wobei eine erste Distanz zwischen dem ersten Wellenleitergraben (170) und dem zweiten Wellenleitergraben (172) an der Fotodiode kleiner ist als eine zweite Distanz zwischen dem ersten Wellenleitergraben (170) und dem zweiten Wellenleitergraben (172) an der Verjüngungsstruktur (120).
  19. System nach einem der Ansprüche 14, 16 und 17, wobei der Fotodetektor eine Germanium-Fotodiode umfasst.
  20. System nach Anspruch 19, wobei die Germanium-Fotodiode Folgendes umfasst: einen ersten Keulenabschnitt mit p dotiertem Germanium (162); einen zweiten Keulenabschnitt mit n dotiertem Germanium (166); und einen Halsabschnitt (164) zwischen dem ersten Keulenabschnitt (162) und dem zweiten Keulenabschnitt (166), wobei der Halsabschnitt (164) eigenleitendes Germanium enthält.
DE112013007697.7T 2013-12-20 2013-12-20 Fotodetektor mit einer sich verjüngenden Wellenleiterstruktur sowie Verfahren und System Active DE112013007697B4 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/US2013/077313 WO2015094377A1 (en) 2013-12-20 2013-12-20 Photodetector with tapered waveguide structure

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE112013007697T5 DE112013007697T5 (de) 2016-09-08
DE112013007697B4 true DE112013007697B4 (de) 2021-12-09

Family

ID=53403456

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE112013007697.7T Active DE112013007697B4 (de) 2013-12-20 2013-12-20 Fotodetektor mit einer sich verjüngenden Wellenleiterstruktur sowie Verfahren und System

Country Status (7)

Country Link
US (1) US9831374B2 (de)
EP (1) EP3084844A4 (de)
JP (1) JP6382313B2 (de)
KR (1) KR101963485B1 (de)
CN (1) CN105981184B (de)
DE (1) DE112013007697B4 (de)
WO (1) WO2015094377A1 (de)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6648008B2 (ja) 2013-06-12 2020-02-14 マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー 光変調器、波長分割多重システムおよび光変調器デバイス
US11105974B2 (en) * 2015-06-30 2021-08-31 Massachusetts Institute Of Technology Waveguide-coupled silicon-germanium photodetectors and fabrication methods for same
US10139563B2 (en) * 2015-12-30 2018-11-27 Stmicroelectronics Sa Method for making photonic chip with multi-thickness electro-optic devices and related devices
US11036069B2 (en) * 2019-03-18 2021-06-15 Cisco Technology, Inc. Optical modulator using monocrystalline and polycrystalline silicon
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
US11600737B2 (en) * 2021-03-16 2023-03-07 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Germanium-based sensor with junction-gate field effect transistor and method of fabricating thereof

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110156183A1 (en) 2009-12-31 2011-06-30 Ansheng Liu Integrated optical receiver architecture for high speed optical i/o applications

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5054871A (en) * 1990-07-02 1991-10-08 Bell Communications Research, Inc. Semiconductor waveguide and impedance-matched detector
US5391869A (en) * 1993-03-29 1995-02-21 United Technologies Corporation Single-side growth reflection-based waveguide-integrated photodetector
GB2355312B (en) * 1999-10-13 2001-09-12 Bookham Technology Ltd Method of fabricating an integrated optical component
JP2001313414A (ja) * 2000-04-28 2001-11-09 Sharp Corp フォトダイオードアレイ
US6819839B2 (en) 2002-07-23 2004-11-16 Intel Corporation Tapered waveguide photodetector apparatus and methods
US6808957B1 (en) * 2003-07-31 2004-10-26 Chunghwa Telecom Co., Ltd. Method for improving a high-speed edge-coupled photodetector
CN100440522C (zh) * 2003-11-20 2008-12-03 斯欧普迪克尔股份有限公司 硅基肖特基势垒红外光检测器
JP5243256B2 (ja) * 2005-11-01 2013-07-24 マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー モノリシックに集積化された半導体材料およびデバイス
US20080105940A1 (en) 2006-06-15 2008-05-08 Sioptical, Inc. SOI-based inverse nanotaper optical detector
US8791405B2 (en) * 2009-12-03 2014-07-29 Samsung Electronics Co., Ltd. Optical waveguide and coupler apparatus and method of manufacturing the same
US9323010B2 (en) * 2012-01-10 2016-04-26 Invensas Corporation Structures formed using monocrystalline silicon and/or other materials for optical and other applications

