以慢光增強吸收的鍺光檢測器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種以慢光增強吸收的鍺光檢測器，尤指涉及一種吸收可以通過鍺條紋(Ge stripe)層操作在慢光模式(Slow-Light Mode)而大幅度提高吸收的鍺光檢測器。
【背景技術(shù)】
[0002]鍺硅光檢測器由于其與CMOS制造過程的相容性及低成本的性質(zhì)，最近已成為高速接收器的一受歡迎的選擇。然而，一低效率的吸收在波長大于1550納米(nm)時發(fā)生，因為塊狀鍺的直接能隙?0.8電子伏特，這限制了其使用在L波段(1564nm?1625nm)的光通信的波長劃分多工(Wavelength-Divis1n Multiplexing, WDM)的目的。雖然通過在娃上高溫生長鍺可導(dǎo)入拉伸應(yīng)變(Tensile Strain)以增加長波長的吸收，但如此一高熱預(yù)算工藝將在整合鍺檢測器與集成電路中增加困難度，例如在一單晶片上加入轉(zhuǎn)換阻抗放大器(Transimpedance Amplifier, TIA)。故，一般現(xiàn)有技術(shù)無法符合使用者于實際使用時的所需。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的主要目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)所遭遇的上述問題并提供一種以曝光及蝕刻等半導(dǎo)體工藝步驟提供一緩變漸縮結(jié)構(gòu)與周期性結(jié)構(gòu)以使鍺條紋層操作在慢光模式(Slow-Light Mode)而使其吸收率可以大幅度提高的鍺光檢測器。此相關(guān)參數(shù)調(diào)變鍺條紋層的緩變漸縮結(jié)構(gòu)與周期性結(jié)構(gòu)，可使鍺的吸收系數(shù)在1600nm波長提高ldB/μπι，大約能提高I至2個數(shù)量級的以慢光增強吸收的鍺光檢測器。
[0004]為達以上的目的，本發(fā)明提供一種以慢光增強吸收的鍺光檢測器，包括一硅絕緣(Silicon On Insulator, SOI)基板，依序具有一娃基板、一氧化層及一娃島層，該娃島層具有一硅鍺交接面及一位于該硅鍺交接面兩側(cè)的平面部，且自部分該硅鍺交接面的下方延伸至部分該平面部的下方包含有一第一摻雜區(qū)及一第二摻雜區(qū)；以及一鍺條紋(Ge stripe)層，形成于該硅島層上，其具有一上表面及相對應(yīng)的一第一側(cè)表面與一第二側(cè)表面，該鍺條紋層于接近入光側(cè)的方向包含有一緩變漸縮(Gradual Taper)結(jié)構(gòu)，且于遠離入光側(cè)的方向包含有一周期性(Per1dic Pattern)結(jié)構(gòu)。
[0005]于本發(fā)明上述實施例中，該鍺條紋層的第一側(cè)表面與該第二側(cè)表面的內(nèi)部包含有一第三摻雜區(qū)與一第四摻雜區(qū)，以及多個金屬電極，分別配置于該第一摻雜區(qū)及該第二摻雜區(qū)上；其中該第一摻雜區(qū)與該第三摻雜區(qū)同極性，該第二摻雜區(qū)與該第四摻雜區(qū)同極性。
[0006]于本發(fā)明上述實施例中，該第三摻雜區(qū)與該第四摻雜區(qū)以側(cè)壁摻雜工藝形成于該鍺條紋層的第一側(cè)表面與第二側(cè)表面且具有相反摻雜極性。
[0007]于本發(fā)明上述實施例中，該第一摻雜區(qū)與該第二摻雜區(qū)為相反摻雜極性。
[0008]于本發(fā)明上述實施例中，該鍺條紋層的上表面包含有多個孔洞，于該緩變漸縮結(jié)構(gòu)中的孔洞往入光側(cè)的方向呈現(xiàn)逐漸縮小狀，于該周期性結(jié)構(gòu)中的孔洞呈現(xiàn)大小均等狀，且最小的孔洞與最大的孔洞的尺寸相差5?95%。
