專利名稱：光接收裝置及其制造方法和包括該裝置的光電集成電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有高響應(yīng)速度的光接收裝置及其制造方法。本發(fā)明還涉及包括光接收裝置的光電集成電路(optoelectronic integrated circuit，OEIC)。
背景技術(shù)：
使用硅半導(dǎo)體襯底的一個優(yōu)勢是它確保了良好的可靠性，并且在襯底上集成邏輯器件、工作器件和驅(qū)動器件時實現(xiàn)高集成度。而且，由于使用了便宜的硅，在制造高度集成的電路時，采用硅半導(dǎo)體材料能夠?qū)崿F(xiàn)比化合物半導(dǎo)體材料更低的成本。因此，在集成電路制造工藝中，經(jīng)常采用硅(Si)作為基礎(chǔ)材料。
因為由硅制成的光接收裝置，可以得到各種光電集成電路(OEIC)，例如具有用于監(jiān)視來自光源的光功率的監(jiān)視光電探測器(monitor photodetector，MPD)的硅光具座(silicon optical bench)，和具有調(diào)制光源和光電探測器的光通信用或光拾取器用光模塊。
為了實現(xiàn)OEIC和進一步實現(xiàn)各種用途，光接收裝置必須滿足高響應(yīng)速度。
光接收裝置即光電探測器中的響應(yīng)速度取決于本征區(qū)(耗盡區(qū))中空穴和電子的渡越時間以及空穴和電子擴散到摻雜區(qū)外的時間。
根據(jù)由等式1表示的愛因斯坦關(guān)系，可得出載流子在硅中的擴散系數(shù)等式1D/μ＝kT/q，其中，D是載流子的擴散系數(shù)，μ是載流子的遷移率，k是波爾茲曼常數(shù)，T是溫度(K)，和q是電荷。
在本征硅(Si)中，在室溫下(300K)，電子的遷移率是1350cm2/Vs(其中，V是電壓(伏)，s是時間(秒))，空穴的遷移率是450cm2/Vs。空穴的遷移率大大小于電子的遷移率。因此，從愛因斯坦關(guān)系式可知，空穴的擴散系數(shù)小于電子的擴散系數(shù)。
當(dāng)內(nèi)建電勢(由不外加電壓時產(chǎn)生于本征區(qū)中的電場引起)增加以便增加施加到本征區(qū)的電場強度，摻雜濃度增加用于提高摻雜層的導(dǎo)電性時，隨著內(nèi)建電勢和摻雜濃度的增加，空穴的遷移率進一步減小。因此，為了實現(xiàn)PIN光電探測器的高響應(yīng)速度，需要減小空穴以低遷移率穿過的P區(qū)的厚度。
同時，在光拾取器中，如圖1所示被分為幾部分的光電探測器用于再現(xiàn)記錄在光信息存儲媒質(zhì)中的信息，例如，諸如密度盤(CD)、數(shù)字化視頻光盤(DVD)和下一代DVD(如藍線光盤(BD，Blu-ray disc)和/或先進光盤(AOD))的光盤，以及用于探測誤差信號，例如記錄和/或再現(xiàn)操作期間的聚焦誤差信號和跟蹤誤差信號。圖1示出了光拾取器用的4分區(qū)光電探測器，但是光拾取器用的光電探測器可以具有各種分區(qū)結(jié)構(gòu)。
參見圖1，當(dāng)A、B、C和D代表4分區(qū)光電探測器1的各個部分時，在各部分探測各個信號，如光拾取器相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)所公知的，根據(jù)象散方法的聚焦誤差信號(focus error signal，F(xiàn)ES)和信息再現(xiàn)信號(RF信號)分別等于(A+C)-(B+D)和A+B+C+D。根據(jù)推拉方法的跟蹤誤差信號(trackingerror signal，TES)等于(A+B-(C+D)。
如上所述，在光拾取器中采用了具有多個部分的光電探測器。由于需要光信息存儲媒質(zhì)的大存儲容量和高速數(shù)據(jù)處理，在光拾取器中需要使用具有高響應(yīng)速度和低噪聲的光電探測器以獲得良好的靈敏度。但是，具有n分區(qū)結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)光電探測器不能滿足高響應(yīng)速度和低噪聲的要求。因此，制造要求高集成度的各種器件，例如，制造具有光電探測器集成電路(photodetectorintegrated circuit，PDIC)的光電探測器整體結(jié)構(gòu)時面臨許多問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種具有高響應(yīng)速度和低噪聲以得到良好靈敏度的光接收裝置及其制造方法。本發(fā)明還提供包括光接收裝置的光電集成電路。
根據(jù)本發(fā)明的一個方案，提供一種光接收裝置，包括襯底；形成在襯底上的本征區(qū)；形成至本征區(qū)中較淺深度的第一區(qū)；和形成至本征區(qū)中較深深度且與第一區(qū)隔開的第二區(qū)，其中第一和第二區(qū)摻雜有不同導(dǎo)電類型。
根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，第一區(qū)可以摻雜有p+型雜質(zhì)，和包括其上被構(gòu)圖成與第一區(qū)不連續(xù)接觸的電極。
該電極可以是透光性的介電電極(dielectric electrode)。
可在用于形成第一區(qū)的本征區(qū)表面部分上形成具有多個開口的不連續(xù)控制膜圖形，利用控制膜圖形的開口，可以將第一區(qū)形成至較淺深度，以及介電電極可以在控制膜圖形的開口處接觸第一區(qū)。
控制膜可以是氧化硅膜。
