[发明专利]一种横向锗探测器结构及制备方法有效

申请号：	201810954972.2	申请日：	2018-08-21
公开（公告）号：	CN109119500B	公开（公告）日：	2019-12-06
发明（设计）人：	陈昌华;魏江镔;仇超;柏艳飞;甘甫烷	申请（专利权）人：	南通赛勒光电科技有限公司
主分类号：	H01L31/0288	分类号：	H01L31/0288;H01L31/0352;H01L31/103;H01L31/18
代理公司：	31272 上海申新律师事务所	代理人：	俞涤炯<国际申请>=<国际公布>=<进入
地址：	226000 江苏省南通市苏通***	国省代码：	江苏;32
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摘要：
搜索关键词：	掺杂区域顶层硅探测器结构上表面第一电极硅氧化层氮化硅硅衬底延伸部耦合层探测器锗层横向光电二极管光解复用器波导耦合第二电极多晶硅层高光功率光电探测光复用器有效集成锥形结构耦合效率高带宽波导沉积制备掺杂应用改造
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【说明书】：

本发明公开一种横向锗探测器结构，其中，横向锗探测器结构为横向光电二极管结构，包括硅衬底；硅氧化层沉积于硅衬底的上表面；硅氧化层上包括顶层硅，顶层硅的一侧形成第一掺杂区域，于第一掺杂区域的上表面形成第一电极；顶层硅的上表面形成耦合层，于耦合层背向第一电极的一侧形成延伸部，于延伸部形成第二掺杂区域，于第二掺杂区域形成第二电极；氮化硅波导为锥形结构，形成于多晶硅层的上方。有益效果：通过改造锗层结构，对顶层硅及锗层分别进行掺杂，增强了氮化硅波导耦合至锗探测器的耦合效率，实现了光复用器、光解复用器与锗探测器的有效集成，还应用于高光功率及高带宽的光电探测领域中。

技术领域

本发明涉及光学器件技术领域，尤其涉及一种横向锗探测器结构及制备方法。

背景技术

光复用器(mux)和光解复用器(demux)是目前光电子芯片中非常重要的光学器件之一，考虑到光复用器或者光解复用器工作的稳定性，比如受温度影响，受工艺条件而导致光复用器和光解复用器中心波长发生偏移及光谱曲线发生形变，我们需要选取合适的材料来制备光复用器和光解复用器。由于氮化硅(SiN)和氮氧化硅(SiON)的折射率随着温度变化的影响要远小于硅(Si)材料，因此光复用器和光解复用器选用SiN或者SiON作为材料，在实际应用中，光复用器和光解复用器的末端都会与探测器(PD)相连接实现光电转换，普通的光模块产品中，光复用器、光解复用器及探测器是在分立的两个芯片上通过光纤(fiber)来实现连接，进一步提高了产品的尺寸面积及增加后段对光工艺复杂度，同时在传统CMOS(互补金属氧化物半导体，英文全称Complementary Metal Oxide Semiconductor)工艺中的锗(Ge)探测器，光是由Si波导耦合到Ge探测器中，Ge探测器结构通常为垂直PIN结构，而此探测器结构并不适用于此专利的应用场景，其次对于传统CMOS工艺的Ge探测器，其饱和光电流都比较小，因此无法适用于高光功率的探测。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种横向锗探测器结构及制备方法。

具体技术方案如下：

一种横向锗探测器结构，其中，所述横向锗探测器结构为横向光电二极管结构，具体包括：

一硅衬底；

一硅氧化层，沉积于所述硅衬底的上表面；所述硅氧化层上包括：

一顶层硅，所述顶层硅的一侧形成一第一掺杂区域，于所述第一掺杂区域的上表面形成一第一电极，所述第一电极向上延伸出所述硅氧化层；

一耦合层，形成于所述顶层硅的上表面，所述耦合层背向所述第一电极的一侧形成一延伸部，于所述延伸部形成一第二掺杂区域，于所述第二掺杂区域形成一第二电极，所述第二电极向上延伸出所述硅氧化层；

所述耦合层包括一第一层与一第二层，所述第二层形成于所述第一层的上表面，所述第一层为锗层；

一氮化硅波导，形成于所述耦合层的上方，所述氮化硅波导为锥形结构，所述氮化硅波导包括一第一端与一第二端，所述第一端小于所述第二端，所述氮化硅波导用于接收光信号，并将所述光信号耦合至所述耦合层，所述锗层用以接收所述光信号，并将所述光信号转换为电信号。

优选的，于所述第一掺杂区域掺杂P+离子，以形成一P+第一注入区域；

于所述P+第一注入区域掺杂P++离子，以形成一P++第一注入区域。