專利名稱：摻雜質(zhì)基底的波導(dǎo)檢測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體而言系關(guān)于光學(xué)檢測器及制造該種檢測器的方法。
背景技術(shù)：
為了在半導(dǎo)體基材中建構(gòu)光學(xué)信號分布網(wǎng)絡(luò)，需要制造良好的光波導(dǎo)來散發(fā)該等光學(xué)信號，并且需要制造可將該等光學(xué)信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮有盘栆耘c其他電路交流的元件。可用兩種方式來提取該等光學(xué)信號，若非從該波導(dǎo)中提取出光學(xué)信號本身被并傳送至可將其轉(zhuǎn)變?yōu)樗栊问降钠渌娐罚褪窃诓▽?dǎo)中將光學(xué)信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮有问讲⑶覍⒃撾娮有盘杺魉椭疗渌娐?。以光學(xué)信號形態(tài)提取光學(xué)信號牽涉到波導(dǎo)中的微鏡、光柵或耦合器，或功能與這些裝置類似的其他元件的使用。科學(xué)文獻(xiàn)有越來越多可用來建構(gòu)此種裝置的技術(shù)的實例。以電子信號型態(tài)提取光學(xué)信號牽涉到波導(dǎo)中的檢測器的使用，即，將光學(xué)信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮有问降碾娐吩??？茖W(xué)文獻(xiàn)也有越來越多可用來達(dá)成此目的的檢測器設(shè)計的實例。
但是，當(dāng)將準(zhǔn)則限制在特定光學(xué)信號分布網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，并且將任何此類設(shè)計在制造上需相對容易且經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)實情況列入考慮時，尋找能產(chǎn)生可接受的光學(xué)分布網(wǎng)絡(luò)的元件組合的挑戰(zhàn)變得更大。
硅及硅鍺合金(例如SixGe1-x)的組合以有用的材料組合的姿引起注意，因為能夠輕易并且經(jīng)濟(jì)地由此制出光學(xué)信號分布網(wǎng)絡(luò)。運用硅鍺合金，要在硅基材中制造波導(dǎo)是可能的。硅鍺合金的折射率比硅的折射率稍微高一些。例如，具有5％鍺的硅鍺合金(即，Si0.95Ge0.05)的折射率約為3.52，而結(jié)晶硅的折射率則小于此，例如，約3.50。因此，若硅鍺合金核形成在硅基材內(nèi)，折射率的差異足以使硅鍺合金核經(jīng)由內(nèi)部反射而含有光學(xué)信號。此外，此特定材料組合可在習(xí)知硅基底半導(dǎo)體制造技術(shù)中使用，從而制造出光學(xué)電路。
當(dāng)然，要使此種系統(tǒng)作用如同光學(xué)信號分布網(wǎng)絡(luò)，光學(xué)信號必須要有可穿透硅和硅鍺合金兩者的波長。因為這些材料的能隙約為1.1eV(電子伏特)，其對于波長大于1150奈米的光學(xué)波長來說是透明的。通過使用硅鍺合金而非純硅，以及高至125℃的較高溫操作所導(dǎo)致的能隙的進(jìn)一步降低可能更進(jìn)一步需要大于1200奈米或甚至1250奈米的波長，以得到非常低的吸收損失(約1db/cm或更小)。但是，這些材料對于具有這些波長的光學(xué)信號的透明度引發(fā)另一個問題。這些材料通常不適于用來建構(gòu)可將光學(xué)信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮有问降臋z測器。要成為一個好的檢測器，該等材料必須要能夠以產(chǎn)生可電檢測的有效電荷的方式來吸收光線。也就是說，光學(xué)信號必須能夠在該檢測器內(nèi)產(chǎn)生從該價帶至該導(dǎo)帶的電子躍遷以產(chǎn)生電子輸出信號。但是大于1150奈米的波長太長，以致于無法在室溫下通過在硅內(nèi)、或在Si0.95Ge0.05合金內(nèi)的電子躍遷產(chǎn)生有效的吸收。當(dāng)波長為1300奈米時，相應(yīng)的光子能量約為0.95eV，遠(yuǎn)低于硅跟Si0.95Ge0.05的室溫能隙，因此遠(yuǎn)低于用來產(chǎn)生從價帶至導(dǎo)帶的躍遷的所需能量。

發(fā)明內(nèi)容一般來說，在一態(tài)樣中，本發(fā)明的特征在于一光學(xué)電路，包含一半導(dǎo)體基材、形成在該基材內(nèi)或其上的光波導(dǎo)；以及形成在該半導(dǎo)體基材內(nèi)或其上的光檢測器，其中該光檢測器系與該光波導(dǎo)對準(zhǔn)，以便在操作期間接收來自該光波導(dǎo)的光學(xué)信號。該光檢測器具有一第一電極，一第二電極，以及一介于該第一和第二電極間的中間層。該中間層包含一半導(dǎo)體材料，其特征在于具有一導(dǎo)帶、一能階比導(dǎo)帶低的價帶、以及導(dǎo)入在該導(dǎo)帶和價帶間的深層能態(tài)(deep levelenergy states)。
其他實施例包含一或多個如下特征。該光檢測器系經(jīng)形成在該波導(dǎo)內(nèi)，并且該波導(dǎo)系經(jīng)形成在該基材的渠溝內(nèi)。該基材系由硅制成。該光波導(dǎo)包含一由硅鍺合金制成的核心。該第一電極系由一第一摻雜半導(dǎo)體材料制成，而該第二電極系由一第二摻雜半導(dǎo)體材料制成，并且該第一和第二摻雜半導(dǎo)體材料具有相同的導(dǎo)電型。該第一半導(dǎo)體材料系一第一摻雜硅，而該第二半導(dǎo)體材料系一第二摻雜硅。該第一和第二摻雜硅具有相反的導(dǎo)電型，或者，其具有相同的導(dǎo)電型。該第一和第二摻雜半導(dǎo)體材料若非皆為N型就是皆為P型。該第一和第二半導(dǎo)體材料的摻雜以與該中間層的距離為函數(shù)增加。該半導(dǎo)體材料系一硅鍺合金，例如Si0.95Ge0.05。該半導(dǎo)體材料系以銦和鉈的至少一種來摻雜，以產(chǎn)生深層能態(tài)。該半導(dǎo)體材料也包含一共摻質(zhì)(co-dopant)，其功用在于基本上填充或基本上使該深層能態(tài)空乏或促進(jìn)該深層能態(tài)的光學(xué)活化。該共摻質(zhì)是碳，或系選自砷、磷、及碳所組成的族群。
一般說來，在另一態(tài)樣中，本發(fā)明的特征在于一光檢測器，包含一第一電極；一第二電極；以及一介于該第一和第二電極間的中間層，其中該中間層系由半導(dǎo)體材料制成，其特征在于具有一導(dǎo)帶、一能階比導(dǎo)帶低的價帶、以及導(dǎo)入在該導(dǎo)帶和價帶間的深層能態(tài)，此外也包含功用在于基本上填充或基本上使該深層能態(tài)空乏或促進(jìn)該深層能態(tài)的光學(xué)活化的共摻質(zhì)。
