[發明專利]快速熔體生長光電檢測器

有效

• 申請號: 201880023166.1
• 申請日: 2018-04-10
• 公開（公告）號: CN110462848B
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發明（設計）人: E.W.基韋拉;J.奧克特;J.J.埃利斯-莫納亨
• 申請（專利權）人: 國際商業機器公司
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 王蕊瑞

光電檢測器(10)包括：波導材料的波導(12)，在襯底(22)上延伸；絕緣層(26)，在該波導(12)上形成，該絕緣層具有暴露該波導(12)的開口(18)；光電檢測器層(16)，形成在該絕緣層(26)上并進入該開口(18)以便與該波導(12)接觸，該光電檢測器層16具有位于該開口(18)處的第一端和遠離該開口(18)的第二端，該光電檢測器層(16)是波導材料和鍺的梯度材料，其中該梯度材料的波導材料部分從該第一端的最大值變化到該第二端的最小值，并且其中該梯度材料的鍺部分從該第一端的最小值變化到該第二端的最大值；光電檢測器區域，位于該第二端；以及光電檢測器層延伸部(30)，從該光電檢測器層(16)的該第二端以一定角度延伸。

技術領域

本示例性實施例涉及光電器件，更具體地，涉及將光信號轉換為電信號的波導光電檢測器。

背景技術

在光通信系統中，光波導提供傳輸通道，用于將在系統的一端由光源(例如激光器)產生的光信號引導到系統的另一端的檢測器(例如光電檢測器)。光電檢測器材料、有源區，從發射光信號的光子吸收能量，作為響應，它激發電荷載流子，例如電子和空穴。通過施加反向偏壓，激發的電荷載流子被吸引到光電檢測器上的觸點，從而產生對應于光學信號的電流。以這種方式，光電檢測器將光信號轉換為電信號。

由于其可能在硅上生長，因此鍺是光電檢測器的合適選擇。

晶格常數是指晶格中的晶胞之間的距離。鍺的晶格常數與硅的晶格常數不完全匹配；鍺的晶格常數略大于硅的晶格常數。鍺和硅的晶格常數之間的不匹配給使用常規外延生長(“EPI”)技術生長晶體帶來了問題。目前，已經大量研究了兩種主要方法來在硅襯底上制造單晶鍺膜。一種方法是在選擇性外延生長(“SEG”)之后使用緩沖層和后處理。第二種方法是使用快速熔體生長(“RMG”)技術。在這兩種方法之間，RMG具有更好的過程兼容性，但對可構造的結構有限制。

在RMG技術中，單晶鍺不直接生長在硅的頂部。而是，將多鍺或非晶鍺沉積在絕緣體上，該絕緣體具有到下面的硅層的開口(“種子窗口”)。沉積諸如氮化物的絕緣體以包圍多晶鍺或非晶鍺。RMG方法需要由圍繞沉積的多鍺或非晶鍺的絕緣體形成的微坩堝，其在經受退火時引起鍺的熔化和再結晶。

CMOS兼容工藝序列中的光學檢測器可以用RMG鍺光電檢測器廉價地實現。RMG光電檢測器采用硅兼容工藝制造，但存在一些困難。

一個困難是硅種子區域污染鍺光電檢測器，導致硅鍺檢測器而不是純晶體鍺光電檢測器。這可能導致光電檢測器的響應性差。

另一個困難是鍺光電檢測器的熔化和隨后的再結晶會導致在光電檢測器末端附近形成缺陷，從而影響光電檢測器的產量和響應度。

因此，本領域需要解決上述問題。

發明內容

從第一方面看，本發明提供了一種光電檢測器，包括：波導，在襯底上延伸，該波導包括波導材料；絕緣層，在該波導上形成，該絕緣層具有暴露該波導的開口；光電檢測器層，形成在該絕緣層上并進入該開口以便與該波導接觸，該光電檢測器層具有位于該開口處的第一端和遠離該開口的第二端，該光電檢測器層是波導材料和鍺的梯度材料，其中該梯度材料的波導材料部分從該第一端的最大值變化到該第二端的最小值，并且其中該梯度材料的鍺部分從該第一端的最小值變化到該第二端的最大值；光電檢測器區域，位于該第二端；以及光電檢測器層延伸部，從該光電檢測器層的該第二端以一定角度延伸。