TW200814345A - Inverted planar avalanche photodiode - Google Patents

Inverted planar avalanche photodiode Download PDF

Info

Publication number
TW200814345A
TW200814345A TW096125818A TW96125818A TW200814345A TW 200814345 A TW200814345 A TW 200814345A TW 096125818 A TW096125818 A TW 096125818A TW 96125818 A TW96125818 A TW 96125818A TW 200814345 A TW200814345 A TW 200814345A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
layer
multiplication
type
semiconductor material
doped region
Prior art date
Application number
TW096125818A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI353066B (en
Inventor
Alexandre Pauchard
Michael T Morse
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 TW200814345A publication Critical patent/TW200814345A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI353066B publication Critical patent/TWI353066B/zh

Links

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
    • H01L31/107—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiodes
    • H01L31/1075—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiodes in which the active layers, e.g. absorption or multiplication layers, form an heterostructure, e.g. SAM structure
    • 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
    • H01L31/107—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0352—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
    • H01L31/035272—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/035281—Shape of the body
    • 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

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Description

200814345 九、發明說明： 發明領域 本發明之實施例大致上係有關光學元件’更特別但非 5 排它地係有關光檢測器。 I：先前技術】 發明背景 隨著網際網路資料流量生長速率的超越語音資料流 量，對快速有效的以光為基礎的技術的需求增加，促使需 10 要進行光纖通訊。於密集波長分割多工(DWDM)系統中， 多光纖通道於同一光纖上傳輸提供使用由光纖所提供之史 無前例的能力（信號頻寬)之簡單使用之道。系統中常用的光 學元件包括波長分割多工(WDM)發射器及接收器、濾光片 諸如繞射光柵、薄膜濾光片、纖維布拉格光柵、陣列化波 15導光柵、光學加/減多工器、雷射、光交換器及光檢測器。 光二極體經由將入射光轉換成為電信號而可用作為光檢測 器來檢測光。