一般說來，在又一態(tài)樣中，本發(fā)明的特征在于一種制造光學(xué)電路的方法。該方法包含在一基材上或其內(nèi)制造一波導(dǎo)；以及在該波導(dǎo)的一選擇部分上制造一光檢測器，其中制造該波導(dǎo)包含沉積一第一披覆材料(cladding material)；在該第一被覆材料上沉積一核心材料，其中該核心材料系一半導(dǎo)體材料，其特征在于具有一導(dǎo)帶和一能階比導(dǎo)帶低的價帶；以及在該核心材料上沉積一第二披覆材料。制造該光檢測器包含從該第一披覆材料制造一第一導(dǎo)電電極；從該核心材料制造一中間層，其中制造該中間層包含在該半導(dǎo)體材料的導(dǎo)帶和價帶間導(dǎo)入深層能態(tài)；以及在該中間層上從該第二披覆材料制造一第二導(dǎo)電電極。
在另一實施例中，制造該中間層也包含導(dǎo)入一共摻質(zhì)至該最先提到的半導(dǎo)體材料中，其功用在于基本上填充或基本上使該深層能態(tài)空乏或促進(jìn)該深層能態(tài)的光學(xué)活化。
一般說來，在又另一態(tài)樣中，本發(fā)明的特征在于一種制造光檢測器的方法。該方法包含制造一第一導(dǎo)電電極；在該第一導(dǎo)電電極上制造一中間層，其中該中間層系由一半導(dǎo)體材料制成，其特征在于具有一導(dǎo)帶和一能階比導(dǎo)帶低的價帶；以及在該中間層上制造一第二電極。制造該中間層也包含將深層能態(tài)導(dǎo)入該半導(dǎo)體材料中，介于導(dǎo)帶和價帶間，以及將功用在于基本上填充或基本上使該深層能態(tài)空乏或促進(jìn)該深層能態(tài)的光學(xué)活化的共摻質(zhì)導(dǎo)入該半導(dǎo)體材料中。
本發(fā)明至少某些實施例的一重要優(yōu)勢在于它們是特別耐熱的。也就是說檢測器能夠挺過后繼后段晶體管制造期間晶圓的熱循環(huán)。因此，其可用在現(xiàn)成光學(xué)基材(optical ready substrates)中，或是需要經(jīng)受進(jìn)一步處理以制造微電子構(gòu)件的半導(dǎo)體晶圓中。
本發(fā)明的某些實施例系特別適用在下述的現(xiàn)成光學(xué)基材中。其他實施例在例如電信領(lǐng)域內(nèi)具有更普遍的應(yīng)用。
本發(fā)明的其他特征及優(yōu)勢將由于如下的細(xì)節(jié)描述及申請專利范圍而變得更顯而易見。

圖1示出摻雜有深層能階受體的硅的能帶結(jié)構(gòu)。
圖2A-G示出一種制造摻雜質(zhì)基底的檢測器的方法。
圖3以圖示形式示出摻雜質(zhì)基底的硅鍺合金檢測器。
圖4A-J示出一種在現(xiàn)成光學(xué)基材上制造半導(dǎo)體電路的方法。
具體實施方式
一種摻雜質(zhì)基底的檢測器本發(fā)明的一實施例系一種摻雜質(zhì)基底檢測器，其系由硅和硅鍺合金制成，并且可令人滿意地檢測到波長比相應(yīng)于硅或硅鍺合金的吸收限(absorption edge)波長大的光信號，包含波長大于1150奈米的光信號。檢測器系經(jīng)制作在一波導(dǎo)中，其通常以含有約5％鍺的硅鍺合金，通過以一種可在該硅鍺合金的能隙區(qū)域產(chǎn)生深層能態(tài)的材料摻雜該核心的方式來形成該波導(dǎo)核心。也就是說，該摻質(zhì)的特征在于可產(chǎn)生離導(dǎo)帶或價帶足夠遠(yuǎn)的能態(tài)，因此波長大于1150奈米的光學(xué)信號可使電子在此摻質(zhì)引發(fā)態(tài)和兩帶的一間躍遷，而產(chǎn)生電流的自由電荷，因而檢測到該光學(xué)信號。
周期表中有一些可在半導(dǎo)體中產(chǎn)生深層能態(tài)的元素。特別是，有兩種元素分享一些對可并入通常可在硅半導(dǎo)體制造工業(yè)中發(fā)現(xiàn)的習(xí)知制造制程中的檢測器建構(gòu)來說極重要的特征。他們是鉈和銦。參見圖1，他們產(chǎn)生深層受體態(tài)2(deep acceptor states)，這表示與導(dǎo)帶6相比，其能態(tài)較接近價帶4，但高于價帶足夠多而使大于1200奈米的波長可以被有成果地吸收。銦在約高于價帶160meV處產(chǎn)生受體態(tài)，而鉈在高于價帶約260meV處產(chǎn)生受體態(tài)。兩個元素并且都擁有足夠慢的擴(kuò)散速率，因此若使用在后來需在其內(nèi)制造其他微電子裝置的現(xiàn)成光學(xué)基材中，在檢測器可能經(jīng)驗到的正常制造和操作溫度下，他們基本上會停留在原處。也就是說，他們不會在隨后的晶圓將會經(jīng)受的熱循環(huán)期間擴(kuò)散至檢測器外。
也需注意到的是，當(dāng)并入硅或硅鍺合金時，該摻雜質(zhì)態(tài)可通過與能帶邊緣(band edge)的更復(fù)雜的交互作用而產(chǎn)生寬闊或平緩的深層能態(tài)分布。因此一寬闊的摻雜質(zhì)吸收光譜可在能態(tài)邊緣附近以該吸收帶的延伸或尾部的姿出現(xiàn)。此寬光譜通常有助于檢測器在該能隙中對已知溫度變動的容忍度，否則其會將吸收能從光量子能的共振移開，并隨著溫度改變對吸收產(chǎn)生負(fù)面影響。
在所述的硅鍺合金摻雜質(zhì)基底檢測器的實施例中，令人感興趣的躍遷可能是從價帶經(jīng)過因為摻雜質(zhì)效應(yīng)而延伸或連接進(jìn)入能隙的能態(tài)帶至導(dǎo)帶，或從多個與能帶隔離的深層受體態(tài)至導(dǎo)帶。電檢測信號系由這些躍遷產(chǎn)生。當(dāng)以銦或鉈摻雜硅鍺合金時，許多價態(tài)被離子化而產(chǎn)生賦予P型半導(dǎo)體材料特征的電洞。為了增加深層受體態(tài)內(nèi)的電子數(shù)量，即，為了填充可得的受體位置，也以一供體材料來摻雜該硅鍺合金，例如砷或磷。來自供體的電子填充受體位置，因此增加可用來支援電子往上躍遷至導(dǎo)帶的受體位置的數(shù)量。此受體位置的填充也可經(jīng)由將在后面討論的來自PN二極管結(jié)構(gòu)內(nèi)的相鄰N型區(qū)域內(nèi)的供體的電子轉(zhuǎn)移而發(fā)生。
此共摻質(zhì)的使用也在將于后面討論的光導(dǎo)檢測器模式下產(chǎn)生另一種益處。填充由深層受體摻質(zhì)所產(chǎn)生的電洞會降低能促進(jìn)經(jīng)由該材料的傳導(dǎo)的自由電子及/或電洞數(shù)量，因此增加其電阻。在光導(dǎo)檢測器中，該摻雜質(zhì)基底硅鍺合金系用來做為兩個相同類型(N或P)電極間的本征或低電荷區(qū)域的材料。此區(qū)域的電阻越低，由該裝置在沒有光學(xué)信號下所產(chǎn)生的暗電流(dark current)就越高。較傾向于將暗電流維持盡可能低的水準(zhǔn)。與深層態(tài)一起導(dǎo)入一相反類型的摻質(zhì)有助于達(dá)到此目標(biāo)。若摻質(zhì)增加至多于需要使材料成為本征，或電荷平衡的數(shù)量，此時該材料可以在其他能帶中擁有相反符號的電荷。這造成光晶體管效應(yīng)(photo-transistor effect)，其犧牲帶寬或速度以提供更多增益。此裝置會在后面更詳細(xì)討論。
