具有缺陷辅助的硅吸收区域的雪崩光电二极管制造技术

具有缺陷辅助的硅吸收区域的雪崩光电二极管。一示例包括衬底；位于衬底上的硅层，硅层包括正掺杂区域、负掺杂区域和正掺杂区域与负掺杂区域之间的吸收区域，吸收区域在其晶体结构中包括缺陷；以及与正掺杂区域和负掺杂区域电通信以接收偏置电位的多个接触。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】具有缺陷辅助的硅吸收区域的雪崩光电二极管。一示例包括衬底；位于衬底上的硅层，硅层包括正掺杂区域、负掺杂区域和正掺杂区域与负掺杂区域之间的吸收区域，吸收区域在其晶体结构中包括缺陷；以及与正掺杂区域和负掺杂区域电通信以接收偏置电位的多个接触。【专利说明】具有缺陷辅助的硅吸收区域的雪崩光电二极管
技术介绍
传统上，计算机中的电子部件和其他电器之间的信号由铜导线或者其他金属互连来承载。数字电子器件的速度增加已经使这种类型的信号承载达到其极限，即使在单个集成电路芯片上的部件之间也是如此。光信号可承载远多于金属导体中的传统电信号的数据，并且这已经导致对集成电路芯片规模的光通信器件的需求。因为硅廉价并且与硅CMOS部件制造兼容，所以对于芯片上和芯片内的光信号，硅光子器件都已经受到广泛关注。高效的硅光学调制器、滤波器和波导已经直接建造在硅衬底上。由于倍增增益，雪崩光电二极管(APD)比PIN光电二极管灵敏十倍或者更高，因此对于硅芯片之间的低功率、高敏感度数据链接来说非常引人注目。 【专利附图】【附图说明】 附图没有按比例绘制。附图通过示例示出公开内容。 图1是具有缺陷辅助的硅吸收区域的雪崩光电二极管的示例的透视图。 图2是具有缺陷辅助的硅吸收区域的雪崩光电二极管的另一示例的透视图。 图3A是具有缺陷辅助的硅吸收区域的环形谐振器雪崩光电二极管的示例的俯视图。 图3B是沿图3A的线B-B截取的剖视图。 图3C类似于图3B，但是示出具有缺陷辅助的硅吸收区域以及单独的雪崩倍增区域的环形谐振器雪崩光电二极管的示例。 图4A到图4G是制造具有缺陷辅助的硅吸收区域的雪崩光电二极管的方法的示例的剖视图。 图5A到图5E是制造具有缺陷辅助的硅吸收区域的雪崩光电二极管的方法的另一示例的剖视图。 【具体实施方式】 附图和说明书中使用了说明性示例和细节，但是可存在并且可建议其他配置。参数如电压、温度、尺寸以及部件值是近似的。方向术语如上、下、顶部和底部仅为了方便用于指示部件相对于彼此的空间关系，并且除非另有指示，相对于外轴线的方向并不是严格的。为了清楚起见，一些已知的方法和结构不会被详细描述。权利要求限定的方法可包括除列出的那些步骤之外的步骤，并且除了如权利要求自身指示外，各步骤可以以给出的顺序以外的另一顺序执行。 硅APD可与其他硅光子器件和CMOS器件一起制造在单个硅衬底中，并且这使它们对于芯片之间的通信链接来说非常引人注目。但是，硅具有1.1电子伏特m的带隙，并且因此在光和近红外(1270到1740纳米(nm))波长处基本上是透明的。因为硅不能吸收足够的入射光信号，所以为了以这些波长操作，硅AH)需要在它们的吸收区域中包括例如锗或者铟镓砷化物(InGaAs)的其他材料。包括这种材料导致更复杂的制造序列，并且增加成本。此外，APD的噪声指数部分地由雪崩倍增区域中的k值(空穴碰撞电离率与电子碰撞电离率的比例)确定。如果具有k值=0.02(比大多数其他材料更好)的硅可以被用于雪崩倍增区域，则可获得出色的噪声指数。另外，由除了硅之外的材料制成的Aro需要远高于12伏特或较低的操作电压来操作其他数字电路，因此需要比APD能在仅12伏特的电位操作时所需要的电源更复杂的电源。存在对以12伏特或者较低的操作电位在近红外波长提供高增益和良好噪声性能的全硅APD的需求。 图1示出具有缺陷辅助的本征硅吸收区域的APD的示例。缺陷辅助的吸收区域提供具有良好增益和噪声性能的全硅APD。将缺陷辅助的吸收区域限制在小于约500nm的宽度，使得APD能够以12伏特或者较低的电位操作。 在图1的这个示例中，衬底100被氧化层102覆盖。