電路可耦接至光檢測器，來接收表示入射光 之電化號。然後電路可根據期望之應用來處理電信號。突 崩式光檢测器提供内部電增益，因此具有適合用於極微弱 光k號檢測之南敏感度。 【明内3 依據本發明之一實施例，係特地提出一種裝置，其包 έ.包括一第一型半導體材料之一半導體基體層；設置鄰 近於該半導體基體層之包括該第一型半導體材料之一倍增 5 200814345 層；設置鄰近於該倍增層之包括一第二型半導體材料之一 • 吸收層，讓該倍增層係設置於該吸收層與該半導體基體層 _ 間，其中該吸收層經光耦合來接收與吸收一光束；以及界 定於該倍增層之與該吸收層相對之一表面上之該第一型半 , 5 導體材料之一個n+摻雜區，其中於該倍增層中產生一高電 場，來使響應於該吸收層中所接收之光束的吸收而光激產 生之電荷載子倍增。 圖式簡單說明 ® 將參照下列圖式說明本發明之非限制性且非排它性實 10施例，其中除非另行載明，否則相同的元件符號係指各圖 間類似的元件。 第1圖為略圖，顯示於根據本發明之教示之一系統中， 具有一倍增層介於一吸收層與一半導體基體層間之一種反 向平面突崩式光檢測器之剖面圖。 15 【實施方式】 較佳實施例之詳細說明 • 揭不反向平面突崩式光二極體(APD)之方法及裝置。於 ， 後文"兄明中’陳述多量特定細節以供徹底瞭解本發明。但 热諳技藝人士須瞭解特定細節無需用於實施本發明。於其 2〇它情況下，眾所周知之材料及方法未經說明其進一步細節 以免混淆本發明。 一本說明書全文中述及「-個實施例 」或「一實施例」， 表示就該實施例所述之特定特徵、結構或特性係含括於至 少-個本發明之實施例。如此，於本說明書全文中各處出 200814345 現「於一個貫施例中」或「於實施例」等詞，並非必要 全部皆係指同一個實施例。此外，特定特徵、結構或特性 可以任一種適當方式組合於一個實施例或多個實施例。此 外’須瞭解此處提供之圖式係供對熟諳技藝人士舉例說明 5 之用，圖式並非必然照比例繪製。此外，須瞭解於本揭示 所述之特定實例摻雜濃度、厚度、及材料等係供舉例說明 之用，其它掺雜濃度、厚度及材料等可根據本發明之教示 使用。 第1圖為略圖，大致上顯示根據本發明之實例，包括反 10向平面突崩式光檢測器（APD) 101之一種系統102之剖面 圖。於所示實例中，光或光束124係由光源139導向APD 1〇1。依據特定應用用途而定，光束124可源自於光源139或 可由光源139反射。於一個實例中，光束124視需要可由光 源139直接導向至APD 101或聚焦於APD 101，或可經由一 15 光學元件137而導引至APD 101。 於第1圖所示之實例中，須注意光或光束124係顯示為 由「頂部」導引至APD 101供解說之用。但於另一個實例中， 須瞭解根據本發明之教示，光或光束124可由「頂部」或「底 部」導引至APD 101。 須瞭解一個或多個APD 101可用於多項應用用途及組 態。例如依據特定用途而定，須瞭解APD 101可個別用來例 如檢測於電信中之較低功率光束124中編碼的信號。於另〆 個實例中，APD 101可為設置成一陣列或一網格來感測影像 等之多個APD之一。例如類似於互補金氧半導體(CMOS)感 7 200814345 測器陣列等，设置於網袼之一陣列APD可用來感測影像。 於一個實例中，光學元件137包括一透鏡或其它類型的 折射光學元件或繞射光學元件，讓影像以包括光束124的照 明被導引至APD 101之陣列上或聚焦於陣列上。光束124包 5括可見光、紅外光及/或跨可見光譜至紅外光譜之波長的組 合等。例如，於一個實例中，APD 1〇1對具有波長於約1〇 微米至1.6微米範圍之光束124敏感。 於所示實例中，APD 1〇1就功能上而言為可轉換光信號 成為電信號之一光二極體與可以增益倍增檢測得之信號之 10 —放大器之組合。如實例顯示，APD 101包括一半導體基體 層103、設置鄰近於該半導體基體層之一倍增層1〇7、及一 设置於该倍增層107之一吸收層109，故倍增層1 〇7係設置於 該半導體基體層103與吸收層1〇9間。於所示實例中，半導 體基體層103及倍增層1〇7皆包括一第一型半導體材料諸如 15矽；吸收層1〇9包括第二型半導體材料，諸如鍺或鍺-矽合 金材料。
