[发明专利]用于单片光探测与电信号处理集成器件的基材结构及其形成方法

权利要求书

1.一种用于单片光探测与电信号处理集成器件的基材结构，其特征在于：包括低阻半导体材料(1)、高阻半导体材料(2)、耗尽抑制区(3)、器件外延层(4)、电子器件区(5)、光电隔离介质区(6)、光电隔离沟道阻断区(7)和光探测器欧姆接触区(8)；

光电隔离介质区(6)与光电隔离沟道阻断区(7)相接，隔断器件外延层(4)；光电隔离介质区(6)左侧与光电隔离沟道阻断区(7)左侧间距D1大于等于光探测器工作电压除以30，其中电压和间距的单位分别是伏特和微米；

D1区域没有被光电隔离介质区(6)完全占据的器件外延层(4)的杂质在光探测器工作电压下是完全耗尽的，或者光电隔离介质区(6)纵向完全占据D1区域器件外延层(4)；

光电隔离沟道阻断区(7)的宽度为D2，其中：D2≥(2Vε/(qN))^0.5/3.5，式中，V为光探测器工作电压，ε为半导体硅介电常数，q为电子电荷，N为高阻半导体材料(2)的掺杂浓度；耗尽抑制区(3)可与光电隔离沟道阻断区(7)相接触或相交叠，但光电隔离沟道阻断区(7)与耗尽抑制区(3)不交叠区横向尺寸不小于宽度D2；

光探测器欧姆接触区(8)与光电隔离介质区(6)间距D3大于等于零。

2.根据权利要求1所述的一种用于单片光探测与电信号处理集成器件的基材结构，其特征在于：所述低阻半导体材料(1)电阻率小于等于0.1欧姆·厘米，高阻半导体材料(2)电阻率大于等于10欧姆·厘米，器件外延层(4)电阻率大于等于0.1欧姆·厘米，厚度0.1μm～10μm。

3.根据权利要求1所述的一种用于单片光探测与电信号处理集成器件的基材结构，其特征在于：所述低阻半导体材料(1)、高阻半导体材料(2)和耗尽抑制区(3)是同类型掺杂，器件外延层(4)的掺杂类型与低阻半导体材料(1)、高阻半导体材料(2)和耗尽抑制区(3)是相反类型掺杂。

4.一种用于单片光探测与电信号处理集成器件的基材结构的形成方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：在低阻半导体材料(1)上采用通用的外延方法形成高阻半导体材料(2)；

或者，将低阻半导体材料(1)和高阻半导体材料(2)通过周知的减薄、抛光和硅片直接键合技术键合成一块半导体材料，再将高阻半导体材料(2)一侧通过减薄抛光到所需要的厚度；

或者，在高阻半导体材料(2)采用通用的快速外延方法形成低阻半导体材料(1)，再将高阻半导体材料(2)一侧通过减薄抛光到所需要的厚度；

步骤二：在形成低阻半导体材料(1)及高阻半导体材料(2)结构后，在高阻半导体材料(2)上采用通用的光刻、注入、扩散方法形成耗尽抑制区(3)，耗尽抑制区(3)表面浓度小于2×10¹⁶cm^-3，杂质面密度在8×10¹¹cm^-2～5×10¹²cm^-2范围，浓度分布降低到1×10¹³cm^-3时结深深度大于8μm；

步骤三：在高阻半导体材料(2)上采用通用的光刻、注入、扩散方法形成光电隔离沟道阻断区(7)，光电隔离沟道阻断区(7)有效杂质面密度在1×10¹²cm^-2～5×10¹⁴cm^-2范围；

步骤四：在高阻半导体材料(2)形成光电隔离沟道阻断区(7)后再采用通用的外延方法形成器件外延层(4)；

步骤五：形成电子器件区(5)和光探测器欧姆接触区(8)，电子器件的制作在电子器件区(5)，光探测器的制作在光探测器欧姆接触区(8)。

5.根据权利要求4所述的一种用于单片光探测与电信号处理集成器件的基材结构的形成方法，其特征在于：步骤五中的电子器件可以包括单独的NPN晶体管、NMOS晶体管、PMOS晶体管、DMOS晶体管或者它们的组合。