[发明专利]用于制造雪崩光电二极管器件的方法

说明书

本公开提出了一种用于加工雪崩光电二极管(APD)器件，具体而言是分离式吸收电荷倍增(SACM)APD器件的方法。该方法包括在半导体层中形成第一接触区域和第二接触区域。此外，该方法包括在半导体层的至少第一区域上方与该第一接触区域相邻地形成第一掩模层，并在该第一掩模层上方且与该第一掩模层横向交叠地形成第二掩模层。由此，掩模窗由第一掩模层和第二掩模层来限定，并且第一掩模层和/或第二掩模层在该半导体层的第二区域上方与第二接触区域相邻地形成。此外，该方法包括穿过该掩模窗在该半导体层中形成电荷区，其中该电荷区被形成在第一区域和第二区域之间，并且该方法包括使用第一掩模层来在第一区域上形成吸收区。

技术领域

本公开涉及光电探测器，尤其涉及针对光通信、光感测或量子通信应用的雪崩光电探测器。本公开具体提出了一种用于加工雪崩光电二极管(APD)器件，具体而言是分离式吸收电荷倍增(SACM)APD器件的方法。

背景技术

在以上给出的用于光通信、光感测或量子通信的APD器件(例如，光电探测器)的技术领域中，接收器灵敏度和工作数据率是关键的性能要求，因为它们确定光通信链路的功耗。APD器件有很大的潜力来满足这些要求。

常规APD器件通常在两个器件架构中实现。第一个器件架构是标准引脚形式，这也被称为引脚APD器件。第二个器件架构是p+/i/p-/i/n+形式，这也被称为SACM APD器件。在标准引脚APD器件中，由于雪崩效应而导致的光吸收和载流子倍增发生在二极管的本征区中。然而，在SACM APD器件中，二极管的吸收区和倍增区被电荷区(例如，p+/p-/n+二极管的p型掺杂区)隔开。虽然标准引脚APD器件对于低工作电压是有潜力的，但SACM APD器件具有更高灵敏度并且能以更高的速度工作。由此，SACM APD器件对于光互连、光通信、局部光量子计算、量子通信、太赫兹通信、太赫兹成像、传感等是更有吸引力的。

SACM APD器件只有在吸收区和倍增区被电荷区(也被称为场控制区或层)隔开的情况下才高效地工作。在SACM APD器件中，光在吸收区中被吸收，由于反向偏压产生的电场分隔光生载流子，电子移动到倍增区。高反向偏压还允许倍增区中的载流子雪崩。电荷区对吸收区和倍增区中的电场分别进行控制/平衡，并由此保护吸收区中的典型的低带隙半导体材料(例如，Ge)免受倍增区中所需的高电场的影响。

由此，电荷区的掺杂水平和宽度在平衡吸收区和倍增区之间的电场中扮演关键角色。由此，控制电荷区的掺杂水平和厚度对于SACM APD器件的总体行为是至关重要的。

常规地，SACM APD器件以垂直形式实现，这需要吸收区上的专用的外延生长堆叠或接触部。具有专用的外延生长堆叠的这些垂直SACM APD器件具有以下益处：以非常好的精度控制电荷区的掺杂层和厚度。然而，将外延生长堆叠集成到现有的硅光子平台中由于外延复杂性而具有挑战性。此外，垂直器件设计还需要吸收区上的接触方案，这可能是个良率问题。此外，外延生长堆叠限制了设计器件的自由度，因为每一项设计都需要专门的外延研究和外延分割。

因此，需要不同的SACM APD器件设计。

发明内容

这一不同的器件设计的示例可以是横向SACM APD器件。对于这一横向器件形式，设计者能够使用专用掩模来容易地设计二极管。然而，该设计的挑战在于制造电荷区，特别是以良好的准确度控制电荷区相对于吸收区的宽度、掺杂水平和位置。

鉴于以上提及的挑战和缺点，本发明的实施例的目标是提供一种改进的SACM APD器件以及一种用于该器件的制造的方法。具体而言，目标是提供一种用于制造横向SACMAPD器件的方法，该器件不遭受垂直SACM器件的上述缺点，并且具有能被准确地制造和控制的电荷区。具体而言，电荷区的掺杂水平和宽度应当是以高准确度可控的。电荷区的宽度尤其应当能够被控制成小至50纳米。

该目标由在所附独立权利要求中提供的本发明的各实施例来实现。这些实施例的有利实现在从属权利要求中被限定。