光接收裝置還可包括間隔層，其形成在襯底上，以提供襯底和本征區(qū)間的電絕緣。
可通過O2注入在襯底上形成間隔層。
襯底可以是硅基襯底，并且可以通過硅基材料的再生長形成本征區(qū)。
光接收裝置可以具有帶多個光接收區(qū)的結(jié)構(gòu)，每一光接收區(qū)包括本征區(qū)、第一區(qū)和第二區(qū)，可以在光接收區(qū)間形成一隔離區(qū)用于其間的電絕緣。
隔離區(qū)可以由絕緣膜和多晶硅(Poly-Si)形成。
光接收裝置可以用在下述情況中的至少一種之中光通信用的光接收裝置，光拾取器用的光接收裝置，用于與半導(dǎo)體激光器和光接收裝置的整體結(jié)構(gòu)進行光通信的光模塊，光拾取器用的光模塊，具有光接收裝置的各種光具座，以及具有單個光接收裝置或多個光接收裝置的一維或二維陣列的各種光電集成電路。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種光電集成電路，其包括形成在襯底上用于接收光的至少一個光接收裝置，其中光接收裝置包括形成在襯底上的本征區(qū)；形成至本征區(qū)中較淺深度的第一區(qū)；和形成至本征區(qū)中較深深度且與第一區(qū)隔開的第二區(qū)，對第一和第二區(qū)進行不同導(dǎo)電類型的摻雜。
光電集成電路可以用作下述情況中的至少一種光通信用的光接收裝置，光拾取器用的光接收裝置，用于與半導(dǎo)體激光器和光接收裝置的整體結(jié)構(gòu)進行光通信的光模塊，光拾取器用的光模塊，具有光接收裝置的各種光具座，以及具有單個光接收裝置或多個光接收裝置的一維或二維陣列的各種光電集成電路。
根據(jù)本發(fā)明的又一實施例，提供一種制造光接收裝置的方法，該方法包括制備襯底；在襯底上形成本征區(qū)；和分別形成至本征區(qū)中較淺和較深深度的第一和第二區(qū)，其中第一和第二區(qū)彼此隔開且摻雜有不同導(dǎo)電類型。
根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，第一區(qū)可以摻雜有p+型。本方法還可包括在第一區(qū)上形成被構(gòu)圖成與第一區(qū)不連續(xù)接觸的電極。
本方法還可包括在用于形成第一區(qū)的本征區(qū)表面部分上形成具有多個開口的不連續(xù)硅控制膜圖形?？梢岳每刂颇D形的開口將第一區(qū)形成至較淺深度。
本方法還可包括形成介電電極，使該介電電極在控制膜圖形的開口處與第一區(qū)接觸。
本方法還可包括在形成本征區(qū)之前在襯底上形成間隔層，以提供襯底和本征區(qū)之間的電絕緣。
當(dāng)光接收裝置包括多個光接收區(qū)的一維或二維陣列時，每個光接收區(qū)具有本征區(qū)以及第一和第二區(qū)，本方法還可包括在光接收區(qū)之間形成隔離區(qū)，用于光接收區(qū)的電絕緣。


下面參考附圖詳細描述本發(fā)明的示例性實施例，本發(fā)明的上述和其它特征和優(yōu)點將變得更明顯，在附圖中圖1是光拾取器用的4分區(qū)光電探測器的例子的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的光接收裝置的剖面圖；圖3是圖2所示光接收裝置的平面圖；圖4是圖2的主要部分的放大圖；圖5～13是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的光接收裝置的制造工藝的示意圖；圖14A是用于與根據(jù)本發(fā)明的光接收裝置進行光通信的光接收裝置的例子的示意圖；圖14B是用于與根據(jù)本發(fā)明的光接收裝置進行光通信的光接收裝置的另一例子的示意圖；圖15是具有根據(jù)本發(fā)明的光接收裝置的光具座的例子的示意圖；圖16是圖15的光具座(optical bench)的剖面示意圖；和圖17是具有根據(jù)本發(fā)明的光接收裝置的二維陣列結(jié)構(gòu)的光電集成電路的例子的示意圖。
具體實施例方式
圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的光接收裝置的截面圖，圖3是圖2所示光接收裝置的平面圖，和圖4是圖2的主要部分的放大圖。
參考圖2～4，根據(jù)本發(fā)明的光接收裝置10包括襯底11，形成在襯底11上的本征區(qū)15，形成至本征區(qū)15中較淺深度的第一區(qū)17，和形成至本征區(qū)15中較深深度且與第一區(qū)17形成距離的第二區(qū)19。優(yōu)選地，光接收裝置10還包括間隔層13，其被形成在襯底11上用于電絕緣。
優(yōu)選地，襯底11是硅基襯底。例如，可以將p型或n型硅襯底用作襯底11。
間隔層13用于提供襯底11和本征區(qū)15間的電絕緣。優(yōu)選地，通過O2注入將間隔層13形成在襯底11的表面上。
在通過O2注入形成間隔層13的情況下，襯底11例如p型硅襯底保持未受損晶體結(jié)構(gòu)，即，未受損晶格結(jié)構(gòu)。因此，可通過再生長具有與襯底11的材料相同或相似晶格結(jié)構(gòu)的材料來形成本征區(qū)15。
如上所述，在形成間隔層13從而使襯底11和本征區(qū)15之間電絕緣之后，在間隔層13上形成用于光接收裝置10的剩余構(gòu)成元件。此時，因為對襯底11的電性能沒有要求，所以對襯底11的摻雜濃度和摻雜類型沒有具體的限制。
因此，當(dāng)在襯底11上形成間隔層13時，可以將用于常規(guī)硅光具座(siliconoptical bench，SiOB)的晶片例如Si裸晶片作為襯底11?？梢岳斫猓梢詫⒂糜诩呻娐?IC)制造工藝的硅晶片用作襯底11。
