[发明专利]光电二极管和/或PIN二极管结构

说明书

本公开涉及半导体结构，更具体地，涉及光电二极管和/或PIN二极管结构以及制造方法。该结构包括：螺旋鳍结构，其包括半导体衬底材料和电介质材料；光敏半导体材料，其位于螺旋鳍结构的侧壁和顶表面之上，光敏半导体材料被定位成捕获从侧向发射的入射光；掺杂的半导体材料，其位于光敏半导体材料上方；以及接触，其从半导体衬底材料和掺杂的半导体材料的顶表面电接触半导体衬底材料和掺杂的半导体材料。

技术领域

本公开涉及半导体结构，更具体地，涉及光电二极管和/或PIN二极管结构以及制造方法。

背景技术

雪崩光电二极管(APD)是利用光电效应将光转换成电的高度灵敏的半导体光电二极管。从功能观点来看，雪崩光电二极管可以被认为是光电倍增管的半导体模拟。用于雪崩光电二极管的典型应用是用于控制算法的长距离光纤光学部件电信和量子感测。较新的应用包括正电子发射断层成像(tomography)和粒子物理。

雪崩光电二极管适用性和有用性取决于许多参数。例如，两个因素是量子效率和总泄漏。量子效率指示入射光学光子被吸收的程度，该光子然后被用于生成主电荷载流子；而总泄漏电流是暗电流、光电流和噪声的总和。

光电二极管灵敏度依赖于光通过光敏材料的路径的长度和生成的载流子对到达电极/接触/阴极的能力。在常规结构中，载流子在二维路径中行进，例如，竖直地或横向地行进，这导致长路径。由于常规雪崩光电二极管的较长路径，因此在光敏材料内存在高频率的光子复合，从而导致自身的信号损失或信号的减弱。此外，光敏材料自身需要是非常厚的，这是昂贵的并且对于生长而言是耗时的，并且可能使得与其他电路元件的集成更具挑战性。

发明内容

在本公开的方面，一种结构包括：螺旋鳍结构，其包括半导体衬底材料和电介质材料；光敏半导体材料，其位于螺旋鳍结构的侧壁和顶表面之上，光敏半导体材料被定位成捕获从侧向发射的入射光；掺杂的半导体材料，其位于光敏半导体材料上方；以及接触，其从半导体衬底材料和掺杂的半导体材料的顶表面电接触半导体衬底材料和掺杂的半导体材料。

在本公开的方面，一种结构包括：螺旋鳍结构，其包括绝缘体上衬底(SOI)技术中的半导体衬底材料；浅沟槽隔离区域，其位于螺旋鳍结构的主体内；第一半导体材料，其加衬螺旋鳍结构的侧壁和顶表面；光敏半导体材料，其位于掺杂的半导体材料和SOI技术中的绝缘体层之上；掺杂的半导体材料，其位于光敏半导体材料上方；以及接触，其电接触半导体衬底材料和第二半导体材料。

在本公开的方面，一种方法包括：在绝缘体上衬底(SOI)技术中的半导体材料内以螺旋配置形成第一浅沟槽隔离结构；与第一浅沟槽隔离结构邻近地形成第二浅沟槽隔离结构；形成包括半导体材料和第一浅沟槽隔离结构的螺旋鳍结构，螺旋鳍结构形成在SOI技术中的绝缘体层上方并且被第二浅沟槽隔离结构界定；用第一半导体材料加衬螺旋鳍结构的侧壁和顶表面；在第一半导体材料和绝缘体层之上形成光敏半导体材料；在光敏半导体材料上方形成第二半导体材料；以及在螺旋鳍结构的一侧上形成电接触半导体衬底材料的第一接触以及电接触第二半导体材料的第二接触。

附图说明

通过本公开的示例性实施例的非限制性示例并参考所述多个附图，在以下详细描述中描述本公开。

图1示出了根据本公开的方面的除了其他特征之外的具有浅沟槽隔离区域的衬底以及相应的制造工艺。

图2示出了根据本公开的方面的除了其他特征之外的由衬底形成的螺旋鳍结构以及相应的制造工艺。

图3示出了根据本公开的方面的除了其他特征之外的填充位于螺旋鳍结构之间的空间的光电二极管材料以及相应的制造工艺。

图4示出了根据本公开的方面的螺旋光电二极管。

图5示出了根据本公开的方面的除了其他特征之外的到螺旋光电二极管的接触形成以及相应的制造工艺。

图6是沿着图5的线“A”-“A”的光电二极管结构的顶视图。