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110156183A1 (en) 2009-12-31 2011-06-30 Ansheng Liu Integrated optical receiver architecture for high speed optical i/o applications

Also Published As

Publication number Publication date
KR101963485B1 (ko) 2019-03-28
CN105981184A (zh) 2016-09-28
CN105981184B (zh) 2018-04-27
EP3084844A4 (de) 2017-09-06
JP2017504958A (ja) 2017-02-09
EP3084844A1 (de) 2016-10-26
WO2015094377A1 (en) 2015-06-25
JP6382313B2 (ja) 2018-08-29
DE112013007697T5 (de) 2016-09-08
KR20160074606A (ko) 2016-06-28
US9831374B2 (en) 2017-11-28
US20160300972A1 (en) 2016-10-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112013007697B4 (de) Fotodetektor mit einer sich verjüngenden Wellenleiterstruktur sowie Verfahren und System
DE102012025727B3 (de) Zugverformte halbleiter-photonenemissions- und -detektionsanordnungen und integrierte photonische systeme
DE112014000444B4 (de) Integrierte fotonische Halbleiterstruktur mit einem Fotodetektor und einem CMOS-Bauteil sowie Verfahren zu dessen Herstellung
DE69434745T2 (de) Verfahren zur Herstellung eines Aggregats von Mikro-Nadeln aus Halbleitermaterial und Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements mit einem solchen Aggregat
US8824837B2 (en) Integration of optoelectronics with waveguides using interposer layer
CN103688428B (zh) 高效绝缘体上硅光栅耦合器
DE112015003335T5 (de) Optischer Koppler
DE112013004345B4 (de) Halbleiter-Einheit und Verfahren zu deren Herstellung
DE112013005582T5 (de) Kontaktfleckstruktur für eine Silicium-Durchkontaktierung
DE102012216433B4 (de) Photodetektor und verfahren zum herstellen und betrieb desselben
DE102010060838A1 (de) Vorrichtung und Verfahren für Lichtwellenleiter und Optokoppler, sowie Herstellungsverfahren dafür
CN102947953A (zh) 具有增强的电磁辐射探测的器件和相关方法
DE102020131217A1 (de) Vertikaler String-Treiber mit erweiterter Gate-Übergang-Struktur
DE112015007202T5 (de) Mikroelektronische vorrichtungen mit eingebetteten substrathohlräumen für datenübertragungen von vorrichtung zu vorrichtung
DE112013003336T5 (de) Integrierte optoelektronische Vorrichtung mit Wellenleiter und Herstellungsverfahren derselben
CN112204459A (zh) 电吸收调制器
DE102020130278A1 (de) Integrierter photonischer sendeempfänger
DE102022118617A1 (de) Aufbau- und Verbindungstechnik für eine NV-Zentren basierende quantentechnologische Vorrichtung
CN103713357A (zh) 一种硅基光波导偏振转换器及其制备方法
DE19838430A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Arrays von Photodetektoren
DE102021129493A1 (de) Silizium-auf-isolator-chipstruktur mit substrat-eingebettetem optischen wellenleiter und verfahren
DE19838442C1 (de) Verfahren zur Herstellung von Photodetektoren
DE102021109737A1 (de) Germaniumhaltiger photodetektor und verfahren zu seiner herstellung
DE19838373C2 (de) Verfahren zur Herstellung eines Arrays von Dünnfilmphotodioden
DE112017008306T5 (de) Halbleiterbauelement mit gestapelten transistoren und einer mehrfach-schwellenspannungssteuerung

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R082 Change of representative

Representative=s name: SAMSON & PARTNER PATENTANWAELTE MBB, DE

R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H01L0031120000

Ipc: H01L0031023200

R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final