當(dāng)在用于硅光具座或常規(guī)集成電路的硅晶片上形成包括光接收裝置10的光電集成電路時，可以僅對用于形成光接收裝置10的晶片部分執(zhí)行O2注入以形成間隔層13。
因此，間隔層13使得可以在上述晶片上直接形成光接收裝置10。
另外，當(dāng)光接收裝置10具有呈n個分區(qū)結(jié)構(gòu)(n是整數(shù)2或更大)的多個光接收區(qū)或者將光接收裝置10形成為陣列時，間隔層13提供電絕緣。
形成間隔層13的結(jié)果是，可以將光接收裝置10形成為具有多個光接收區(qū)的結(jié)構(gòu)。而且，當(dāng)光接收裝置10是多個時，它可以形成為一維或二維陣列。
優(yōu)選地，通過硅基材料的再生長，在間隔層13上形成本征區(qū)15。本征區(qū)15可以由與襯底11的材料相同或相似的材料形成，例如Si、SiC或金剛石，以確保它與襯底11的晶格匹配。
本征區(qū)15的厚度隨著光接收裝置10的探測波長而變化。當(dāng)用光接收裝置10探測藍光波長時，要求本征區(qū)15的厚度較薄，而當(dāng)探測更長波長的光時，要求本征區(qū)15的厚度較厚。
考慮到空穴擴散到本征區(qū)15外的時間以及因過度生長造成的晶格不匹配度增加，優(yōu)選地將本征區(qū)15形成為合適的厚度。
例如，當(dāng)光接收裝置10用于探測藍光波長時，可以采用硅將本征區(qū)15形成至約1μm的厚度。因為硅對400nm波長光的吸收系數(shù)在約105至106cm-1的范圍內(nèi)，即使耗盡層即本征區(qū)15的厚度是約1μm，可以達到95％或更大的充分光吸收。
由于本征區(qū)15的厚度隨著探測波長而變化，因此適于采用局部氧注入隔離(SIMOX，Separation by implantation of oxygen)工藝，僅在用于形成光接收裝置10的襯底11部分上形成間隔層13。
第一區(qū)17是p+摻雜區(qū)，它是通過將諸如硼(B)、鋁(Al)或鎵(Ga)的預(yù)定摻雜劑加入到本征區(qū)15中而形成淺的深度。優(yōu)選地，通過淺擴散工藝向第一區(qū)17中摻入p+型，更優(yōu)選地，采用超淺擴散工藝。這里，當(dāng)與淺擴散工藝相比較時，采用超淺擴散工藝形成的摻雜區(qū)的摻雜程度更淺，但是兩種工藝之間沒有具體的界限。因此，此后，即使超淺擴散工藝將被稱為淺擴散工藝，于是，淺擴散工藝包括超淺擴散工藝的概念。
優(yōu)選地，將第一區(qū)17形成至淺的深度，例如約50nm的深度，以縮短空穴的渡越距離。
如后所述，在用于形成第一區(qū)17的本征區(qū)15部分上，采用氧化硅形成具有多個開口的控制膜21圖形?？梢越?jīng)由控制膜21圖形的開口，通過擴散工藝將第一區(qū)17形成至淺的深度。
也可通過注入工藝完成約50nm的淺深度摻雜。因此，可通過注入工藝形成第一區(qū)17。
第二區(qū)19是n型，優(yōu)選地，是n+型摻雜區(qū)，它與第一區(qū)17間隔開，并被形成至本征區(qū)15中較深的深度。優(yōu)選地，第二區(qū)19是通過深擴散工藝形成的。因為第二區(qū)19被形成至深的深度，它可以通過常規(guī)擴散工藝形成。
如上所述，光接收裝置10具有在本征區(qū)15中的第一和第二區(qū)17和19的平面排列結(jié)構(gòu)。
而且，光接收裝置10還包括在第一和第二區(qū)17和19上的第一和第二電極23和25，以將反向偏壓加在第一和第二區(qū)17和19間并且輸出探測信號。
優(yōu)選地，第一電極23是透明、透光性介電膜，例如ITO或IZO介電電極。第二電極25可以由諸如鋁(Al)的典型金屬制成。
優(yōu)選地，第一電極23被構(gòu)圖成不連續(xù)地接觸第一區(qū)17。
在第一區(qū)17上形成第一電極23可能破壞結(jié)例如超淺結(jié)的性能。但是，在不接觸第一電極23的第一區(qū)17部分處，結(jié)的性能不會被破壞。
這種第一區(qū)17上的第一電極23的不連續(xù)接觸圖形便于通過規(guī)律性工藝形成第一電極23，因此，光接收裝置10具有優(yōu)良的批生產(chǎn)能力。
另外，在采用透明介電電極作為第一電極23的情況下，光接收裝置10可以形成為在第一區(qū)17上留下控制膜21圖形的結(jié)構(gòu)。所以，由于控制膜21的圖形化結(jié)構(gòu)，光接收裝置10具有光波長選擇性。
圖2～4示出了具有下述結(jié)構(gòu)的光接收裝置10的例子，即圖形化控制膜21和第一電極23交替地接觸第一區(qū)17。
可以按照下列方式構(gòu)圖控制膜21，即在用于形成第一區(qū)17的本征區(qū)15表面部分上形成氧化硅膜(舉例來說)，然后通過光刻工藝蝕刻氧化硅膜，以形成用于擴散工藝的多個開口。就一個光接收區(qū)來說，開口呈一維或二維排列，由于該些開口，控制膜21被構(gòu)圖成具有掩模結(jié)構(gòu)。這里，通過干法和濕法工藝的組合來形成控制膜21圖形。
通過淺擴散工藝或注入工藝將諸如硼和磷的摻雜劑注入到控制膜21圖形的開口中，以形成第一區(qū)17。如上所述，優(yōu)選地采用淺擴散工藝形成第一區(qū)17。也可通過注入工藝形成第一區(qū)17。
優(yōu)選地，控制膜21是氧化硅(SiO2)膜。
由氧化硅制成的控制膜21圖形作為間隙提供源，使得第一區(qū)17通過擴散工藝被形成至淺的深度。而且，利用諸如氯氣的鹵素氣體作為外部工藝條件，控制膜21圖形通過調(diào)節(jié)空位缺陷來控制擴散深度，以減少因反向偏置造成的隧穿。