通過共摻質(zhì)的使用而導(dǎo)致的電洞及電子兩者數(shù)量的增加也產(chǎn)生又另一種益處。其幫助降低自由電子的再結(jié)合時間，其系檢測器在檢測到光學(xué)信號后所需的回復(fù)時間，特別是光導(dǎo)型檢測器。以另一種方式來說，其增加電子和電洞的再結(jié)合速率，因此會因為有更多的電子和電洞結(jié)合在一起而增加該裝置的速度。
銦和鉈兩者的特征皆在于其在硅或硅鍺合金內(nèi)有低的固態(tài)溶解度。這表示每一種材料可被添加入硅晶格的數(shù)量有其上限，在晶格再也無法接受更多量的前。最大摻雜水準(zhǔn)在約1016cm-3至1018cm-3范圍內(nèi)。在鉈的情況中，最高摻雜水準(zhǔn)通常在2×1017cm-3左右。為了增加此有效密度，因而增加由這些材料制出的檢測器的效能，可以添加能增加該材料在硅晶格內(nèi)的固態(tài)溶解度的共摻質(zhì)。本質(zhì)上，該共摻質(zhì)將深層摻質(zhì)保持在晶格位置內(nèi)，并防止其從晶格內(nèi)離開。在銦的情況中，一種達(dá)到此作用的共摻質(zhì)的例子是碳?？梢詭椭罨熀豌B的其他共摻質(zhì)包含濃度高于只是用來填充受體位置所需量的砷、磷及其他N型供體。
換言的，與鉈或銦一起使用一或多種適當(dāng)?shù)墓矒劫|(zhì)至少有四個原因。第一，其可用來提供電子予受體雜質(zhì)，以填充空電洞，進(jìn)而增加可用來吸收光學(xué)信號的電子數(shù)量(即，增加檢測器的敏感度)。第二，其可用來產(chǎn)生較高的暗電阻，通過降低自由電子的數(shù)量。第三，其可用來幫助降低自由電荷的再結(jié)合時間(即增加再結(jié)合速率)。以及第四，其可用來幫助增加深層能階受體元素占據(jù)晶格位置而非本征位置的可能性，以具有光學(xué)活性。也就是說，其可使硅晶格產(chǎn)生更好的活性。
此外，共摻質(zhì)也可在此情況中提供其他有用功能。例如，其可用來降低另一種摻質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)，或者可用來增強(qiáng)深層能階受體摻質(zhì)的熱穩(wěn)定性，使其較不會因為熱循環(huán)或高溫操作而在宿主晶格內(nèi)被去活化。
有一些可提供剛才提到的一或多種效用的共摻質(zhì)。例如，在鉈的情況中，碳、一IV族元素可增加鉈在硅晶格中的固態(tài)溶解度。一些V族元素，包含廣為使用的砷和磷元素，提供多種效用。例如，砷是一種會在離導(dǎo)帶約14meV處產(chǎn)生能態(tài)的摻質(zhì)。當(dāng)與銦或鉈一起使用時，其通過以電子填充電洞因而增加可躍遷至導(dǎo)帶的電子數(shù)量的方式來顯著增加銦或鉈的效能。砷在使更多銦或鉈可以進(jìn)入晶格內(nèi)這方面也是有幫助的。此外，在銦的情況中，其會與銦形成更復(fù)雜的微結(jié)構(gòu)，這為該裝置產(chǎn)生更寬的光譜響應(yīng)。
也有報告揭示V族元素銻(Sb)對于增加鉈的固態(tài)溶解度來說系一有效共摻質(zhì)，并且V族元素鉍(Bi)對于增加銦的固態(tài)溶解度來說是一有效共摻質(zhì)(見，例如，半導(dǎo)體的離子植入(Ion Implantation in Semiconductors)，Mayer，Eriksson，及Davies，1970)。
制造檢測器的方法制造摻雜質(zhì)基底檢測器的一種例示方法在圖2A的流程圖示中描繪。在此實施例中，該檢測器系經(jīng)制造在一硅基材300中，雖然其可被制作在可在其內(nèi)制造波導(dǎo)的任何經(jīng)恰當(dāng)選擇的基材內(nèi)，例如SOI(覆硅絕緣層)基材、絕緣材料、或低晶格指數(shù)材料(low index material)，上面只是列舉一些。制程以形成，例如通過蝕刻，一渠溝302開始，其界定出該檢測器的外部邊界(圖2A)。渠溝302的蝕刻系使用在半導(dǎo)體制造工業(yè)中一些廣為使用的蝕刻技術(shù)的任一種來完成，例如電漿蝕刻。
在形成渠溝302的后，將一下電極層304沉積在該基材300表面上以及渠溝302內(nèi)(圖2B)。此下電極因為低電阻而具有高傳導(dǎo)性。電極層304可被制作為具傳導(dǎo)性的，例如，利用來自高度摻雜的n型硅的電子，其中摻質(zhì)是磷、砷、銻、或鉍。或者，該電極可被制作為具傳導(dǎo)性的，利用高度摻雜的p型硅的電洞，其中摻質(zhì)是硼、鋁、鎵或銦。此沉積的主要目的是形成一傳導(dǎo)電極層，其與該渠溝一致但不填滿該渠溝，而是留下尺寸足以沉積后面敘述的幾個其他層的較小渠溝。
必須將此層摻雜至足量水準(zhǔn)，以使此層的電阻不會阻擋來自檢測器的電流有效流至外部檢測電路。這表示所有檢測器的串連電阻必須與檢測電流的電阻可比較或比較小。另一方面，摻雜太多可能導(dǎo)致自由電子分散及降低檢測器效能的吸收。有用的電極摻雜范圍系從1016cm-3至1019cm-3，最大值取決于對于損失及電阻的設(shè)計需求。此外，改良的設(shè)計會使用不均勻的電極摻雜，其在高光功率(optical power)區(qū)域使用低摻雜，而在可見的低或沒有光功率區(qū)域使用高水準(zhǔn)電極摻雜以得到低電阻。對照的下，由雜質(zhì)摻質(zhì)導(dǎo)致的有用吸收最好是位于高光功率區(qū)域。此摻質(zhì)厚度的增加會加強(qiáng)吸收，只要其被欲檢測的光線照射，但摻質(zhì)較厚區(qū)域可能會降低檢測器速度。例如，為建構(gòu)反應(yīng)快于20皮秒(picoseconds)的檢測器，摻質(zhì)應(yīng)位于大約小于300奈米厚的區(qū)域中。
在沉積低電極層304后，在其上沉積硅鍺合金的第一中間層306(圖2C)。第一中間層306系將會在隨后步驟中接收一或多種共摻質(zhì)的宿主材料，并且代表檢測器結(jié)構(gòu)中間部分的一半。此材料的折射率必須比硅電極的折射率高，以便使其作用如同容納光線的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。因此，必須適當(dāng)?shù)剡x擇鍺的百分比，例如，至少高至約2％。
接著將一誘發(fā)深層能態(tài)的摻質(zhì)308，例如銦或鉈，植入第一中間層306中至不會在隨后制程期間從該中間層脫離的足夠深度(圖2D)。也將一或多種共摻質(zhì)植入第一中間層306中。這可在植入該深層能階受體摻質(zhì)的前、期間、或的后完成。若該共摻質(zhì)材料提供多種效用，則可能可以接受只使用單一種共摻質(zhì)。若該共摻質(zhì)只提供一種效用(例如增加該深層能階受體在硅晶格中的溶解度)，則使用多種共摻質(zhì)材料是恰當(dāng)?shù)?。換句話說，此階段所選擇的共摻質(zhì)種類及數(shù)量取決于所想要達(dá)成的結(jié)果。
在適合的摻質(zhì)材料共植入第一中間層306后，于第一中間層306上沉積一硅或硅鍺合金的第二中間層310(圖2E)。再一次，沉積量系經(jīng)選擇以不填滿上次沉積后所留下的渠溝。這是為了替最后的電極沉積留下空間。