於該實例中，外部偏壓電壓V+可施加至接點121與122 間之APD 101。於各個實例中，外部偏壓電壓v+之典型電 壓值係大於或等於20伏特。於其它實例中，須瞭解根據本 2〇 發明之教示，其它電壓值可用於外部偏壓電壓V+。如該實 例所示，接點121係經由一 n+摻雜第一型半導體區m而麵 接至該倍增層107 ;以及一接點122係經由一p+摻雜第二型 半導體區113而耦接至吸收層109。n+摻雜區ill及p+摻雜區 113根據本發明之教示，可協助改良接點121及122與APD 8 200814345 101之歐姆接觸。.、 如第1圖之實例所示，n+摻雜區111係界定於一表面123 上，或倍增層107之與吸收層109之對侧上。換言之，奸摻 雜區111係界定於與半導體基體層1〇3同側之該倍增層1〇7 5 之表面123上。為了近接於倍增層107之表面123之Π+摻雜區 H1，根據本發明之教示，n+摻雜區111係界定於半導體基 體層103之一開口 1〇7内部。 於第1圖所示實例中，APD 101就電場強度而言於功能 上包括二區，一區係於吸收區109，其中施加外部偏壓電壓 10 V+至APD 101而形成低電場。於一個實例中，存在於吸收 層109之低電場約為100千伏特/厘米。另一個電場區係於倍 增層107 ’其中根據本發明之教示，經由含括於ApD 1〇1之 各£之換雜》辰度來形成《^南電場。於一個實例中，存在於 倍增層107之高電場約為500千伏特/厘米。 15 操作時，光束124係經由吸收層1〇9之頂面119被導引通 過而導引入吸收層109内部。若光子能係等於或高於低電場 吸收層109内部之半導體材料（例如鍺/鍺_石夕合金）之帶隙 能’則自由態電荷載子或電子-電洞對初步係藉光束丨24之 入射光子而於吸收層109由光激產生。此等由光激產生之電 20荷載子於第1圖顯示為電洞131及電子133。 施加外部偏壓電壓V+至APD 101，結果導致於吸收層 109之低電場’根據本發明之教示，電洞131係朝向耦接於 吸收層109之介電122加速，而電子133係朝向由吸收層109 至倍增層107之接點121加速。 9 200814345 由於吸收層109之低電場結果，當電子133及電洞131 被注入倍增層107之高電場中時，電子133係與電洞131分 開。碰撞游離係發生於當電子133獲得高動能，且與倍增層 中之半導體材料中的其它電子碰撞時發生，結果導致額外 5電子電洞對，顯示為於吸收層109所產生之電洞131及電子 133 ’結果導致電子-電洞對之至少一分量變成光流之一部 分。根據本發明之教示，此種碰撞游離的連鎖結果導致載 子倍增。突崩式倍增持續發生，直到電子133由APD 101之 主動區移動出，移動至接點121為止。 10 於第1圖所示實例中，須瞭解吸收層109未經蝕刻，因 此全然為平面。相反地，該實例所示之半導體基體層1〇3部 分於APD 101之製造過程中被移除俾便近接倍增層1〇7之表 面123。藉此方式，n+摻雜區11丨可被植入於倍增層1〇7之表 面123上。於一個實例中，n+摻雜區m係用來橫向界定倍 15增層107。於一個實例中，包括接點121之金屬層隨後可經 由開口 117而耦接至n+摻雜區。 第1圖也顯示一保護環結構115也含括於APD 101，於所 示實例中，該保護環結構顯示為環繞n+摻雜區之一浮動保 護環，其具有n+摻雜半導體材料設置於倍增層表面123上。 20於另一個實例中，須瞭解保護環結構115無需如第1圖顯示 為浮動，反而可耦接至已知電位。於多個實例中，根據本 發明之教示，保護環結構115可協助防止或減少倍增層夏 中之過早邊緣崩潰。 於一個實例中，APD 101之製造可始於低摻雜矽層。於 200814345 個貝例中，此種低摻雜石夕層例如可為石夕基體。於另一個 實例中，此種低摻雜矽層可為於矽或絕緣體上矽(SQI)晶圓 頂上或上方磊晶式生長之矽層。於第丨圖所示實例中，此種 低摻雜石夕層顯示為倍增層107。 5 第1圖所示實例顯示SOI晶圓之包埋氧化物層，係以二 氧化矽層105舉例說明。s〇I晶圓之矽基體層於第1圖中舉例 說明為矽基體層1〇3。於其中未使用s〇I晶圓之一個實例 中，根據本發明之教示，並未含括二氧化矽層1〇5。於一個 實例中’倍增層107之摻雜濃度相當低，諸如1E15 cm_3。 10於一個實例中，倍增層107之厚度係於約〇·2微米至1微米之 範圍。確實，若倍增層107太薄，則增益將過低；而若過厚， 則APD 101之裝置頻寬將過低。 繼續該實例，然後包括鍺材料之吸收層109磊晶式生長 於倍增層107上。於一個實例中，鍺吸收層1〇9選用丨微米厚 15度。但於其它實例中，鍺吸收層丨〇9之厚度可增加來提高反 應性，或可降低來加快檢測器速度。於一個實例中，鍺吸 收層109之摻雜濃度也相當低，例如為1E15 cm-3。 