[0009]于本發(fā)明上述實施例中，該上表面的兩側(cè)長邊包含有多個凹槽，于該緩變漸縮結(jié)構(gòu)中的凹槽往入光側(cè)的方向呈現(xiàn)逐漸縮小狀，于該周期性結(jié)構(gòu)中的凹槽呈現(xiàn)大小均等狀，且最小的凹槽與最大的凹槽的尺寸相差5?95%。
[0010]于本發(fā)明上述實施例中，該鍺條紋層的厚度小于2μπι。
[0011]于本發(fā)明上述實施例中，該娃島層的厚度大于lOOnm。
[0012]于本發(fā)明上述實施例中，該第一、二摻雜區(qū)的厚度占該硅島層總厚度的10?90%。
[0013]于本發(fā)明上述實施例中，該鍺條紋層的寬度大于lOOnm。
[0014]于本發(fā)明上述實施例中，該鍺條紋層與該娃島層可以直接鍵結(jié)(Direct Bonding)或外延(Epitaxy)的方式連接。
[0015]于本發(fā)明上述實施例中，該鍺條紋層可與一娃絕緣波導(dǎo)(SOI Waveguide)直接親合(Butt Coupled)，該鍺條紋層與該SOI波導(dǎo)之間的間距介于1nm?100nm，可填入一氧化層。
[0016]以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細描述，但不作為對本發(fā)明的限定。
【附圖說明】
[0017]圖1，本發(fā)明的立體示意圖；
[0018]圖2A，本發(fā)明的鍺條紋層第一實施例頂視示意圖；
[0019]圖2B，本發(fā)明的鍺條紋層第二實施例頂視示意圖；
[0020]圖3，本發(fā)明的鍺光檢測器與硅絕緣波導(dǎo)接合示意圖。
[0021]其中，附圖標記
[0022]硅絕緣基板I
[0023]硅基板11
[0024]氧化層12
[0025]硅島層13
[0026]硅鍺層交接面131
[0027]平面部132
[0028]第一摻雜區(qū)133
[0029]第二摻雜區(qū)134
[0030]鍺條紋層2
[0031]上表面21
[0032]緩變漸縮結(jié)構(gòu)211
[0033]周期性結(jié)構(gòu)212
[0034]孔洞213、213a ?213f
[0035]凹槽214、214a ?214f
[0036]第一側(cè)表面22
[0037]第三摻雜區(qū)221
[0038]第二側(cè)表面23
[0039]第四摻雜區(qū)231
[0040]金屬電極3
[0041]硅絕緣波導(dǎo)4
[0042]氧化層41
【具體實施方式】
[0043]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理和工作原理作具體的描述:
[0044]請參閱圖1?圖3所示，分別為本發(fā)明的立體示意圖、本發(fā)明的鍺條紋層第一實施例頂視示意圖、本發(fā)明的鍺條紋層第二實施例頂視示意圖、及本發(fā)明的鍺光檢測器與硅絕緣波導(dǎo)接合示意圖。如圖所示:本發(fā)明提供一種以慢光增強吸收的鍺光檢測器，至少包括一娃絕緣(Silicon On Insulator, SOI)基板1、一鍺條紋(Ge stripe)層2、以及多個金屬電極3所構(gòu)成。
[0045]上述所提的硅絕緣基板I是依序具有一硅基板11、一氧化層12及一硅島層13，該硅島層13具有一硅鍺層交接面131及一位于該硅鍺層交接面131兩側(cè)的平面部132，且自部分該硅鍺層交接面131的下方延伸至部分該平面部132的下方包含有一第一摻雜區(qū)133及一第二摻雜區(qū)134，且該第一摻雜區(qū)133與該第二摻雜區(qū)134為相反摻雜極性，當該第一摻雜區(qū)133為η+型摻雜區(qū)時，該第二摻雜區(qū)134為ρ+型摻雜區(qū)；當該第一摻雜區(qū)133為ρ+型摻雜區(qū)時，該第二摻雜區(qū)134為η+型摻雜區(qū)。
[0046]該鍺條紋層2形成于該硅絕緣基板I中硅島層13的硅鍺層交接面131上，其具有一上表面21及相對應(yīng)的一第一側(cè)表面22與一第二側(cè)表面23，該上表面21于接近入光側(cè)的方向包含有一緩變漸縮(Gradual Taper)結(jié)構(gòu)211，且于遠離