基于纳米线的光电二极管制造技术

基于纳米线的光电二极管１００和交叉指型ｐ－ｉ－ｎ光电二极管２００在光电二极管１００、２００的ｉ区域中使用ｉ型半导体纳米线１４０、２４０。基于纳米线的光电二极管１００、２００包括：掺杂有ｐ型掺杂物的第一半导体的第一侧壁１１０、２１２、２１０、掺杂有ｎ型掺杂物的第一半导体的第二侧壁１２０、２２２、２２０、以及横跨所述第一侧壁与所述第二侧壁之间的沟槽１３０、２３０的本征半导体纳米线１４０、２４０。沟槽在顶部宽于与衬底１５０、１６０、２５０邻近的底部。所述第一侧壁和所述第二侧壁之一或二者的第一半导体是单晶，并且所述第一侧壁、所述纳米线和所述第二侧壁一起形成所述光电二极管的ｐ－ｉ－ｎ半导体结。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及光电检测器。具体地说，本专利技术涉及使用纳米结构所制造的二极管 光电检测器。
技术介绍
光子互连或通信网络(例如光纤传输线路)中采用光电二极管来接收并且处理各 种光学信号。光电二极管的有源区域吸收光子通信网络的光学信号的光子。所述吸收将 光电二极管中的载流子分离，导致光子实质上被转换为一般称为“光电流”的电流或信 号。光电流然后用作光电二极管的输出。典型地，某种形式的光学器件用于收集来自输 入源(例如光纤缆线)的光学信号，并且将光学信号会聚在光电二极管上。光电二极管的 面积越大(或者等效地，光电二极管的有源区域的表面或接收面积越大)，关于会聚而言 对于光学器件方面的要求就越低。因此，在很多光子应用中，期望大面积光电二极管。遗憾的是，随着光子互连中的光学信号的数据速率增加，所采用的光电二极管 的面积通常必须变得更小，从而导致更高的光学器件、组装和测试成本。具体而言， 包括但不限于结电容以及渡越时间的光电二极管的特性一般与光电二极管的响应时间或 带宽有关并且倾向于对所述响应时间或带宽施加限制。例如，用于光子互连的具有大 于lOGb/s的数据速率的常规光电二极管可以具有被结电容与渡越时间的组合限制为大约 25-30微米(μ m)的直径。另一方面，虽然从光学器件角度来说是有吸引力的，但具有 100-150 μ m量级或更大的直径的大面积常规光电二极管无法为处于或超过lOGb/s的数 据速率提供充足的带宽。因此，相当大的兴趣在于提供一种用于实现相对大面积光电二 极管(例如具有100-150 μ m量级或更大的直径或边长尺寸的光电二极管)的装置，其展 现出足以适应处于或者超过lOGb/s的光学数据速率的低结电容和低渡越时间的组合。提 供这种装置将满足长期的需要。
技术实现思路
在本专利技术某些实施例中，提供一种基于纳米线的光电二极管。所述基于纳米线 的光电二极管包括第一侧壁。所述第一侧壁包括掺杂有P型掺杂物的第一半导体。所述 基于纳米线的光电二极管还包括第二侧壁，所述第二侧壁包括掺杂有η型掺杂物的第一 半导体。所述第二侧壁在衬底上与所述第一侧壁水平间隔开，以形成沟槽。所述沟槽的 顶部宽于与所述衬底邻近的沟槽的底部。所述第一侧壁和所述第二侧壁之一或二者的第 一半导体是单晶。所述基于纳米线的光电二极管还包括水平横跨所述沟槽从所述第一侧壁到达所述第二侧壁的纳米线。所述纳米线包括第二半导体，其为本征半导体。所述第 一侧壁、所述纳米线和第二侧壁一起形成p-i-n光电二极管。在本专利技术其它实施例中，提供一种交叉指型p-i-n光电二极管。所述交叉指型 p-i-n光电二极管包括多个第一手指，所述第一手指包括ρ型半导体。所述交叉指型p-i-n 光电二极管还包括多个第二手指，所述第二手指包括η型半导体。所述第二手指在衬底 上与所述第一手指水平间隔开并且散布于所述第一手指之间，以在相应的第一手指和第 二手指之间形成多个沟槽。所述沟槽的顶部宽于与所述衬底邻近的沟槽的底部。所述交 叉指型p-i-n光电二极管还包括水平横跨所述沟槽从所述第一手指的相应侧壁到达所述第 二手指的相应侧壁的多个纳米线。所述纳米线包括i型半导体。所述第一手指、所述纳 米线和所述第二手指一起形成多个交叉指型p-i-n半导体结。在本专利技术其它实施例中，提供一种制造基于纳米线的光电二极管的方法。所述 制造方法包括提供衬底，其具有绝缘衬底。所述制造方法还包括在绝缘衬底上形成 第一板和第二板，所述第一板包括ρ型半导体，所述第二板包括η型半导体。通过沟槽将 所述第二板与所述第一板间隔开，所述沟槽在远离所述绝缘衬底的顶部宽于与所述绝缘 衬底邻近的底部。所述制造方法还包括跨所述沟槽将纳米线从所述第一板的侧壁连接 到所述第二板的相对侧壁。所述纳米线包括i型半导体，以及所连接的纳米线形成p-i-n 半导体结。所述ρ型半导体和所述η型半导体之一或二者是单晶。