於該實例中，隨後例如使用離子植入技術、擴散方法 或另一種適當技術，將頂p+摻雜區113形成於鍺吸收層ι〇9 2〇之頂面119内或頂面119上。於一個實例巾，,p+推雜區⑴具 有相當高摻雜濃度，例如高於5E19cm_3來提供接點122之良 好I姆接觸。須注意於第旧所示實例中，p+捧雜區係位於 頂面119上；但於另一個實例中，p+摻雜區113也構成於吸 收層109上蠢晶式生長之一層，於該種情況下，計接雜區⑴ 11 200814345 並非位於吸收層109之頂面119之外側。 持續該說明例，然後矽基體層103使用標準拋光技術減 薄至例如約80微米或以下之厚度。於一個實例中，石夕基體 層103之終厚度須為薄來協助隨後的處理步驟，但秒基體層 5 103之終厚度也須夠厚來維持強勁。確實，若晶圓太薄，則 晶圓變成太脆而容易破裂。 如弟1圖所不’根據本發明之教不’若適用時，於元件 之主動區下方區域例如使用濕蝕刻或乾蝕刻蝕刻去除，來 形成開口 117,通過矽基體層103及二氧化矽氧化物層1〇5暴 1〇露出或提供近接至倍增層107之表面123。於該實例中，開 口 117須夠大來允許進行隨後之處理步驟。於一個實例 中，其中未使用SOI晶圓，因此未包括二氧化矽層1〇5，石夕 基體層103為根據本發明之教示，被蝕刻來界定開口 ιΐ7， 來暴露出或提供近接倍增層1〇7表面123之開口 ιι7之該矽 15 層。 繼續該實例，然後使用離子植入或擴散技術或任何其 它適當技術經由開口 117，將11+摻雜區ln界定於倍增層1〇7 表面123上。於該實例中，n+摻雜區ηι用來協助提供電連 接至矽磊晶倍增層1〇7。一旦形成#摻雜區m，使用金屬 2〇化層或其它適當技術，經由開口 Π7，讓接點121耦接至n+ 摻雜區。於一個實例中，為了避免倍增層之過早邊緣崩潰， 如圖所不，保護環結構115也經由開口 117而界定於表面 123。於多個實例中，可使用若干技術來避免邊緣崩潰，諸 如使用第1圖所示之浮動保護環結構115。於另一個實例 12 200814345 中，根據本發明之教示，另一個接點可耦接至保護環結構 115來將保護環結構115係於已知電位。於一個實例中，雙 重植入或擴散或其它適當技術可用來經由如圖所示之開口 117形成保護環結構115。 5 須瞭解，因如前文討論，石夕基體層103係經飿刻來形成 開口 117，故APD 101並非全平面裝置。但須注意經蝕刻來 界定開口 117之矽基體層103該區對APD 101之裝置效能並 無特殊限制，故因蝕刻減少結果對APD 101之效能不會造成 不良影響。此外，APD 101無需沉積被動層於暴露出的蝕刻 10 面諸如表面123上。 開口 117係藉如前文討論之蝕刻設置，提供完全近接至 倍增層107之表面123，當植入或擴散n+摻雜區U1及保護環 結構115時允許精密控制。確實，由開口 117所提供之完全 近接，可準確界定APD 101之此區於倍增層1〇7之表面123 15上，因此根據本發明之教示，可防止邊緣崩潰以及調整APE> 1〇1之垂直電場輪廓資料。 月述本發明之具體實施例之說明包括於摘要說明中之 說明並非意圖為排它或限於所揭示之精密形式。如相關技 云瞭解_然本發明之特定實施例及實例於此處說明供舉 Η兒月之用，但其各種相當精緻及修改皆屬可能。確實， 須，解任何特定波長、尺寸、材料 '時間、電壓、功率範 圍等係供舉例說明之用，根據本發明之教示，於其它實施 例中也可採用其它數值。 ^於别文4細說明，謂本發明之實施例做出此等修 13 200814345 .改。後文說明中所使用之術語不可視為囿限本發明於說明 * 書及申請專利範圍中所揭示之特定實例。反而發明之範圍 ' 係由如下申請專利範圍完全決定，申請專利範圍須根據已 確立的申請專利範圍闡釋原理解譯。 5 t圖式簡單說明：！ _ 第1圖為略圖，顯示於根據本發明之教示之一系統中， 具有一倍增層介於一吸收層與一半導體基體層間之一種反 向平面突崩式光檢測器之剖面圖。 • 【主要元件符號說明】 101…APD、反向平面突崩式光 115·.·保護環結構 檢測器 117…開口 102...系統 119…頂面 103…矽基體層、半導體基體層 121…接點 105·.·二氧化石夕層、氧化物層 122…接點 107···倍增層、矽倍增層 123…表面 109...吸收層、鍺吸收層 124…光或光束、光束 111.·.η+推雜區、n+推雜第一型 131…電洞 半導體區 B3...電子 113··.!^摻雜區、p+摻雜第一型 137…光學元件、透鏡 半導體區 139...光源 14