最后，在第二中間層310上沉積一上電極層312。與下電極304一樣，上電極312可以是高度摻雜的n型硅，其中摻質(zhì)是磷或砷、銻、或鉍。或者，該電極可被制作為具傳導(dǎo)性的，利用高度摻雜的p型硅的電洞，其中摻質(zhì)是硼、鋁、鎵或銦。
在沉積上電極312后，以足夠高的溫度以及足夠長的時間熱處理該結(jié)構(gòu)(例如回火)，以使該等共摻質(zhì)擴(kuò)散出去，進(jìn)入第一和第二中間層306和310。習(xí)知回火通常是在1050℃下執(zhí)行?；鼗鹚璧臅r間及溫度系由摻質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)以及第一和第二中間層的厚度決定。回火可在沉積上電極后的任何適當(dāng)時間進(jìn)行，并且不需要在上電極形成后緊接著立即進(jìn)行。
最后，若該摻雜質(zhì)基底檢測器是也制作在該硅基材內(nèi)的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的一部分及/或其為從一側(cè)制造連線的現(xiàn)成光學(xué)基材的一部分的話，則將該基材平坦化(圖2G)。此平坦化制程，可利用化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)執(zhí)行，目的在于去除高于硅基材300表面的沉積層。這會將接觸點314和316分別在下和上電極層304和312中暴露出來。
如前所注，該摻雜質(zhì)基底檢測器可在也制作出該波導(dǎo)的制程期間形成在該波導(dǎo)內(nèi)并作為其一部份。例如，若使用硅基材，則渠溝界定出將會形成波導(dǎo)的位置。沈積在此渠溝內(nèi)的硅鍺主要功用如同波導(dǎo)，除了沿著該渠溝形成檢測器的區(qū)域或位置外。在此情況中，導(dǎo)入層308內(nèi)的摻質(zhì)系利用標(biāo)準(zhǔn)微影圖案化法選擇性地只植入在欲形成檢測器的區(qū)域中。此波導(dǎo)的圖案化選擇區(qū)域在光電路(optical curcuits)中是特別有用的，其中大部分波導(dǎo)系用來傳輸光線，而所選波導(dǎo)區(qū)域系用來吸收光線，通過選擇性植入層308至這些區(qū)域中。電極摻質(zhì)也可以只植入在該檢測器區(qū)域中，以便降低無效益的自由電子分散的光學(xué)損失及在波導(dǎo)傳輸區(qū)域內(nèi)的吸收。
吸收摻質(zhì)或?qū)щ婋姌O摻質(zhì)的導(dǎo)入可在如前所述般形成沉積層的后在高能量下利用植入法執(zhí)行，或者利用合并法，通過在硅或硅化鍺合金磊晶層成長期間使用這些元素的其他氣體或氣流。在第二個情況中，摻質(zhì)的選擇性圖案化可利用選擇性磊晶成長來執(zhí)行。這需要例如氧化硅或氮化硅的光罩材料在不欲成長硅或經(jīng)摻雜的硅的區(qū)域內(nèi)圖案化。然后，調(diào)整基材溫度及成長速率以使磊晶成長只在暴露的硅鍺合金表面上發(fā)生，而不會在該光罩材料上。
上述波導(dǎo)例示了使用渠溝來形成波導(dǎo)以及包含在內(nèi)的摻雜質(zhì)基底檢測器的實施例。也可以使用脊?fàn)罱Y(jié)構(gòu)(ridge structure)代替渠溝來制造波導(dǎo)及檢測器。例如，一功能類似的波導(dǎo)檢測器系通過在基材上形成一勾勒出該光波導(dǎo)路徑的硅脊來實現(xiàn)。然后，該三個沉積層，在摻雜質(zhì)基底檢測器中表示該兩個電極和該中間摻雜質(zhì)區(qū)域，系經(jīng)沉積在該基材上以便覆蓋硅脊并與其形狀一致。在蝕刻掉適當(dāng)?shù)牟牧虾螅撊龑有纬稍摴獠▽?dǎo)并且，在如上所述般將摻雜適當(dāng)調(diào)整的區(qū)域中，其在該波導(dǎo)中形成該摻雜質(zhì)基底檢測器。在又另一實體實施例中，該等層可被成長在一平坦表面上，然后把位于將成為波導(dǎo)的帶狀區(qū)域兩側(cè)的材料蝕刻掉。介于蝕刻掉的兩帶狀區(qū)域間的材料代表波導(dǎo)，并且無論欲將檢測器安置在什么位置，組成該波導(dǎo)的該等層的摻雜可在制造期間據(jù)此調(diào)整，以在那些位置產(chǎn)生摻雜質(zhì)基底檢測器。也可沉積一填充材料以填滿波導(dǎo)兩側(cè)被蝕刻掉的部分，以界定出該波導(dǎo)及該摻雜質(zhì)基底檢測器的側(cè)壁。用來填充那些部分的材料的性質(zhì)取決于該材料系設(shè)計來輔助限制光學(xué)信號或是電氣連接至檢測器。例如，若其系用來輔助限制水平方向的光學(xué)信號，該填充材料平均上應(yīng)該要比組成檢測器及波導(dǎo)的材料具有較低的折射率。
當(dāng)然，若要將該檢測器當(dāng)成一獨立裝置或在某些其他環(huán)境下使用，則可能不需要如上所述般平坦化該結(jié)構(gòu)以暴露下電極的接觸點。相反地，可從上方制造一個接觸至上電極，并且通過該結(jié)構(gòu)的背面從下方制造另一個接觸至下電極。又另一種選擇是從上方形成一絕緣接觸孔以接觸下電極。
在任何情況下，于一實施例中，最終步驟牽涉到在該結(jié)構(gòu)上沉積一絕緣層318，形成穿透絕緣層318的接觸介層洞320和322，并分別貫通至上和下電極上的接觸點314、316；在該等介層洞中沉積金屬，例如鋁，以在該等介層洞底部形成歐姆接觸；接著以金屬填充介層洞320及322(例如鎢插梢)，其提供電氣連接至位于該等介層洞底部的歐姆接觸。當(dāng)然，極有可能有許多其他層沉積在該結(jié)構(gòu)上，取決于嵌入此裝置的電路。因此，形成該等接觸介層洞的制程可能在一個更復(fù)雜的制造制程中晚許多進(jìn)行。此外，若該裝置系一現(xiàn)成光學(xué)晶圓的一部分，最終連接至該下及上電極的連線可能由另一個實體來執(zhí)行，例如在該光學(xué)層上制造半導(dǎo)體微電子電路的公司。
參見圖3，有一些制造適才所述的摻雜質(zhì)基底檢測器時值得銘記在心的考量。首先，若該檢測器系經(jīng)耦合至一波導(dǎo)，則來自該波導(dǎo)的光能量會需要傳播至檢測區(qū)400內(nèi)。因此小心地配合波導(dǎo)類型及檢測器類型是很重要的，以便最佳化此能量的耦合。
在一設(shè)計來傳送1300奈米光學(xué)信號的硅鍺合金波導(dǎo)的情況中，我們發(fā)現(xiàn)約1微米深及3微米寬的核心的作用良好。對于具有此設(shè)計的波導(dǎo)來說，良好的檢測器構(gòu)型系如圖3中所示者，其具有如下尺寸上電極的寬度”a”約等于1.0微米；上電極的深度約等于0.25微米，檢測區(qū)域的寬度”b”約等于0.75微米；檢測區(qū)域的深度”H”約等于1.0微米；并且下電極的寬度”W”約等于1.0微米。為了有高速表現(xiàn)，將檢測器的串連電阻保持盡可能低是較佳地。對于運用探針探測一50歐姆阻抗傳輸線的高速操作來說，傾向于使下電極的上半延伸部分對于位在表面上的接觸點的電阻R保持在小于約10歐姆。對于具有例如晶體管的高電阻局部感應(yīng)器的高速操作來說，有效電阻可以較高，在以微米計的檢測器長度下高至1000至3000歐姆。電阻的限制是裝置電容，對于具有上述構(gòu)型的PN二極管來說約為每微米2飛法拉(femtoFarads)，以及串連電阻的產(chǎn)物，假設(shè)上述高電阻的充電時間反應(yīng)為2至6皮秒。較小的串連電阻可通過將寬度”W”加大并且將高度”H”縮短來達(dá)成。此外，在光線可及的區(qū)域外的額外較高摻雜可降低串連電阻而不增加自由載體的光吸收。