本专利技术特定实施例具有其它特征，该其它特征是除了以上描述的特征之外的以 及代替以上描述的特征中的一者或二者。以下参照附图来详述本专利技术的这些特征以及其 它特征。附图说明参照结合附图的以下详细描述，本专利技术实施例的各种特征可以更容易理解，其 中，相同的标号表示相同的结构元件，并且其中图1示出根据本专利技术实施例的基于纳米线的光电二极管的截面图。图2Α示出根据本专利技术实施例的交叉指型p-i-n光电二极管的截面图。图2B示出根据本专利技术实施例的图2A所示的交叉指型p-i-n光电二极管的透视 图。图3示出根据本专利技术另一实施例的交叉指型p-i-n光电二极管的截面。图4示出根据本专利技术实施例的制造基于纳米线的光电二极管的方法的流程图。具体实施例方式本专利技术实施例提供一种基于纳米线的光电二极管，其采用p-i-n光电二极管的本 征(“i型”)或无掺杂的半导体纳米线。具体而言，根据本专利技术，i型半导体纳米线桥 接在ρ型掺杂的半导体与η型掺杂的半导体之间，以形成p-i-n光电二极管。桥接纳米线 由空气或另一低介电常数材料围绕。因此，p-i-n光电二极管的本征区域或i区域的有效 介电常数低于或者显著低于i型半导体自身的有效介电常数。较低的有效介电常数有助 于实现与常规p-i-n光电二极管结构相比具有低电容的各个实施例的p-i-n光电二极管。 此外，由于相对较低的有效介电常数，可以通过将纳米线的长度保持为短而不会明显增加电容来实现本专利技术各个实施例的p-i-n光电二极管的i区域的相对低的渡越时间。提供 相对低的电容以及同时促进短渡越时间的组合使得本专利技术各个实施例的基于纳米线的光 电二极管能够提供高的带宽(例如快速或非常快速的响应时间)。例如，根据本专利技术某些 实施例的p-i-n光电二极管可以用在具有大于lOGb/s带宽的光子互连中。在某些实施例中，使用本专利技术的基于纳米线的光电二极管提供一种大面积p-i-n 光电二极管。例如，大面积p-i-n光电二极管可以具有大约100至150微米(μ m)的直 径(例如圆形)或边长(例如矩形)。例如，大面积p-i-n光电二极管可以减轻对于用于 将信号会聚在p-i-n光电二极管上的光学器件的严格会聚要求。然而，作为本专利技术某些 实施例的基于纳米线的光电二极管的相对较低的介电常数的结果，可以实现短渡越时间 和低电容的组合，其支持这种大面积p-i-n光电二极管的高带宽操作。例如，根据本专利技术 某些实施例，可以实现具有10-40皮秒(ps)渡越时间和仅几百飞法拉(fF)电容的100至 150 μ m直径或边长的p-i-n光电二极管。根据各个实施例，本专利技术的基于纳米线的光电二极管包括p-i-n光电二极管结 构，其中，i型区域是由跨P型掺杂的半导体区域与η型掺杂的半导体区域之间的沟槽桥 接的一个或多个纳米线提供的。ρ型半导体区域和η型半导体区域可以是使用常规沉积方 法所形成的单晶半导体。在各个实施例中，沟槽的侧壁远离沟槽的中心倾斜或者歪斜。侧壁的倾斜有助 于将入射光学信号耦合到光子被吸收的p-i-n光电二极管的有源区域(例如(一个或多个) 纳米线所提供的i区域)。例如，侧壁的倾斜倾向于将光反射到光子可能被吸收的纳米线 中。此外，根据本专利技术各个实施例，侧壁的倾斜可以增加p-i-n光电二极管的有源区域 相对于非有源区域的面积。例如，在交叉指型p-i-n光电二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于纳米线的光电二极管１００、２００，包括：　　第一侧壁１１０、２１２，其包括掺杂有ｐ型掺杂物的第一半导体；　　第二侧壁１２０、２２２，其包括掺杂有ｎ型掺杂物的所述第一半导体，所述第二侧壁１２０、２２２在衬底１５０、１６０、２５０上与所述第一侧壁１１０、２１２水平分隔开以形成沟槽１３０、２３０，其中沟槽１３０、２３０的顶部宽于与所述衬底１５０、１６０、２５０邻近的沟槽１３０、２３０的底部，所述第一侧壁１１０、２１２和所述第二侧壁１２０、２２２之一或二者中的所述第一半导体是单晶；以及　　纳米线１４０、２４０，其水平横跨所述沟槽１３０、２３０从所述第一侧壁１１０、２１２到达所述第二侧壁１２０、２２２，所述纳米线１４０、２４０包括第二半导体，所述第二半导体是本征ｉ型半导体，　　其中，所述第一侧壁１１０、２１２、所述纳米线１４０、２４０和所述第二侧壁１２０、２２２一起形成ｐ－ｉ－ｎ光电二极管。

【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：S王，MR谭，
申请(专利权)人：惠普开发有限公司，
类型：发明
国别省市：US