Claims (1)

  1. 200814345 十、申請專利範圍： I 一種裝置，包含： 包括一第一型半導體材料之一半導體基體層； 設置鄰近於該半導體基體層之包括該第一型半導 5 體材料之一倍增層； 設置鄰近於該倍增層之包括一第二型半導體材料 之一吸收層，讓該倍增層係設置於該吸收層與該半導體 基體層間，其中該吸收層經光耦合來接收與吸收一光 束；以及 1〇 界定於該倍增層之與該吸收層相對之一表面上之 該第一型半導體材料之一個n+摻雜區，其中於該倍增層 中產生一高電場，來使響應於該吸收層中所接收之光束 的吸收而光激產生之電荷載子倍增。 2.如申請專利範圍第1項之裝置，其中該n+摻雜區係界定 15 於一開口内部，其中該開口係穿經該半導體基體層界定 來接達該倍增層。 3·如申請專利範圍第1項之裝置，其中該第一型半導體材 料包括矽；及該第二型半導體材料包括鍺或鍺_矽合金。 4·如申請專利範圍第3項之裝置，其中該倍增層包括石夕。 20 5·如申請專利範圍第4項之裝置，其中該吸收層包括蠢晶 式生長於該倍增層上之一鍺層。 6·如申請專利範圍第〗項之裝置，其進一步包含於該倍增 層之與該吸收層相對之該表面上環繞該n+摻雜區界定 之一保遵壤結構。 15 200814345 7·如申請專利範圍第6項之裝置，其中該保護環結構為包 括η+摻雜型半導體材料之一浮動保護環。 8·如申請專利範圍第6項之裝置，其中該保護環結構係耦 接至一已知電位。 9·如申請專利範圍第丨項之裝置，其進一步包含分別耦接 至該吸收層及倍增區中之該n+摻雜區之第一接點及第 二接點，用來接收一外部偏壓電壓俾於該吸收層中形成 一低電場。 10·如申請專利範圍第9項之裝置，其進一步包含耦接至該 第一接點之於該吸收層中之一個ρ+掺雜區。 11.如申請專利範圍第丨項之裝置，其進一步包含設置於該 半導體基體層與該倍增層間之一絕緣體上矽晶圓之一 個氧化物層。 12·種方法’其包含有下列步驟： 導引一光束至包括一第一型半導體材料之一吸收 層； 吸收至少部分該光束來於該吸收層中光激產生電 子-電洞對； 使電子加速離開該吸收層進入設置於該吸收層與 一個半導體基體層間之一倍增層，該倍增層及該半導體 基體層包括一第二型半導體材料，該倍增層包括一個η+ 換雜區，該η+摻雜區係界定於該倍增層之與該吸收層相 對之一表面上，且該η+摻雜區係鄰近於該半導體基體 層；以及 16 200814345 一 以該倍增層中之一高電場來倍增該吸收層中所光 激產生之電子。 13·如申請專利範圍第12項之方法，其進一步包含於耦接至 及收層中之一個P+摻雜區之一第一接點與麵接於界定 5 於該倍增層之與該吸收層相對之該表面上之該Π+摻雜 區之一第二接點間，施加一外部偏壓電壓，來於該吸收 層中形成一低電場，俾使電子加速由該吸收層送出而進 入一倍增層。 14·如申請專利範圍第13項之方法，其中施加該外部偏壓電 1〇 壓之步驟包含在穿過該半導體基體層界定之一開口内 部接達該n+摻雜區，來施加該外部偏壓電壓至該奸摻雜 區〇 15·如申明專利範圍第丨2項之方法，其中倍增該吸收層中經 光激產生之電子的步驟包含以該倍增層中之該高電場 15 碰撞游離該等電子。 16·如申請專利範圍第12項之方法，其中該第一型半導體材 料包含鍺或鍺-矽合金;及該第二型半導體材料包括矽。 17·如申請專利範圍第16項之方法，其中該倍增層包括矽·, 及$亥吸收層包括於该碎上羞晶式生長之鍺。 20丨8·如申请專利範圍第12項之方法.，其進一步包含以於該倍 增層之與該吸收層相對之該表面上，環繞該n+摻雜區界 定之一保護環結構來減少該倍增層中之邊緣崩潰作用。 19. 一種系統，其包含有： 一個或多個突崩式光檢測器，該等一個或多個突崩 17 200814345 式光檢測器各自包括有乂 包括一第一型半導體材料之一半導體基體層； 設置鄰近於該半導體基體層之包括該第一型 半導體材料之一倍增層； 設置鄰近於該倍增層之包括一第二型半導體 材料之一吸收層，讓該倍增層係設置於該吸收層與 該半導體基體層間，其中該吸收層經光麵合來接收 與吸收一光束； 界定於該倍增層之與該吸收層相對之一表面 上且鄰近於該半導體基體層之該第一型半導體材 料之一個n+摻雜區，其中於該倍增層中產生一高電 場，來使響應於該吸收層中所接收之該光束的吸收 而光激產生之電荷載子倍增；以及 用來導引一光束至該一個或多個突崩式光檢測器 上之一光學元件。 20·如申請專利範圍第19項之系統，其中該光學元件包含一 透鏡。 21·如申請專利範圍第19項之系統，其中該n+摻雜區係界定 於一開口内部，其中該開口係穿經該半導體基體層界定 來接達該倍增層。 22·如申請專利範圍第19項之系統，其中該第一型半導體材 料包括秒；及該第二型半導體材料包括錯或錯-碎合金。 23·如申請專利範圍第22項之系統，其中該倍增層包含矽。 2 4 ·如申請專利範圍第2 3項之系統，其中該吸收層包括磊晶 18 200814345 式生長於該倍增層上之一鍺層。 25.如申請專利範圍第19項之系統，其中該一個或多個突崩 式光檢測器進一步包含於該倍增層之與該吸收層相對 之該表面上環繞該n+摻雜區界定之一保護環結構。 5 26.如申請專利範圍第19項之系統，其中該一個或多個突崩 式光檢測器進一步包含分別耦接至該吸收層及該倍增 區中之該n+摻雜區之第一接點及第二接點，用來接收一 外部偏壓電壓，俾於該吸收層中形成一低電場。 27.如申請專利範圍第26項之系統，其中該一個或多個突崩 10 式光檢測器進一步包含耦接至該第一接點之於該吸收 層中之一個P+換雜區。 19
TW096125818A 2006-07-17 2007-07-16 Inverted planar avalanche photodiode TWI353066B (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/488,311 US7741657B2 (en) 2006-07-17 2006-07-17 Inverted planar avalanche photodiode