另一個考量是使光學(xué)信號的光線遠(yuǎn)離高度摻雜的電極區(qū)域304和312內(nèi)的電子。這可以在下電極304和上電極312兩者中達(dá)到，通過將摻雜以與傳播通過檢測器的光線類型距離遠(yuǎn)近來分級的方式。在下電極304中執(zhí)行此方式的一種方法是在沉積時改變層的摻雜。例如，前半段沉積出一層摻雜的硅，其中ND＝1018cm-3，而第二半段則沉積出ND＝1017cm-3的層。因此，電極304最接近傳播通過檢測器中心(即，圖3的吸收區(qū)域400)的光線的區(qū)域有較低摻雜程度，因此較不可能提供通過散射而吸收到光線的電子?？墒褂妙愃品椒▉沓练e上電極312，將上電極312較高度摻雜的部分置于接近將會形成接觸的表面。
摻雜剖面可以比簡單的二元機(jī)能還要復(fù)雜。他們可以是，例如，以更連續(xù)的方式從電極的一側(cè)至另一側(cè)逐漸改變。所產(chǎn)生的剖面完全取決于在沉積層時如何供應(yīng)摻質(zhì)給系統(tǒng)。最終的摻雜剖面會進(jìn)一步視摻質(zhì)在任何回火循環(huán)期間的移動或擴(kuò)散而定，這必須在任何最佳化設(shè)計中考慮進(jìn)去。
通常，在此制造制程階段期間(即，形成具有深層能態(tài)的中間層)，目標(biāo)是選擇離子植入能量、劑量、時間及溫度，因此檢測器區(qū)域會被深層能態(tài)重?fù)诫s，特別是在光線/固體反應(yīng)區(qū)，以及較佳地光線強(qiáng)度最強(qiáng)處。一般將鉈或銦植入該第一中間層的能量在100kV和200kV間，這是許多商業(yè)上可得的植入系統(tǒng)運作的能量范圍。通常，需有足夠的離子能量以在該宿主硅鍺合金中達(dá)到適當(dāng)?shù)耐渡浞秶?例如，至少約0.1微米)，因此使該摻質(zhì)在后段處理期間繼續(xù)留在宿主材料中。因為有經(jīng)濟(jì)效益的植入能量只容許淺植入，比硅鍺合金波導(dǎo)的微米厚度小，故可能需要中斷波導(dǎo)的成長以在波導(dǎo)內(nèi)的光線強(qiáng)度最強(qiáng)時進(jìn)行植入。
做為植入的另一種選擇，可利用CVD(化學(xué)氣相沉積)或MBE(分子束磊晶)將雜質(zhì)并入硅鍺成長制程的一部分，但只容許在欲安置雜質(zhì)處的成長部分期間將其并入。此原位雜質(zhì)成長技術(shù)在使用硼、砷、及磷等非常相似物種來制造不同層內(nèi)的P及N區(qū)域的摻雜剖面上是廣為人知的。
實際上，植入能量可以低至幾百KeV或高至幾個MeV。若使用低植入能量，則可能必須運用其他已知技術(shù)在淺植入材料能夠擴(kuò)散至宿主材料內(nèi)的前防止其在連續(xù)處理期間脫離。常用來解決此問題的熟知技術(shù)是運用一帽蓋層(capping layer)(例如SiO2或Si3N4)來將植入物保持在原位，直到進(jìn)入該宿主材料的擴(kuò)散發(fā)生為止。
植入期間銦或鉈的目標(biāo)劑量通常介于約1012-5×1015cm-2間，并且更明確地介于約1013-1014cm-2間，至約0.1微米的深度處。當(dāng)此植入摻質(zhì)后來往下擴(kuò)散進(jìn)入該兩中間層時，會產(chǎn)生1017-1018cm-3的摻雜范圍，這當(dāng)然是取決于是否也用共摻質(zhì)來達(dá)到較高濃度。如上所注，更多摻雜會增加吸收，因而增加檢測器效能，但同時也增加光導(dǎo)檢測器內(nèi)的暗電流。因此最大限度會取決于植入該檢測器的系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)，并且會是這兩個考量點之間的妥協(xié)結(jié)果。
在現(xiàn)成光學(xué)基材上制造電子電路如上所注，該摻雜質(zhì)基底檢測器可形成在隨后將會在其上制造半導(dǎo)體電子電路的現(xiàn)成光學(xué)基材中。在該現(xiàn)成光學(xué)基材上制造電子電路的制程步驟順序在第4A-J圖中示出。
在運用例如CMP將圖2F所示的結(jié)構(gòu)平坦化后，所得到的結(jié)構(gòu)系如圖4A所示者。假設(shè)基材也包含其他未示出的光學(xué)構(gòu)件，例如用來從電子信號產(chǎn)生光學(xué)信號的雷射元件、用來分布光學(xué)信號的光波導(dǎo)、以及用來將光學(xué)信號往上指引至制作在該波導(dǎo)上方的電路或用來接收來自上方的光學(xué)信號并將這些信號指引至波導(dǎo)內(nèi)的微鏡或其他反射元件。
在形成于光學(xué)電路上的經(jīng)平坦化的表面上沉積一硅層402(見圖4B)。這可利用一些不同方式來達(dá)成，包含，例如，利用化學(xué)氣相沉積制程。所得到的層提供一個可通過熟知制程將硅晶圓接合在其上的表面，以形成SOI(覆硅絕緣層)結(jié)構(gòu)。SOI結(jié)構(gòu)包含一絕緣層404(例如SiO2)以及其上的硅層406，其提供將在其內(nèi)制造電子電路的基材(見圖4C)。
接著，在該表面上沉積一硬保護(hù)層408(例如氮化硅)，并將其圖案化以制作出形成電氣隔離的硅島412的隔離開口410(見圖4D)。在使用一適當(dāng)?shù)墓庹趾螅^深的隔離開口414然后被蝕刻穿過絕緣層404和硅層402，以暴露出下方的摻雜質(zhì)基底檢測器(見圖4E)。
為了產(chǎn)生一光滑、平坦的表面以將電子電路制造在硅島中，沉積一氧化層416(例如SiO2)在晶圓表面上。然后，利用化學(xué)機(jī)械研磨來平坦化所沉積的氧化層并在該制程中去除保護(hù)層408，因此暴露出硅島412的上表面(見圖4F)。
其余制程大體上包含標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體電路制造步驟，除了涉及與下方的摻雜質(zhì)基底檢測器電氣連接者外。換句話說，晶體管418及其他電子構(gòu)件(未示出)然后利用已知制造技術(shù)形成在硅島中，例如CMOS制造技術(shù)(見圖4G)。的后，在整個晶圓上沉積一厚氧化層420并平坦化(見圖4H)。接著在該氧化物中向下蝕刻出接觸開口422至該等構(gòu)件。與習(xí)知蝕刻手續(xù)相較，在此階段期間所完成的蝕刻系經(jīng)過調(diào)整，以使所選區(qū)域內(nèi)的開口424往下延伸更深，抵達(dá)位在低于該等電子構(gòu)件的層處的檢測器(見圖4I)。在形成接觸開口后，沉積金屬426并圖案化以形成所需的內(nèi)連線(見圖4J)。雖然金屬化制程被示為全部存在于單一層內(nèi)，但對于制造者傾向使用現(xiàn)成光學(xué)基材的更復(fù)雜電路來說，金屬化制程占據(jù)多個層，每層均由絕緣材料隔開，例如SiO2。