優(yōu)選地，氧化硅膜圖形被形成為合適的厚度，以得到期望的淺擴散。
如擴散技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)所公知的，當(dāng)氧化硅膜比合適厚度(如，幾千埃)厚或者擴散溫度低時，空位主要影響擴散，從而造成深度擴散。另一方面，當(dāng)氧化硅膜比合適厚度薄或者擴散溫度高時，Si自間隙主要影響擴散，從而造成深度擴散。
因此，如果將氧化硅膜形成為合適的厚度，其中Si自間隙和空位按照相同的比例產(chǎn)生，Si自間隙和空位的復(fù)合延遲了摻雜劑的擴散。結(jié)果，實現(xiàn)期望的淺摻雜。這里所用空位和自間隙的物理性能是擴散技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)所公知的，因此，將省略其詳細描述。
如上所述，氧化硅控制膜21用作間隙提供源且調(diào)節(jié)空位缺陷，于是可以通過擴散工藝將第一區(qū)17形成至淺的深度。
在如上所述形成控制膜21圖形和第一區(qū)17的情況下，取決于控制膜21圖形的開口的形狀和排列，可以將第一區(qū)17形成為各種一維或二維陣列。第一區(qū)17的整個部分用作光接收裝置10的光接收區(qū)。
圖4示出了在一個光接收區(qū)中不連續(xù)設(shè)置的、用于第一區(qū)17的多個摻雜區(qū)。這種第一區(qū)17的不連續(xù)性隨著位于開口間的控制膜21圖形部分的寬度而改變。
具體地，當(dāng)經(jīng)由控制膜21圖形的開口擴散摻雜劑時，也通過側(cè)向擴散在控制膜21下面形成摻雜區(qū)。因此，在將位于開口間的控制膜21圖形部分的寬度減小至足夠程度時，形成在相應(yīng)于每個開口的位置處的、用于第一區(qū)17的該些摻雜區(qū)可以相互連接。
所述控制膜21圖形部分的寬度和第一區(qū)17的不連續(xù)性是可選條件，于是，可作出其各種變化。
由于將控制膜21構(gòu)圖成具有多個開口且經(jīng)由控制膜21圖形的開口形成第一區(qū)17，因此第一區(qū)17可以形成至大的尺寸。所以，可以按照要求改變光接收區(qū)的面積。
另外，在經(jīng)由控制膜21圖形的開口擴散摻雜劑時，也在控制膜21的下面形成擴散區(qū)。由于這個原因，當(dāng)?shù)谝浑姌O23在控制膜21圖形的開口處接觸第一區(qū)17時，盡管開口處的超淺結(jié)被破壞，形成在控制膜21下面的擴散區(qū)處的超淺結(jié)不會被破壞。因此，也可以通過規(guī)律性工藝形成第一電極23。于是，光接收裝置10具有優(yōu)良的批生產(chǎn)能力。
如圖2和4所示，在光接收裝置10具有由透明介電材料制成的第一電極23且具有第一電極23和控制膜21交替接觸第一區(qū)17的結(jié)構(gòu)的情況下，控制膜21的周期性圖形可以提高對特定波長范圍光的波長選擇性，因此，光接收裝置10可僅接收特定波長范圍的光。
如上所述，控制膜21圖形充當(dāng)淺擴散用間隙提供源和作為光學(xué)膜。
另外，控制膜21圖形用于減少結(jié)的破壞。
具體地，當(dāng)控制膜21圖形和第一介電電極23具有多重結(jié)構(gòu)(multi-structure)時，由介電材料制成的第一電極23具有薄層電阻，于是，它作為用于傳播電流的電極。當(dāng)電流到達控制膜21即氧化硅膜時，多重結(jié)構(gòu)充當(dāng)插入了N電極的平板電容器，即第二電極25和具有高介電常數(shù)的材料，將介電材料作為其中心。
因此，由于光接收裝置10具有這種多重結(jié)構(gòu)，第一電極23和控制膜21交替地接觸第一區(qū)17，這與電極直接形成在硅襯底上的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)不相同，因此容值增加，且因強反向偏壓在超淺結(jié)中造成的隧穿暗電流減小，從而防止了結(jié)的破壞。另外，即使在被施加高電場時，多重結(jié)構(gòu)用于增加電壓-電容電阻值。
例如，加在具有氧化硅膜和介電電極的結(jié)構(gòu)上的電場小于加在僅具有介電電極的結(jié)構(gòu)上的電場。由于第一區(qū)17即淺P型結(jié)是高度摻雜的，僅具有介電電極的結(jié)構(gòu)容易出現(xiàn)隧穿，即因反向偏置電壓造成的暗電流，以及經(jīng)歷電遷移。在鋁電極中，產(chǎn)生明顯的火花。
但是，由于具有氧化硅膜和介電電極的結(jié)構(gòu)比僅具有介電電極的結(jié)構(gòu)承受的電場減弱，通過氧化硅膜防止了因反向偏置電壓造成的隧穿。另外，由于存在氧化硅膜，可能會聚積一些靜電電荷，于是，可以調(diào)節(jié)總電場分布的均勻性。
圖2和4示出了具有下述結(jié)構(gòu)的光接收裝置10的例子，即由透光性介電材料制成的第一電極23和控制膜21交替地接觸第一區(qū)17。光接收裝置10也可制造成除去了控制膜21的結(jié)構(gòu)。在這種情況下，第一電極23被形成為不連續(xù)地接觸第一區(qū)17，于是在根據(jù)本發(fā)明的光接收裝置的光接收區(qū)的外部，第一電極23的圖形相互連接。
優(yōu)選地，光接收裝置10包括氧化硅膜27，用于覆蓋位于除有效光接收區(qū)的區(qū)域之外的本征區(qū)15。通過形成氧化硅膜23，防止露出本征區(qū)15，于是，可以抑制暗電流的產(chǎn)生。用于抑制暗電流的氧化硅膜27可以在形成控制膜21的同時形成。替代地，氧化硅膜27可利用單獨的工藝形成。