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW200814345A true TW200814345A (en) 2008-03-16
TWI353066B TWI353066B (en) 2011-11-21

Family

ID=38948401

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW096125818A TWI353066B (en) 2006-07-17 2007-07-16 Inverted planar avalanche photodiode

Country Status (6)

Country Link
US (1) US7741657B2 (zh)
CN (1) CN101490856B (zh)
DE (1) DE112007001622B4 (zh)
GB (1) GB2454607B (zh)
TW (1) TWI353066B (zh)
WO (1) WO2008011281A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI637529B (zh) * 2011-12-29 2018-10-01 英特爾股份有限公司 具有低崩潰電壓之突崩光二極體
TWI686961B (zh) * 2017-09-06 2020-03-01 日商日本電信電話股份有限公司 突崩式光二極體及其製造方法

Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7233051B2 (en) * 2005-06-28 2007-06-19 Intel Corporation Germanium/silicon avalanche photodetector with separate absorption and multiplication regions
US8022351B2 (en) * 2008-02-14 2011-09-20 California Institute Of Technology Single photon detection with self-quenching multiplication
US8242432B2 (en) * 2009-10-23 2012-08-14 Kotura, Inc. System having light sensor with enhanced sensitivity including a multiplication layer for generating additional electrons
US8513587B2 (en) * 2011-01-24 2013-08-20 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Image sensor with anti-reflection layer and method of manufacturing the same
US8368159B2 (en) * 2011-07-08 2013-02-05 Excelitas Canada, Inc. Photon counting UV-APD
US9201124B2 (en) * 2011-07-14 2015-12-01 National Semiconductor Corporation Die-sized atomic magnetometer and method of forming the magnetometer
US10312397B2 (en) 2011-12-29 2019-06-04 Intel Corporation Avalanche photodiode with low breakdown voltage
US9171996B2 (en) 2012-08-20 2015-10-27 Electronics And Telecommunications Research Institute Low-voltage high-gain high-speed germanium photo detector and method of fabricating the same
US9377581B2 (en) 2013-05-08 2016-06-28 Mellanox Technologies Silicon Photonics Inc. Enhancing the performance of light sensors that receive light signals from an integrated waveguide
US9391225B1 (en) * 2013-06-11 2016-07-12 Sandia Corporation Two-dimensional APDs and SPADs and related methods
US9698296B2 (en) * 2013-07-08 2017-07-04 Sifotonics Technologies Co., Ltd. Compensated photonic device structure and fabrication method thereof
CN103617968B (zh) * 2013-12-06 2016-01-20 中国电子科技集团公司第四十四研究所 Apd焦平面陈列芯片的封装装置
WO2015120583A1 (zh) * 2014-02-12 2015-08-20 华为技术有限公司 一种雪崩光电二极管及其制造方法
US9799689B2 (en) * 2014-11-13 2017-10-24 Artilux Inc. Light absorption apparatus
JP2017022175A (ja) * 2015-07-07 2017-01-26 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置およびその製造方法
WO2017019013A1 (en) * 2015-07-27 2017-02-02 Hewlett Packard Enterprise Development Lp Doped absorption devices
US10134936B2 (en) * 2015-09-18 2018-11-20 Argo AI, LLC APD focal plane arrays with backside vias
DE102016103113A1 (de) * 2016-02-23 2017-08-24 Vishay Semiconductor Gmbh Optoelektronische Vorrichtung
US10109671B2 (en) 2016-05-23 2018-10-23 Massachusetts Institute Of Technology Photodiode array structure for cross talk suppression
CN108110081B (zh) * 2018-02-01 2023-12-08 北京一径科技有限公司 异质结雪崩光电二极管
CN109728132B (zh) * 2018-12-18 2020-10-16 暨南大学 倒装型可见光增敏硅基雪崩光电二极管阵列的制备方法
FR3091024B1 (fr) * 2018-12-19 2021-03-05 St Microelectronics Crolles 2 Sas Photodiode à avalanche à photon unique
JP2020150002A (ja) * 2019-03-11 2020-09-17 株式会社リコー 受光回路、及びａｐｄアレイ装置
JP2020150001A (ja) * 2019-03-11 2020-09-17 株式会社リコー 受光回路、受光素子及びａｐｄアレイ装置
US12015384B2 (en) 2019-08-22 2024-06-18 Artilux, Inc. Photo-current amplification apparatus
TWI836135B (zh) 2019-08-28 2024-03-21 美商光程研創股份有限公司 具低暗電流之光偵測裝置
WO2022133655A1 (zh) * 2020-12-21 2022-06-30 华为技术有限公司 一种雪崩光电二极管