注意到上面關(guān)于在現(xiàn)成光學(xué)基材上制造電子電路的制程的描述省略了許多習(xí)知技藝者熟知的較不重要的步驟。此討論用意只在對于可產(chǎn)出預(yù)期結(jié)構(gòu)的一系列制造步驟的實施例的高水準(zhǔn)描述。關(guān)于所涉及的全部制程步驟的更詳細(xì)討論，讀者可參見公開文獻(xiàn)中其他可得的公開資料。
在檢測器裝置中運用雜質(zhì)吸收有許多在檢測器中運用吸收的方式。取決于圍繞摻雜質(zhì)區(qū)域的包覆電極層的半導(dǎo)體摻雜相對于摻雜質(zhì)區(qū)域的電荷極性的關(guān)系，檢測器可以是光導(dǎo)檢測器、PIN二極管檢測器、或光晶體管。
光導(dǎo)檢測器若摻雜質(zhì)區(qū)域的包覆電極層擁有與摻雜質(zhì)區(qū)域相同的多數(shù)載體(majoritycarrier)，則檢測器系光導(dǎo)型。例如，若使用鉈或銦做為雜質(zhì)，其傾向于產(chǎn)生具有過量電洞的P型半導(dǎo)體。若上跟下包覆電極層兩者也摻雜以會產(chǎn)生電洞的P型受體，例如硼，則該裝置系一光導(dǎo)體(photoconductor)。光導(dǎo)體具有改變電阻的特性，當(dāng)載體系由光吸收所產(chǎn)生時。若載體多少是由躍遷至雜質(zhì)或來自雜質(zhì)的躍遷所形成，則電阻將會改變。在低暗電流方面，可將中間雜質(zhì)區(qū)域共摻雜以降低凈自由電荷。例如，鉈或銦摻雜可以利用會產(chǎn)生電子的砷來共摻雜。若砷共摻雜系經(jīng)恰當(dāng)平衡，而使每個電洞被填充以一個電子，但不會太多而有多余電子，則可使該摻雜質(zhì)區(qū)域具有來自電子或電洞的低過量電荷。于是這會增加電阻并降低通過該單元，或暗的，光導(dǎo)體的電流。
P-I-N二極管檢測器制造P-I-N二極管檢測器可以解決有賦予該光導(dǎo)檢測器特征傾向的相對大的暗電流的問題。P-I-N結(jié)構(gòu)基本上與上述者相同，除了一個電極系以例如硼的P型受體高度摻雜，而另一個緩沖電極系以例如砷或磷的供體來摻雜的外。當(dāng)此檢測器以反向電流偏壓運作時，少量電流漏通過一品質(zhì)良好的二極管，但有效率的高速光檢測依然會發(fā)生。
光晶體管檢測器又另一種類型的檢測器系光晶體管。若摻雜質(zhì)區(qū)域的包覆電極層擁有與摻雜質(zhì)區(qū)域相反的多數(shù)載體，則檢測器系一光晶體管。例如，若使用鉈或銦做為雜質(zhì)，其傾向于產(chǎn)生具有過量電洞的P型半導(dǎo)體。若上跟下包覆電極層兩者系摻雜以會產(chǎn)生電子的N型受體，例如砷或磷，則該裝置系一光晶體管。光晶體管具有增強(qiáng)由光吸收所產(chǎn)生的電荷的特性。此增強(qiáng)是來自雙載子NPN晶體管廣為人知的晶體管效應(yīng)，但在此情況中，該晶體管的基極電流系由該雜質(zhì)吸收所提供，而非第三連接線路。
雖然我們已描述過光導(dǎo)體、光二極管、以及光晶體管檢測器，但應(yīng)該了解的是這些只是通常分別被稱為光導(dǎo)體檢測器和光二極管檢測器者的具體實例。換句話說，并沒有嚴(yán)格限制電極必須是N型或P型，他們也可以是金屬電極。此外，吸收區(qū)域(即，I區(qū)域)可以是一絕緣體、低度導(dǎo)電區(qū)域、或甚至是高度導(dǎo)電區(qū)域。
上述摻雜質(zhì)基底硅鍺合金檢測器在制造現(xiàn)成光學(xué)基材上被認(rèn)為是特別有用的，例如在2002年10月25日提出申請，題目為「現(xiàn)成光學(xué)基材(optical readysubstrates)」的美國專利申請案第10/280,505號，以及在2002年10月25日提出申請，題目為「現(xiàn)成光學(xué)晶圓(optical ready wafers)」的美國專利申請案第10/280,505號，兩者在此皆通過引用的方式并入本文中。一些提及的與現(xiàn)成光學(xué)基材有關(guān)的波導(dǎo)是硅鍺合金波導(dǎo)。在可得的公開科學(xué)文獻(xiàn)中有制造此種波導(dǎo)方法的描述，包含，例如，在2001年5月24日提出申請，題目為「制造波導(dǎo)的方法(Method for Fabricating Waveguide)」的美國專利申請案第09/866,172號，以及在2001年11月11日提出申請，題目為「例如硅鍺碳合金波導(dǎo)的波導(dǎo)及其制造方法(Waveguides Such As SiGeC alloy Waveguides and Method ofFabricating Same)」的美國專利申請案第09/866,172號，兩者在此皆通過引用的方式并入本文中。
摻雜質(zhì)基底檢測器可在形成硅鍺合金波導(dǎo)的前或的后制造。或者，其可以是光波導(dǎo)的一部分或光波導(dǎo)的終端。
此外，運用光學(xué)轉(zhuǎn)換的多種不同電路構(gòu)件，例如二極管、自由空間檢測器(freespace detectors)、調(diào)變器、晶體管、以及更復(fù)雜的電路元件，可由此間所述的原理受惠。也就是說，本發(fā)明不限于僅只是制作于光波導(dǎo)內(nèi)或與其緊鄰的光檢測器。
其他實施例上述實施例使用硅鍺合金做為半導(dǎo)體。可使用其他另外的半導(dǎo)體，例如，但不限于，硅、鍺及硅鍺碳IV族合金和III-V族合金，例如砷化鎵、磷化銦、及其組合物，例如磷化銦鎵砷(InGaAsP)。其他材料的可得性擴(kuò)大了可使用此檢測器的波長范圍，從約650奈米至至少約1500奈米。更明確地說，上述觀念可用來制造適用于波長遠(yuǎn)大于1500奈米的檢測器。例如，必須使用此觀念來制造在10微米及更大，即，遠(yuǎn)紅外線波長范圍下運作的檢測器。
也需了解到可使用除了上述方法的外的其他方法來制造該中間檢測器區(qū)域。上述方法涉及成長該層的一半、植入深層能階受體材料、然后成長該層的另一半?；蛘撸梢岳诰С砷L整個中間層，然后使用較高能量來將該深層能階材料更深地植入在該層內(nèi)?；蛘?，可以運用中間層的原位摻雜，在利用磊晶方法或物理氣相沉積(PVD)或化學(xué)氣相沉積(CVD)或其他已知沈積方法沉積該層時。
深層植入也不限于使用銦和鉈作為摻質(zhì)。其包含可產(chǎn)生深層能態(tài)的任何材料，例如元素、同位素、分子或化學(xué)錯合物。一般來說，深層能態(tài)是那些與導(dǎo)帶或價帶距離至少約100meV的能態(tài)；反的，淺層摻質(zhì)是那些會產(chǎn)生與能帶邊緣距離小于約20-40meV的能態(tài)者。能夠產(chǎn)生此種深層能階受體的其他元素或同位素可能包含鋅、鐵、錫、及硫磺，在此只提出一些。當(dāng)然，可用來制造這些裝置的選擇范圍可能會被對該裝置的其他要求嚴(yán)格限制。例如，若預(yù)期該裝置能夠經(jīng)受隨后運用高溫的熱循環(huán)，例如1000℃，則選擇會比較少，因為這可能會排除擴(kuò)散系數(shù)高的材料，以及熱穩(wěn)定性不足的材料。