同時，光接收裝置10可以具有多個光接收區(qū)(10a和10b，如圖2和3所示)。在這種情況下，優(yōu)選地形成隔離區(qū)29，用于使光接收區(qū)10a和10b絕緣。
隔離區(qū)29被形成為與間隔層13接觸。隔離區(qū)29可以由絕緣膜和多晶硅(Poly-Si)形成。隔離區(qū)29可以按照下述方式形成，即在溝槽中形成氧化硅膜即絕緣膜，然后用多晶硅填充溝槽空間，如下文參考圖8A和8B所作的描述。
圖2和3所示的光接收裝置10具有兩個光接收區(qū)10a和10b。然而，這僅作為示范，因此，本發(fā)明可具有三個或更多的光接收區(qū)或單個光接收區(qū)。
根據(jù)上述的光接收裝置10，在正電壓加到第二區(qū)19上的第二電極25(即n型層上的鋁電極)且負電壓加到第一區(qū)17上的第一電極23(即p型層上的介電電極)的狀態(tài)下，當(dāng)光入射時，入射光被本征區(qū)15吸收且產(chǎn)生電子-空穴對。此時，通過施加反向偏置電壓，產(chǎn)生的電子朝作為正電極的第二電極25加速，產(chǎn)生的空穴朝作為負電壓的第一電極23加速，于是電子和空穴消失。
在本發(fā)明的光接收裝置10中，第一和第二區(qū)17和19被摻雜不同導(dǎo)電類型且設(shè)置為平面結(jié)構(gòu)。第一和第二電極23和25分別形成在第一和第二區(qū)17和19上。因此，光接收裝置10具有下述結(jié)構(gòu)，即相反的電極被定位在淺摻雜區(qū)所處的同一表面水平上，且電子和空穴對角消失。
在本發(fā)明的光接收裝置10中，由于摻雜有p導(dǎo)電型的第一區(qū)17的厚度薄，當(dāng)在第一和第二電極23和25上施加反向偏置電壓時，主要產(chǎn)生水平電場。在這種水平電場下，因第一區(qū)17的厚度薄，空穴以短距離輸運到達第一電極23，而電子以相對長的距離輸運到達形成在具有深摻雜深度的第二區(qū)19上的第二電極25。因此，因空穴和電子間的遷移率差異造成的響應(yīng)延遲降低，從而實現(xiàn)高響應(yīng)速度。
另外，光接收裝置10中的第一區(qū)17即p型層的厚度比傳統(tǒng)光接收裝置中的p型層的厚度薄，于是，可以在本征區(qū)15中吸收大多數(shù)光。而且，本征區(qū)15通過氧化硅膜與外界完全電絕緣，于是，降低了因側(cè)面的表面復(fù)合而產(chǎn)生的暗電流。因此，暗電流非常小。
而且，當(dāng)在第一區(qū)17上形成第一電極23時，不需要考慮破壞超淺結(jié)。因此，對于第一電極23的制造條件沒有具體的限制。
而且，光接收裝置10具有第一電極23和控制膜21交替接觸第一區(qū)17的結(jié)構(gòu)。因此，光接收裝置10具有波長選擇性，且可以減輕反向偏壓的過度集中。
下面參考圖5～13說明根據(jù)本發(fā)明制造具有多個光接收區(qū)10a和10b的光接收裝置10的方法。
參考圖5，首先，制備硅基襯底11，例如n型或p型硅襯底。可以將用于典型光具座的晶片作為襯底11?？商娲兀梢詫⒂糜谛纬沙Ｒ?guī)集成電路的硅晶片作為襯底11。
然后，如圖6所示，采用O2注入工藝，僅在用于形成光接收裝置10的硅襯底11表面部分上形成間隔層13，從而提供區(qū)域隔離。當(dāng)襯底11作為包括光接收裝置10的光電集成電路的基底或光接收裝置10具有幾個分區(qū)時，需要形成間隔層13?？梢岳斫?，當(dāng)光集成器件10具有單個光接收區(qū)時，可以省略間隔層13的形成。
接下來，如圖7所示，通過再生長與襯底11的材料相同或相似的硅基材料例如硅，來形成本征區(qū)15。此時，考慮到待接收光的波長和晶格失配的出現(xiàn)，將本征區(qū)15形成至合適的厚度。
然后，如圖8A所示，在用于形成隔離區(qū)29的本征區(qū)15部分中形成溝槽29′。接下來，如圖8B所示，形成氧化硅膜27，以覆蓋包括用于形成光接收區(qū)10a和10b的本征區(qū)15上表面的本征區(qū)15。優(yōu)選地，利用干氧化工藝形成氧化硅膜27。不在用于形成第二區(qū)19的位置上形成氧化硅膜27。
接下來，如圖9所示，形成有氧化硅膜27的溝槽29′的空間被多晶硅填充，以形成隔離區(qū)29，使得光接收區(qū)10a和10b之間電絕緣。隔離區(qū)29被形成為與間隔層13接觸。因此，隔離區(qū)29由氧化硅絕緣膜和多晶硅形成。
然后，如圖10所示，利用常規(guī)N型擴散工藝，形成第二區(qū)19。優(yōu)選地，第二區(qū)19被形成至深的深度且摻雜有n+型。
接下來，如圖11所示，利用全息攝影術(shù)工藝，在用于形成光接收區(qū)10a和10b的控制膜21部分中形成多個開口，從而形成控制膜21圖形。
然后，如圖12所示，經(jīng)由控制膜21圖形的開口擴散硼(舉例來說)以形成第一區(qū)17，第一區(qū)摻雜有p+型且被形成至淺的深度。在這種情況下，當(dāng)控制膜21是氧化硅膜時，執(zhí)行淺擴散工藝，優(yōu)選執(zhí)行超淺擴散工藝，于是，將第一區(qū)17形成至淺的深度。
因為在一個光接收區(qū)中控制膜21圖形具有多個開口，一個光接收區(qū)具有用于第一區(qū)17的多個摻雜區(qū)。因此，第一區(qū)17的摻雜區(qū)的數(shù)量隨著光接收區(qū)的期望面積而變化。通過調(diào)節(jié)位于開口間的控制膜21部分的寬度，第一區(qū)17的摻雜區(qū)可以相互連接。