Family Cites Families (43)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL280435A (zh) * 1962-07-02
US4009058A (en) * 1975-06-16 1977-02-22 Rca Corporation Method of fabricating large area, high voltage PIN photodiode devices
JPS5421294A (en) * 1977-07-19 1979-02-17 Mitsubishi Electric Corp Avalanche photo diode
JPS5513907A (en) 1978-07-17 1980-01-31 Kokusai Denshin Denwa Co Ltd <Kdd> Avalnche photo diode with semiconductor hetero construction
DE2927183A1 (de) 1979-07-05 1981-01-08 Standard Elektrik Lorenz Ag Avalanche-photodiode
JPS61226976A (ja) 1985-03-30 1986-10-08 Fujitsu Ltd 半導体受光素子
CA1305350C (en) * 1986-04-08 1992-07-21 Hiroshi Amada Light receiving member
GB8913198D0 (en) * 1989-06-08 1989-07-26 British Telecomm Guard ring structure
DE4011860A1 (de) * 1990-04-09 1991-10-10 Siemens Ag Halbleiterelement mit einer silizium-schicht
JP2970815B2 (ja) * 1990-04-11 1999-11-02 株式会社東芝 半導体受光素子
JPH0493088A (ja) 1990-08-09 1992-03-25 Nec Corp アバランシェフォトダイオード
JPH04304672A (ja) * 1991-04-01 1992-10-28 Olympus Optical Co Ltd 固体撮像装置
US5401952A (en) * 1991-10-25 1995-03-28 Canon Kabushiki Kaisha Signal processor having avalanche photodiodes
US5596186A (en) * 1993-12-08 1997-01-21 Nikon Corporation High sensitivity silicon avalanche photodiode
JP3091903B2 (ja) * 1994-08-17 2000-09-25 セイコーインスツルメンツ株式会社 アバランシェ・フォト・ダイオード及びその製造方法
JP2701754B2 (ja) 1994-10-03 1998-01-21 日本電気株式会社 シリコン受光素子の製造方法
JP2601231B2 (ja) * 1994-12-22 1997-04-16 日本電気株式会社 超格子アバランシェフォトダイオード
US6074892A (en) * 1996-05-07 2000-06-13 Ciena Corporation Semiconductor hetero-interface photodetector
US5897371A (en) * 1996-12-19 1999-04-27 Cypress Semiconductor Corp. Alignment process compatible with chemical mechanical polishing
US5757057A (en) * 1997-06-25 1998-05-26 Advanced Photonix, Inc. Large area avalanche photodiode array
JP3141847B2 (ja) * 1998-07-03 2001-03-07 日本電気株式会社 アバランシェフォトダイオード
US6515315B1 (en) * 1999-08-05 2003-02-04 Jds Uniphase, Corp. Avalanche photodiode for high-speed applications
US6417528B1 (en) 2000-01-28 2002-07-09 Agere Systems Guardian Corp. High speed semiconductor photodetector
JP4702977B2 (ja) * 2000-04-28 2011-06-15 富士通株式会社 受光装置
KR100366046B1 (ko) * 2000-06-29 2002-12-27 삼성전자 주식회사 에벌란치 포토다이오드 제조방법
GB2367945B (en) * 2000-08-16 2004-10-20 Secr Defence Photodetector circuit
WO2002018574A2 (en) * 2000-08-25 2002-03-07 North Shore-Long Island Jewish Research Institute Human interleukin-four induced protein
US6384462B1 (en) * 2000-12-06 2002-05-07 Nova Crystals, Inc. Planar hetero-interface photodetector
JP4220688B2 (ja) * 2001-02-26 2009-02-04 日本オプネクスト株式会社 アバランシェホトダイオード
US6633716B2 (en) * 2001-05-02 2003-10-14 Motorola, Inc. Optical device and method therefor
FR2824664A1 (fr) * 2001-05-09 2002-11-15 St Microelectronics Sa Photodetecteur cmos comportant une photodiode en silicium amorphe
JP4157698B2 (ja) 2001-11-26 2008-10-01 ユーディナデバイス株式会社 半導体受光素子およびその駆動方法
US6720588B2 (en) * 2001-11-28 2004-04-13 Optonics, Inc. Avalanche photodiode for photon counting applications and method thereof
US7072557B2 (en) * 2001-12-21 2006-07-04 Infinera Corporation InP-based photonic integrated circuits with Al-containing waveguide cores and InP-based array waveguide gratings (AWGs) and avalanche photodiodes (APDs) and other optical components containing an InAlGaAs waveguide core
AU2003214995A1 (en) * 2002-02-01 2003-09-02 Picometrix, Inc. Planar avalanche photodiode
US6693308B2 (en) * 2002-02-22 2004-02-17 Semisouth Laboratories, Llc Power SiC devices having raised guard rings
DE60322233D1 (de) 2002-09-19 2008-08-28 Quantum Semiconductor Llc Licht-detektierende vorrichtung
US7122734B2 (en) * 2002-10-23 2006-10-17 The Boeing Company Isoelectronic surfactant suppression of threading dislocations in metamorphic epitaxial layers
JP4154293B2 (ja) * 2003-07-09 2008-09-24 株式会社日立製作所 アバランシェホトダイオード、光モジュール及び光受信器
TWI228320B (en) * 2003-09-09 2005-02-21 Ind Tech Res Inst An avalanche photo-detector(APD) with high saturation power, high gain-bandwidth product
US7271405B2 (en) * 2003-10-14 2007-09-18 Stc.Unm Intersubband detector with avalanche multiplier region
US7160753B2 (en) * 2004-03-16 2007-01-09 Voxtel, Inc. Silicon-on-insulator active pixel sensors
US7209623B2 (en) * 2005-05-03 2007-04-24 Intel Corporation Semiconductor waveguide-based avalanche photodetector with separate absorption and multiplication regions

