具有光引导装置的光电器件以及形成该装置的方法制造方法及图纸

一种光电器件（２０），包括间接带隙半导体材料的本体（１４），该本体具有表面（１６）和位于该表面的一侧的光子活性区域（１２）。光引导装置（２２）与该本体整体形成在该表面的相反一侧。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
本专利技术涉及光电器件(optoelectronic devices)，更具体地，涉及包括引导光的 装置(arrangement)的器件。本专利技术也涉及为光电器件形成光引导装置的方法。一种已知类型的发光器件包括硅本体(body)中的结(junction)，该结被配置为 待被驱使进入雪崩或场发射击穿模式，由此发光。与这些器件关联的一个问题是，硅-氧化 物-空气界面处的内反射的临界角是由材料的折射率决定的。对于硅和空气，该临界角仅 为约15.3°，而考虑到发射的立体角，这意味着该器件产生的光之中仅有约1.8%将离开 该表面。此光的大部分以基本平行于该表面的方式离开该本体的表面，因此难以有效地把 此光耦合进与之间隔的光纤的输入端。也已知的是，半导体pn结二极管光探测器(detector)的运行速度是内置结电容 (built-in junction capacitance)的函数。通过减小该探测pn结的尺寸可以减小该内置 结电容，并且该探测二极管器件可以以更高的开关频率运行。然而，与此同时，也减小了该 探测器的敏感面积，从而导致探测到较小的光信号，这是人们不期望的。专利技术目的据此，本专利技术的一个目的在于提供一种光电器件以及形成用于该光电器件的光弓I 导装置的方法，借此，申请人相信至少可以缓解上述缺点。
技术实现思路
根据本专利技术，提供了一种光电器件，其包括本体，其具有一表面和一间接带隙半 导体材料(indirect bandgap semiconductor material)区域(region)；光子活性区域 (photonactive region)，其位于该表面的一侧；以及光引导装置，其与该表面的相反一侧 (opposite side)相邻。该光子活性区域可以是光发射区域和光探测区域中的至少一个。该间接带隙材料可以是Si、Ge和SiGe，但不限于此。在一个优选实施方案中，该 材料可以是Si，该光子活性区域可以包括形成于该硅材料中的pn结，并且该光引导装置可 以在该表面上限制(circumscribe) —光透射区(zone)。在其他实施方案中，可以使用其他 形式的光子活性区域，诸如嵌入到位于间接带隙材料区域或本体上的钝化层——例如二氧 化硅层——中的硅纳米晶体。该光引导装置可以整体形成在该表面上，例如通过使用标准CMOS工艺。在一些实施方案中，该光电器件可以是发光器件，其中该pn结在使用中是光发射 源，其用于使光透过该光透射区射向该光引导装置。在其他实施方案中，该光电器件可以是光电探测器(photodetector)器件，其中 该pn结在使用中是光电探测器，其用于透过该光透射区接收来自该光引导装置的光。该光引导装置可以包括交替的(alternate)光反射材料层和绝缘材料层的结构， 该结构形成了限定光通路的光反射侧壁，该通路与该区有光连通关系，并且其中该通路的 横截面积在远离该区的方向上增大。该光反射材料可以选自包括铝、铜、金和多晶硅的组。该侧壁可以包括该光反射材料层的暴露边缘(exposed edges)，该暴露边缘被如 下的光反射材料的环形区域联接，该环形区域包覆(clad)该绝缘材料层的相邻边缘。包覆 的光反射材料可以与该光反射层的材料相同。该暴露边缘和该环形区域中的至少一些可以相对于该通路的主轴成锐角地倾斜。 优选地，该环形区域和该暴露边缘中的全部都相对于该主轴倾斜。在一个优选实施方案中， 该角度在远离该区的方向上减小。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种为光电器件形成光引导装置的方法，该光 电器件包括具有一表面和一间接带隙半导体材料区域的本体以及位于该表面的一侧的光 子活性区域，该方法包括如下的步骤在该表面的相反一侧形成至少一个光反射材料层，以 在该表面上限制一光透射区并限定一光通路。