接下來，如圖13所示，使用介電材料形成第一電極23，其被形成為在控制膜21圖形的開口處接觸第一區(qū)17，和使用諸如鋁的金屬在第二區(qū)19上形成第二電極25?？刂颇?1圖形作為用于形成第一電極23的掩模。第一電極23由透光性介電材料制成。
如上所述，可利用普通工藝形成第一電極23，于是，光接收裝置10具有優(yōu)良的批生產(chǎn)能力。
如圖13所示，當(dāng)光接收裝置10被形成為多重結(jié)構(gòu)(multi-structure)時，即控制膜21和第一電極23交替地接觸第一區(qū)17，控制膜21圖形作為光學(xué)膜。因此，光接收裝置10具有波長選擇性，用于接收特定波長范圍。即，為了使光接收裝置10僅接收特定波長的光，可將控制膜21形成為具有與該特定波長相對應(yīng)的周期性圖形，以及可以將本征區(qū)15形成為具有足夠吸收該特定波長光的厚度。因此，可根據(jù)不同情況選擇控制膜21的周期性圖形和本征區(qū)15的厚度。
可在形成第一電極23后除去控制膜21圖形。在這種情況下，與第一區(qū)17的摻雜區(qū)接觸的第一電極23圖形部分在光接收區(qū)10a和10b的外部相互連接。
上述光接收裝置10的制備工藝僅用于示范，于是，其中可以對其進行各種改變而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。
上述用于光接收裝置10的襯底11可以用作下述情況中的至少一種的基底光通信用的光接收裝置，光拾取器用的光接收裝置，用于與半導(dǎo)體激光器和光接收裝置的整體結(jié)構(gòu)進行光通信的光模塊，光拾取器用的光模塊，具有光接收裝置的各種光具座，以及具有至少一個光接收裝置的各種光電集成電路。
本發(fā)明包括光接收裝置10的光電集成電路可以是下述情況中的至少一種光通信用的光接收裝置，光拾取器用的光接收裝置，用于與半導(dǎo)體激光器和光接收裝置的整體結(jié)構(gòu)進行光通信的光模塊，光拾取器用的光模塊，具有光接收裝置的各種光具座，以及具有單個光接收裝置或多個光接收裝置的一維或二維陣列的各種光電集成電路。
參考圖14A和14B，光通信用的光接收裝置50和70可以具有本發(fā)明的一個或多個光接收裝置10，以接收光信號。在光接收裝置70具有多個光接收裝置10的情況下，如圖14B所示，多個光接收裝置10以陣列形式定位在單個襯底11上。盡管圖14B示出了在襯底11上的光接收裝置10的一維陣列，光接收裝置10的數(shù)量和排列方式可隨著使用目的而變化。在這種情況下，間隔層13位于每個光接收裝置10的襯底11和本征區(qū)15之間，以提供其間的電絕緣。光接收裝置10彼此隔開或具有其間的隔離區(qū)29。圖14B示出了光接收裝置70的一個例子，其中間隔層13形成在用于形成多個光接收裝置10的襯底11表面位置上，且光接收裝置10彼此隔開。
也可將圖14A所示光通信用的光接收裝置50用作用于其它用途的、具有單個光接收裝置的光電集成電路。圖14B所示光通信用的光接收裝置70也可用作用于其它用途的、具有多個光接收裝置的一維或二維陣列的光電集成電路。
光拾取器用的光接收裝置被制造成使得本發(fā)明的光接收裝置10具有多個光接收區(qū)，如圖1所示。光拾取器用的光接收裝置被用于再現(xiàn)記錄在光盤上的信息和/或探測用于伺服系統(tǒng)的誤差信號。
作為本發(fā)明的光電集成器件的一個例子，光模塊具有作為光源的半導(dǎo)體激光器和本發(fā)明的光接收裝置10的單個封裝。光通信用的光模塊用于發(fā)射和接收光信號。光拾取器用的光模塊用于將光照射到光盤上和接收從光盤反射的光。
光通信和光拾取器用的光模塊可以形成為硅光具座(SiOB)的形式，采用光接收裝置10的襯底11作為基底。
圖15示出了光具座100的一個例子。4分區(qū)光接收裝置110具有4個光接收區(qū)的2×2陣列。如圖16所示，在使用側(cè)面發(fā)光型激光二極管作為半導(dǎo)體激光器120的情況下，優(yōu)選地切割基底101以具有反射面130，反射面130相對于半導(dǎo)體激光器120的安裝位置傾斜大約45度的角度。所以，從激光二極管的側(cè)面輸出的激光經(jīng)反射后沿垂直方向前進。
圖15示出了作為光拾取器用光模塊的光具座100，其具有4分區(qū)光接收裝置110。通過形成具有單個光接收區(qū)的光接收裝置110，或者替代地，將多個光接收裝置定位在陣列中并且然后將半導(dǎo)體激光器120定位在與光接收裝置相對應(yīng)的陣列中，也可將光具座100用作光通信用光模塊。
圖17示出了根據(jù)本發(fā)明另一實施例的光電集成電路200。參考圖17，光電集成電路200具有光接收裝置10的二維排列。
光電集成電路200可以用作成像感光器件例如固態(tài)成像感光器?；诒景l(fā)明的光接收裝置10具有波長選擇性的事實，例如，當(dāng)在每個像素中設(shè)置3個光接收裝置10且分別選擇性地接收例如紅光、綠光和藍光的情況下，本發(fā)明的光接收裝置10可以形成能夠拍攝彩色圖像的光電集成電路200。
通過減弱光接收裝置10的波長選擇性使得光接收裝置10可以接收包括紅光、綠光和藍光的可見光，將光接收裝置10定位為二維陣列以形成光電集成電路200，以及在光電集成電路200的前部設(shè)置濾色片，從而光電集成電路200也可拍攝彩色圖像。
上述包括本發(fā)明的光接收裝置10的光電集成電路僅用于示范，因此，光電集成電路的各種實施例是可能的。
從上述描述可以得知，在本發(fā)明的光接收裝置中，具有低遷移率的空穴具有短的遷移距離，因此，不會出現(xiàn)響應(yīng)延遲。結(jié)果，可以實現(xiàn)高響應(yīng)速度。