當(dāng)然，深層能態(tài)可以利用除了導(dǎo)入摻質(zhì)至該材料的外的其他方法來產(chǎn)生。例如，可通過在該材料中制造出結(jié)晶缺陷、通過制造出周期性多層結(jié)構(gòu)、或通過在該材料中制造微結(jié)構(gòu)來產(chǎn)生。需了解的是，可在能帶中產(chǎn)生深層能態(tài)的任何機(jī)制都可被接受。
此外，可與深層摻質(zhì)一起使用二或多種共植入物或共摻質(zhì)來完成前述的一或多種有益目標(biāo)。例如，碳和砷兩者皆可與銦連用?；蛘呱楹土卓膳c深層能階受體摻質(zhì)連用。可使用一種或多于兩種共摻質(zhì)，取決于預(yù)期的目標(biāo)何在。當(dāng)然，如同其他裝置經(jīng)驗所示，導(dǎo)入多種共摻質(zhì)通常是有利的，以將效能最佳化。
在所述的摻雜質(zhì)基底檢測器的實施例中，我們將焦點集中在一特定躍遷，即，電子從填充的深層能階受體態(tài)至導(dǎo)帶的躍遷。但是，至少有兩種潛在關(guān)注的其他躍遷。第一種是電子從價帶底部躍遷至中性受體。第二種是電子從價帶躍遷至一離子化供體位置。任何這些躍遷皆會產(chǎn)生對電子信號有貢獻(xiàn)的過量載體?？赡軆A向于利用操控該深層受體態(tài)的離子化程度來加強(qiáng)這些躍遷的一種或另一種。
一種操控此離子化程度的方法是利用共摻質(zhì)，如前所述般。若沒有共摻質(zhì)，大約一半的銦受體會是中性的，并且多于90％的鉈受體會是中性的。另一種操控受體離子化程度的方法會是使用P-N接面(在光二極管檢測器中)。在此情況中，差不多所有在P-N接面空乏區(qū)內(nèi)的受體皆會被離子化，而促進(jìn)受體-導(dǎo)帶躍遷。
一種改良是將摻雜質(zhì)基底檢測器置于光共振器(optical resonator)中，以使波長可以被檢測到，這會在已知或更低光功率下提供更多吸收和光電流。例如，可通過使用兩個隔開在吸收器相反側(cè)的微鏡來制造凹腔，其距離會使光線通過建設(shè)性干涉而共振。這些微鏡可沿著波導(dǎo)由薄金屬、介電堆疊、或周期性圖案制成，如在布拉格光柵中一般。在這方面布拉格光柵有其特殊優(yōu)勢，其可被制成具有非常窄頻的波長，甚至比共振器帶寬還要窄。因此，若光線沒有被增強(qiáng)，它也不會被檢測到。
其他檢測器用的共振器可以利用近距離耦合至該系列波導(dǎo)的波導(dǎo)圈(waveguide ring)來制造，其也只會檢測共振波長的光線，并傳輸其他波長的光線。共振器的限制是必須要在所有溫度下都得夠穩(wěn)定，并且不會使反射回波導(dǎo)的光線量多到可導(dǎo)致與光源產(chǎn)生干涉的地步。上述兩共振器皆可利用良好的處理來達(dá)到此任務(wù)。
最后，我們注記在圖3中所示的結(jié)構(gòu)系經(jīng)連接成為一個兩端子檢測器。但是，在此所述的觀念可落實在具有三或更多端子的檢測器上。例如，若用在三端子雙極晶體管上，摻雜質(zhì)基底區(qū)域可能是該裝置的基極區(qū)。
還有其他實施例落在如下申請專利范圍中。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)電路，包含一半導(dǎo)體基材；一形成在該基材內(nèi)或其上之光波導(dǎo)；以及一形成在該半導(dǎo)體基材內(nèi)或其上之光檢測器，該光檢測器系與該光波導(dǎo)對準(zhǔn)，以便在操作期間接收來自該光波導(dǎo)之光學(xué)訊號，該光檢測器具有一第一電極；一第二電極；以及一介于該第一和第二電極間之中間層，該中間層至少包含一半導(dǎo)體材料，其特征在于具有一導(dǎo)帶、一能階比導(dǎo)帶低之價帶、以及導(dǎo)入在該導(dǎo)帶和價帶間之深層能態(tài)(deep level energy)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)電路，其特征在于，該光檢測器系形成在該波導(dǎo)內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)電路，其特征在于，該波導(dǎo)系形成在該基材內(nèi)之渠溝(trench)中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)電路，其特征在于，該光檢測器也形成在該渠溝內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)電路，其特征在于，該基材包含硅。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光學(xué)電路，其特征在于，該光波導(dǎo)包含一由硅鍺合金組成之核心。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)電路，其特征在于，該第一電極包含一第一摻雜半導(dǎo)體材料，而該第二電極包含一第二摻雜半導(dǎo)體材料，且其中該第一及第二摻雜半導(dǎo)體材料具有相同之導(dǎo)電型。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光學(xué)電路，其特征在于，該第一半導(dǎo)體材料包含一第一摻雜硅，而該第二半導(dǎo)體材料包含一第二摻雜硅。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光學(xué)電路，其特征在于，該第一摻雜硅和第二摻雜硅具有相反之導(dǎo)電型。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光學(xué)電路，其特征在于，該第一摻雜硅和該第二摻雜硅具有相同之導(dǎo)電型。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光學(xué)電路，其特征在于，該第一及第二摻雜半導(dǎo)體材料系N型。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光學(xué)電路，其特征在于，該第一及第二摻雜半導(dǎo)體材料系P型。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光學(xué)電路，其特征在于，該第一及第二半導(dǎo)體材料之摻雜以與該中間層之距離為函數(shù)增加。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)電路，其特征在于，該半導(dǎo)體材料系硅鍺合金。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的光學(xué)電路，其特征在于，該半導(dǎo)體材料系Si0.95Ge0.05。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的光學(xué)電路，其特征在于，該半導(dǎo)體材料系以銦及鉈之至少一種來摻雜以產(chǎn)生該深層能態(tài)。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的光學(xué)電路，其特征在于，該半導(dǎo)體材料也包含一共摻質(zhì)，其功用在于大致填充或大致上使該深層能態(tài)空乏或促進(jìn)該深層能態(tài)之光學(xué)活化。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的光學(xué)電路，其特征在于，該共摻質(zhì)系碳。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的光學(xué)電路，其特征在于，該共摻質(zhì)系選自砷、磷、及碳所組成之族群。