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI637529B (zh) * 2011-12-29 2018-10-01 英特爾股份有限公司 具有低崩潰電壓之突崩光二極體
TWI686961B (zh) * 2017-09-06 2020-03-01 日商日本電信電話股份有限公司 突崩式光二極體及其製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN101490856B (zh) 2012-02-08
US7741657B2 (en) 2010-06-22
GB0901746D0 (en) 2009-03-11
CN101490856A (zh) 2009-07-22
DE112007001622B4 (de) 2013-02-21
GB2454607B (en) 2011-11-30
TWI353066B (en) 2011-11-21
WO2008011281A1 (en) 2008-01-24
US20080012104A1 (en) 2008-01-17
DE112007001622T5 (de) 2009-11-12
GB2454607A (en) 2009-05-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TW200814345A (en) Inverted planar avalanche photodiode
TW200814346A (en) Semi-planar avalanche photodiode
US10468543B2 (en) Microstructure enhanced absorption photosensitive devices
US7233051B2 (en) Germanium/silicon avalanche photodetector with separate absorption and multiplication regions
EP1877847B1 (en) Semiconductor waveguide-based avalanche photodetector with separate absorption and multiplication regions
US8269303B2 (en) SiGe photodiode
US20070152289A1 (en) Avalanche photodetector with reflector-based responsivity enhancement
EP2491571A2 (en) System having light sensor with enhanced sensitivity
CA2365499C (en) High speed and high efficiency si-based photodetectors using waveguides formed with silicides for near ir applications
KR102467958B1 (ko) 단파 적외선 스펙트럼 체계에 대한 게르마늄 기반 초점 평면 배열
JP6726248B2 (ja) 半導体受光素子、及び光電融合モジュール
JP2011053593A (ja) 光検出器の製造方法
JP2007522669A (ja) バイポーラトランジスタによる発生光の集積光導波路
JP2013187252A (ja) アバランシェフォトダイオード及びその製造方法
Hsieh et al. 850-nm edge-illuminated si photodiodes fabricated with CMOS-MEMS technology
WO2008042145A2 (en) System and method for providing a high frequency response silicon photodetector
EP1711850A1 (en) Seamlessly integrated optical wave guide for light generated by a semiconductor light source
JP2767877B2 (ja) 半導体受光素子の製造方法
WO2023249564A1 (en) A waveguide-integrated avalanche photodiode
JPH03152978A (ja) 半導体受光素子