由于氧化硅膜和介電電極被構(gòu)圖成與用作光接收區(qū)的摻雜區(qū)交替接觸，因此可以防止因強反向偏置電壓引起的隧穿暗電流。由于氧化硅膜的形成防止露出本征區(qū)，因此可以減少因側(cè)面處的表面復(fù)合導(dǎo)致的暗電流。結(jié)果，暗電流非常小。因此，噪聲降低，于是，提高了靈敏度。
在將氧化硅膜和介電電極構(gòu)圖成與用作光接收區(qū)的摻雜區(qū)交替接觸的情況下，氧化硅膜圖形作為光學(xué)膜。結(jié)果，本發(fā)明的光接收裝置具有波長選擇性，以接收特定波長范圍的光。
因為間隔層僅形成在用于形成光接收裝置的部分上，以使襯底和本征區(qū)電絕緣，所以對襯底的摻雜濃度和性能沒有具體的限制。因此，本發(fā)明的光接收裝置的襯底可以用作下述情況中的至少一種的基底光通信用的光接收裝置，光拾取器用的光接收裝置，用于與半導(dǎo)體激光器和光接收裝置的整體結(jié)構(gòu)進行光通信的光模塊，光拾取器用的光模塊，具有光接收裝置的各種光具座，以及具有單個光接收裝置或多個光接收裝置的一維或二維陣列的各種光電集成電路。結(jié)果，可以獲得包括本發(fā)明的光接收裝置的各種光電集成器件。
另外，本發(fā)明的光接收裝置能夠滿足諸如高響應(yīng)速度和低噪聲的要求。因此，本發(fā)明的光接收裝置可被制造成要求高集成度的各種器件的整體結(jié)構(gòu)，例如光電探測器集成電路(PDIC)。
盡管參考其示范性實施例具體示出和描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以作出形式和細節(jié)上的各種變化，而不會脫離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種光接收裝置，包括一襯底；一本征區(qū)，形成在該襯底上；一第一區(qū)，形成至該本征區(qū)中較淺的深度；和一第二區(qū)，形成至該本征區(qū)中較深的深度且與該第一區(qū)形成距離，其中該第一和第二區(qū)摻雜有不同導(dǎo)電類型。
2.如權(quán)利要求1所述的光接收裝置，其中所述第一區(qū)摻雜有p+型且包括其上被構(gòu)圖成不連續(xù)地接觸該第一區(qū)的電極。
3.如權(quán)利要求2所述的光接收裝置，其中所述電極是透光性介電電極。
4.如權(quán)利要求3所述的光接收裝置，其中在用于形成所述第一區(qū)的所述本征區(qū)的表面部分上形成具有多個開口的不連續(xù)控制膜圖形，利用該控制膜圖形的開口將該第一區(qū)形成至較淺的深度，且所述介電電極在該控制膜圖形的開口處接觸該第一區(qū)。
5.如權(quán)利要求1所述的光接收裝置，其中在用于形成所述第一區(qū)的所述本征區(qū)的表面部分上形成具有多個開口的不連續(xù)控制膜圖形，利用該控制膜圖形的開口將該第一區(qū)形成至較淺的深度。
6.如權(quán)利要求4或5所述的光接收裝置，其中所述控制膜是氧化硅膜。
7.如權(quán)利要求1至5中任一項所述的光接收裝置，還包括用于防止露出所述本征區(qū)的氧化硅膜。
8.如權(quán)利要求1至5中任一項所述的光接收裝置，其中通過淺擴散或注入工藝形成所述第一區(qū)和/或通過深擴散工藝形成所述第二區(qū)。
9.如權(quán)利要求1至5中任一項所述的光接收裝置，還包括一間隔層，其被形成在所述襯底上以提供該襯底和所述本征區(qū)之間的電絕緣。
10.如權(quán)利要求9所述的光接收裝置，其中通過O2注入將所述間隔層形成在所述襯底上。
11.如權(quán)利要求9所述的光接收裝置，其中所述光接收裝置具有帶多個光接收區(qū)的結(jié)構(gòu)，每一光接收區(qū)包括所述本征區(qū)、所述第一區(qū)和所述第二區(qū)，和在所述光接收區(qū)之間形成隔離區(qū)，用于其間的電絕緣。
12.如權(quán)利要求11所述的光接收裝置，其中所述隔離區(qū)由絕緣膜和多晶硅(poly-Si)形成。
13.如權(quán)利要求1至11中任一項所述的光接收裝置，其中所述襯底是硅基襯底以及通過硅基材料的再生長形成所述本征區(qū)。
14.如權(quán)利要求1至11中任一項所述的光接收裝置，其被用在光通信用光接收裝置、光拾取器用光接收裝置、與半導(dǎo)體激光器和光接收裝置的整體結(jié)構(gòu)進行光通信的光模塊、光拾取器用光模塊、具有光接收裝置的各種光具座、以及具有單個光接收裝置或多個光接收裝置的一維或二維陣列的各種光電集成電路之中。
15.一種光電集成電路，包括形成在襯底上的用于接收光的至少一個光接收裝置，其中該光接收裝置包括一本征區(qū)，形成在該襯底上；一第一區(qū)，形成至該本征區(qū)中較淺的深度；和一第二區(qū)，形成至該本征區(qū)中較深的深度且與該第一區(qū)形成距離，其中該第一和第二區(qū)摻雜有不同導(dǎo)電類型。
16.如權(quán)利要求15所述的光電集成電路，其中所述第一區(qū)摻雜有p+型且包括其上被構(gòu)圖成不連續(xù)地接觸該第一區(qū)的電極。
17.如權(quán)利要求16所述的光電集成電路，其中所述電極是透光性介電電極。
18.如權(quán)利要求17所述的光電集成電路，其中在用于形成所述第一區(qū)的所述本征區(qū)的表面部分上形成具有多個開口的不連續(xù)控制膜圖形，利用該控制膜圖形的開口將該第一區(qū)形成至較淺的深度，且所述介電電極在該控制膜圖形的開口處接觸該第一區(qū)。
19.如權(quán)利要求15所述的光電集成電路，其中在用于形成所述第一區(qū)的所述本征區(qū)的表面部分上形成具有多個開口的不連續(xù)控制膜圖形，利用該控制膜圖形的開口將該第一區(qū)形成至較淺的深度。