20.一種光檢測器，包含一第一電極；一第二電極；以及一介于該第一和第二電極間之中間層，該中間層至少包含一半導(dǎo)體材料，其特征在于具有一導(dǎo)帶、一能階比導(dǎo)帶低之價帶、以及導(dǎo)入在該導(dǎo)帶和能帶間之深層能態(tài)，該半導(dǎo)體材料也包含一共摻質(zhì)，其功用在于大致填充或大致上使該深層能態(tài)空乏或促進(jìn)該深層能態(tài)之光學(xué)活化。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的光檢測器，其特征在于，該第一電極包含一第一半導(dǎo)體材料。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的光檢測器，其特征在于，該第二電極包含一第二半導(dǎo)體材料。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的光檢測器，其特征在于，更包含連接至該第一電極之第一接觸區(qū)域，以及一連接至該第二電極之第二接觸區(qū)域。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的光檢測器，其特征在于，該第一次提及之半導(dǎo)體材料包含硅鍺合金。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的光檢測器，其特征在于，該第一次提及之半導(dǎo)體材料系Si0.95Ge0.05。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的光檢測器，其特征在于，該第一提及之半導(dǎo)體材料系以銦及鉈之至少一種來摻雜以產(chǎn)生該深層能態(tài)。
27.根據(jù)權(quán)利要求29所述的光檢測器，其特征在于，該半導(dǎo)體材料也包含一共摻質(zhì)，其功用在于大致填充或大致上使該深層能態(tài)空乏或促進(jìn)該深層能態(tài)之光學(xué)活化。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的光檢測器，其特征在于，該第一半導(dǎo)體材料包含一第一摻雜硅，而該第二半導(dǎo)體材料包含一第二摻雜硅。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的光檢測器，其特征在于，該第一摻雜硅和第二摻雜硅具有相反之導(dǎo)電型。
28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的光檢測器，其特征在于，該第一摻雜硅和第二摻雜硅具有相同之導(dǎo)電型。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的光檢測器，其特征在于，該第一及第二摻雜半導(dǎo)體材料系N型。
30.根據(jù)權(quán)利要求28所述的光檢測器，其特征在于，該第一及第二摻雜半導(dǎo)體材料系P型。
31.根據(jù)權(quán)利要求26所述的光檢測器，其特征在于，該第一摻雜硅之摻雜及第二摻雜硅之摻雜以與該中間層之距離為函數(shù)增加。
32.一種制造一光學(xué)電路之方法，該方法包含在一基材上或其內(nèi)制造一波導(dǎo)；以及在該波導(dǎo)之一選擇部分上制造一光檢測器，其中制造該波導(dǎo)包含沉積一第一披覆材料(cladding material)；在該第一被覆材料上沉積一核心材料，該核心材料系一半導(dǎo)體材料，其特征在于具有一導(dǎo)帶和一能階比導(dǎo)帶低之價帶；以及在該核心材料上沉積一第二披覆材料，且其中制造該光檢測器包含從該第一披覆材料制造一第一導(dǎo)電電極；從該核心材料制造一中間層，其中制造該中間層的步驟包含在該半導(dǎo)體材料之導(dǎo)帶和價帶間導(dǎo)入深層能態(tài)；以及從該第二披覆材料制造一第二導(dǎo)電電極在該中間層上。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，該制造中間層的步驟也包含將一共摻質(zhì)導(dǎo)入該第一次提及之半導(dǎo)體材料中，其功用在于大致填充或大致上使該深層能態(tài)空乏或促進(jìn)該深層能態(tài)之光學(xué)活化。
34.一種制造光檢測器之方法，該方法包含制造一第一導(dǎo)電電極；在該第一導(dǎo)電電極上制造一中間層，該中間層至少包含一半導(dǎo)體材料，其特征在于具有一導(dǎo)帶和一能階比導(dǎo)帶低之價帶，該制造中間層的步驟也包含將深層能態(tài)導(dǎo)入介于導(dǎo)帶和價帶間之該半導(dǎo)體材料中，以及將一功用在于大致填充或大致上使該深層能態(tài)空乏或促進(jìn)該深層能態(tài)之光學(xué)活化之共摻質(zhì)導(dǎo)入該半導(dǎo)體材料中；以及在該中間層上制造一第二電極。
全文摘要
一種光學(xué)電路，包含一半導(dǎo)體基材、一形成在該基材內(nèi)或其上的光波導(dǎo)；以及形成在該半導(dǎo)體基材內(nèi)或其上的光檢測器，其中該光檢測器系與該光波導(dǎo)對準(zhǔn)，以便在操作期間接收來自該光波導(dǎo)的光學(xué)信號，且其中該光檢測器具有一第一電極；一第二電極；以及一介于該第一和第二電極間的中間層，該中間層系由半導(dǎo)體材料制成，其特征在于具有一導(dǎo)帶、一價帶、以及在該導(dǎo)帶和價帶間導(dǎo)入的深層能態(tài)(deep level energy states)。
文檔編號G02B6/10GK1795592SQ200480014550
公開日2006年6月28日 申請日期2004年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月29日
發(fā)明者勞倫斯C·韋斯特, 托馬斯P·皮爾索爾, 弗朗西斯科A·利昂, 斯蒂芬·莫法特 申請人:應(yīng)用材料股份有限公司