该方法可以包括如下的步骤形成不止一个光反射材料叠层(superimposed layer)以限定该通路，并通过绝缘材料中间层将相邻的层彼此间隔开。该方法可以包括如下的步骤用光反射材料包覆所述中间层的与该通路相邻的边缘。 该方法可以包括如下的步骤向被包覆的边缘和光反射材料层的与该通路相邻的 边缘中的至少一些提供相对于该通路的主轴成锐角的斜面。该装置可以如下地形成利用传统CMOS技术，并将该光反射材料层中的第一层沉 积在该表面上；通过所述中间层之一将光反射材料的第一层与光反射材料层中的第二层分 隔开；利用通道限界(viadefinition)在该第一层和第二层之间形成一通道，并包覆该中 间层的与该通路相邻的边缘；以及分别为所述通道和光反射材料层的边缘形成斜面。在该方法的一种形式中，该通道的斜面和该光反射材料层的斜面可以被安排，以 向该通路提供抛物线形式的轮廓，该通道的斜面和该光反射材料层的边缘的斜面的角度可 以是恒定的，并且该通路的主轴与这些斜面之间的距离可以被选择，以使得所述角度与该 抛物线在该抛物线相应位置处的正切(tangent)之间的差最小化。在该方法的另一种形式中，该通道的斜面和该光反射材料层的斜面也可以被安 排，以向该通路提供抛物线形式的轮廓，但是该通道的斜面的角度和该光反射材料层的边 缘的角度可以是变化的，以在该抛物线的相应位置处实现该抛物线的正切。附图说明现在将仅通过实施例的方式，参考附图进一步描述本专利技术，在附图中图1是现有技术发光器件的示意表现，该器件包括硅本体中的pn结形式的光源。图2是穿过根据本专利技术的光电器件的第一实施方案的示意截面图，该光电器件的 形式是包括发射光(emitting light)引导装置的发光器件。图3是图解了该装置的一个实施方案的特定尺寸与角度之间的关系的图表。图4是图解了形成发射光引导结构一部分的多个光反射层的示意图。图5是该结构的更详细的截面图。图6(a)和(b)是图解了倾斜表面在由该结构限定的光通路的侧壁上的形成的视 图。图7是该结构的更详细的截面图。图8是该结构的另一个实施方案的示意图解。图9是现有技术光电探测器的示意表现。图10是穿过根据本专利技术的光电器件的第二实施方案的示意截面图，该光电器件 的形式是包括碰撞光(impinging light)引导装置的光电探测器。具体实施例方式作为
技术介绍
，已知的硅发光器件10的光辐射模式(pattern)被示出在图1中。 如在本说明书中介绍的，硅-氧化物-空气界面处的内反射的临界角β仅为约15. 3°。结 果是，在硅本体14中的结12处产生的光之中仅有约1. 8%离开该本体的表面16。此光的 大部分在基本平行于表面16的方向上离开该表面，因此难以有效地把此光耦合进与之间 隔的光纤19的输入端18。参考图2，根据本专利技术的形式为发光器件20的光电器件包括本体，其具有表面16 和间接带隙材料——诸如Si、Ge和SiGe——区域14 ；位于该表面的一侧的发光源12 ；以及 与表面16的相反一侧相邻的发射光引导装置22。该发射光引导装置用于使该光沿着通路 24聚焦远离该表面，以使得该光可以被更有效地耦合进光纤19的输入端18。在本说明书所示的实施方案中，区域14上的钝化层不一定被示出。本领域的技术 人员应理解，可以提供钝化层，从而前述表面则成为远离区域14的层的表面。发射光引导装置被整体形成在前述表面的相反一侧，在下文中将更详细地描述。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光电器件，包括：本体，其具有一表面和一间接带隙半导体材料区域；光子活性区域，其位于所述表面的一侧；以及光引导装置，其与所述表面的相反一侧相邻。

【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：M杜普利西斯，RF格雷维恩斯坦，AW包格奇，
申请(专利权)人：因萨瓦股份有限公司，
类型：发明
国别省市：ZA[南非]