20.如權(quán)利要求18或19所述的光電集成電路，其中所述控制膜是氧化硅膜。
21.如權(quán)利要求15至19中任一項所述的光接收裝置，其中所述光接收裝置還包括用于防止露出所述本征區(qū)的氧化硅膜。
22.如權(quán)利要求15至19中任一項所述的光電集成電路，其中通過淺擴散或注入工藝形成所述第一區(qū)和/或通過深擴散工藝形成所述第二區(qū)。
23.如權(quán)利要求15至19中任一項所述的光電集成電路，其中所述光接收裝置還包括一間隔層，其被形成在所述襯底上以提供該襯底和所述本征區(qū)之間的電絕緣。
24.如權(quán)利要求23所述的光電集成電路，其中通過O2注入法將所述間隔層形成在所述襯底上。
25.如權(quán)利要求23所述的光電集成電路，其中所述光接收裝置具有帶多個光接收區(qū)的結(jié)構(gòu)，每一光接收區(qū)包括所述本征區(qū)、所述第一區(qū)和所述第二區(qū)，和在該些光接收區(qū)之間形成隔離區(qū)用于其間的電絕緣。
26.如權(quán)利要求15至25中任一項所述的光電集成電路，其中所述襯底是硅基襯底以及通過硅基材料的再生長形成所述本征區(qū)。
27.如權(quán)利要求15至25中任一項所述的光電集成電路，其被用作下列情況中的至少一種光通信用光接收裝置，光拾取器用光接收裝置，與半導(dǎo)體激光器和光接收裝置的整體結(jié)構(gòu)進行光通信的光模塊，光拾取器用光模塊，具有光接收裝置的各種光具座，以及具有單個光接收裝置或多個光接收裝置的一維或二維陣列的各種光電集成電路。
28.如權(quán)利要求27所述的光電集成電路，其中當(dāng)所述光接收裝置以二維陣列形式設(shè)置時，所述光電集成電路被用作單色或彩色成像器件。
29.一種制造光接收裝置的方法，該方法包括制備一襯底；在該襯底上形成一本征區(qū)；和在該本征區(qū)中分別形成到達較淺和較深深度的第一和第二區(qū)，其中該第一和第二區(qū)彼此分隔開且摻雜有不同導(dǎo)電類型。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，還包括在所述第一區(qū)上形成被構(gòu)圖成不連續(xù)地接觸該第一區(qū)的電極以及其中該第一區(qū)摻雜有p+型。
31.如權(quán)利要求30所述的方法，其中所述電極是透光性介電電極。
32.如權(quán)利要求29所述的方法，還包括在用于形成所述第一區(qū)的所述本征區(qū)的表面部分上形成具有多個開口的不連續(xù)硅控制膜圖形，以及其中利用該控制膜圖形的開口將該第一區(qū)形成至較淺的深度。
33.如權(quán)利要求32所述的方法，還包括形成于所述控制膜圖形的開口處接觸所述第一區(qū)的介電電極。
34.如權(quán)利要求32或33所述的方法，其中所述控制膜是氧化硅膜。
35.如權(quán)利要求29至33中任一項所述的方法，還包括形成用于防止露出所述本征區(qū)的氧化硅膜。
36.如權(quán)利要求29至33中任一項所述的方法，其中通過淺擴散或注入工藝形成所述第一區(qū)和/或通過深擴散工藝形成所述第二區(qū)。
37.如權(quán)利要求29至33中任一項所述的方法，還包括在形成所述本征區(qū)之前在所述襯底上形成一間隔層，以提供該襯底和該本征區(qū)之間的電絕緣。
38.如權(quán)利要求37所述的方法，其中通過O2注入將所述間隔層形成在所述襯底上。
39.如權(quán)利要求29至38中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述襯底是硅基襯底以及通過硅基材料的再生長形成所述本征區(qū)。
40.如權(quán)利要求29至38中任一權(quán)利要求所述的方法，其中當(dāng)所述光接收裝置包括多個光接收區(qū)的一維或二維陣列時，每一光接收區(qū)具有所述本征區(qū)以及所述第一和第二區(qū)，該方法還包括在該些光接收區(qū)之間形成隔離區(qū)，用于其間的電絕緣。
41.如權(quán)利要求40所述的方法，其中所述隔離區(qū)由絕緣膜和多晶硅形成。
42.如權(quán)利要求29至38中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述襯底被用作下述至少一種情況的基底光通信用光接收裝置，光拾取器用光接收裝置，與半導(dǎo)體激光器和光接收裝置的整體結(jié)構(gòu)進行光通信的光模塊，光拾取器用光模塊，具有光接收裝置的各種光具座，以及具有單個光接收裝置或多個光接收裝置的一維或二維陣列的各種光電集成電路。
全文摘要
公開了一種光接收裝置及其制造方法，和包括該光接收裝置的光電集成電路。該光接收裝置包括襯底；形成在襯底上的本征區(qū)；形成至本征區(qū)中較淺深度的第一區(qū)；和形成至本征區(qū)中較深深度且與第一區(qū)隔開的第二區(qū)，其中第一和第二區(qū)被摻雜有不同導(dǎo)電類型。該光接收裝置可縮短具有低遷移率的空穴的渡越時間。因此，不會出現(xiàn)響應(yīng)延遲，于是，可以實現(xiàn)高響應(yīng)速度。
文檔編號H01L31/103GK1525573SQ200410006630
公開日2004年9月1日 申請日期2004年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月25日
發(fā)明者金俊永, 崔秉龍, 李銀京 申請人:三星電子株式會社