氧化层上的硅层包括正掺杂区域104、负掺杂区域106以及正掺杂区域与负掺杂区域之间的吸收区域108，吸收区域在其晶体结构中具有缺陷。在该示例中，缺陷辅助的吸收区域还可用作APD的雪崩培增区域。在一些示例中，这些缺陷是离子诱导的。接触110和112分别与正掺杂区域104和负掺杂区域106电通信，用来接收偏置电位。 由于硅在近红外波长是透明的，因此由硅制成的吸收区域在近红外波长通常是低效的。但是，该缺陷辅助的吸收区域的晶体结构的诱导缺陷足以改变硅的光学特性，使得其在这些波长不是完全透明的，因此可有效的作为APD的吸收部分。 在横跨正掺杂区域104和负掺杂区域106的反向偏置电位的影响下，电场穿过缺陷辅助的吸收区域而在这些区域之间延伸，导致吸收区域108中的电子如箭头114所指示向负掺杂区域106迁移，并且空穴如箭头116所指示向正掺杂区域104迁移。当电场高于碰撞电离阈值时，缺陷辅助的吸收区域还用作雪崩倍增区域，这使得光生载流子效应倍增，并且在正掺杂区域和负掺杂区域两端产生输出信号。缺陷辅助的吸收区域108具有小于大约50nm的宽度118，以使器件能以不大于12伏特的电位运行。 在本示例中，以p+_1- n+(p〈sup>+〈/sup>-1-n〈sup>+〈/sup>)结构制造 APD。可通过外推来自于单位增益光响应的光电流来计算雪崩增益。由于硅的0.02的低k值，该器件具有低噪声指数。击穿电压由缺陷辅助的吸收区域108的宽度118确定，宽度118也是正掺杂区域和负掺杂区域之间的距离。通过将该距离缩减到大约400nm，实现了约5伏特的低击穿电压。 图2给出了具有缺陷辅助的硅吸收区域的APD的另一示例。如之前的示例中，衬底200被氧化层202覆盖。氧化层上的硅层包括正掺杂区域204、负掺杂区域206以及正掺杂区域与负掺杂区域之间的本征硅雪崩倍增区域208。接触210和212分别与正掺杂区域204和负掺杂区域206电通信，用来接收反向偏置电位，并在本征Si区域216中建立大的横向电场。 缺陷辅助的硅吸收区域214布置于掺杂区域204和206之间的雪崩倍增区域208的一部分216上，并且不与掺杂区域204和206接触。缺陷辅助的硅吸收区域214在其晶体结构中具有缺陷；在一些示例中，这些缺陷是离子诱导的。电接触218与缺陷辅助的吸收区域214电通信，用来接收偏置电位，在一些示例中，该偏置电位相对于正掺杂区域204是负的。 如之前的示例中，由于正掺杂区域204和负掺杂区域206两端的反向偏置，电场穿过雪崩倍增区域208在这些区域之间延伸，导致电子如箭头220所指示向负掺杂区域206迁移，并且空穴如箭头222所指示向正掺杂区域204迁移。通过使缺陷辅助的吸收区域214相对于正掺杂区域204负向偏置，所产生的光载流子将被从缺陷辅助的吸收区域214传输到雪崩倍增区域208。通过接近于雪崩击穿电压操作，实现了最大倍增增益。在一些示例中，因为具有晶体结构缺陷的缺陷辅助的吸收区域214与雪崩倍增区域208分开，所以这种结构与图1的示例中的结构相比，导致甚至更低的暗电流和更少的散射损耗。 图3A和图3B给出具有缺陷辅助的硅吸收区域的环形谐振器雪崩光电二极管的示例。衬底300上具有氧化层302。氧化层上的硅层中形成线性光波导304。硅层中形成圆形的第一电掺杂区域306，并且其被硅层中形成的环形缺陷辅助的吸收区域308包围。吸收区域308在其硅晶体结构中包括多个缺陷，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有缺陷辅助的硅吸收区域的雪崩光电二极管，所述光电二极管包括：位于衬底上的硅层，所述硅层包括正掺杂区域、负掺杂区域以及所述正掺杂区域与所述负掺杂区域之间的吸收区域，所述吸收区域在所述吸收区域的晶体结构中包括缺陷；以及与所述正掺杂区域和所述负掺杂区域电通信以接收偏置电位的接触。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄志宏，查理斯·M·圣托里，马科斯·菲奥伦蒂诺，雷蒙德·G·博索雷，
申请(专利权)人：惠普发展公司，有限责任合伙企业，
类型：发明
国别省市：美国;US