[发明专利]雪崩光电二极管

说明书

本公开涉及半导体结构，更具体地涉及雪崩光电二极管及制造方法。该结构包括：衬底材料，其具有沟槽，该沟槽具有由该衬底材料构成的侧壁和底部；第一半导体材料，其对沟槽的侧壁和底部加衬里；光敏半导体材料，其设置在第一半导体材料上；以及第三半导体材料，其设置在光敏半导体材料上。

技术领域

本公开涉及半导体结构，更具体地涉及雪崩光电二极管及制造方法。

背景技术

雪崩光电二极管(APD)是一种高度灵敏的半导体光电二极管，其利 用光电效应将光转换为电。从功能的角度来看，雪崩光电二极管可以被视 为光电倍增管的半导体模拟。雪崩光电二极管的典型应用是长距光纤通信， 以及用于控制算法的量子感测。较新的应用包括正电子发射断层扫描和粒 子物理。

雪崩光电二极管的适用性和实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子如何被吸收，然后被用于产 生初级电荷载流子；而总泄漏电流是暗电流、光电流和噪声的总和。

光电二极管的灵敏度取决于通过光敏材料的光路的长度以及所产生的 载流子对到达电极/接触(contact)/阴极的能力。在常规结构中，载流子 沿二维路径(例如，垂直地或横向地)行进，这导致路径较长。由于常规 雪崩光电二极管的路径较长，因此光敏材料内的光子复合频率很高，导致 信号丢失或信号本身减弱。此外，光敏材料本身需要非常厚，生长成本较 高且耗时较长，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

在本公开的一方面，一种结构包括：衬底材料，其具有沟槽，所述沟 槽具有包括所述衬底材料的侧壁和底部；第一半导体材料，其对所述沟槽 的所述侧壁和所述底部加衬里(line)；光敏半导体材料，其设置在所述 第一半导体材料上；以及第三半导体材料，其设置在所述光敏半导体材料 上。

在本公开的一方面，一种结构包括：半导体材料；沟槽，其形成在所 述半导体材料中，所述沟槽具有侧壁和底部；具有第一掺杂剂类型的半导 体材料，其对所述沟槽的所述侧壁和所述底部加衬里；本征光敏半导体材 料，其与所述半导体材料接触；第二半导体材料，其具有所述第一掺杂剂 类型，位于所述沟槽中，并且与所述本征光敏半导体材料接触；以及隔离 结构，其包括包围所述沟槽的反射材料，并远离所述本征光敏半导体材料 定位。

在本公开的一方面，一种方法包括:在衬底中形成沟槽；在所述沟槽的 侧壁和底部上设置半导体材料的衬里；在所述沟槽内的所述半导体材料上 形成未掺杂的光敏材料；在所述沟槽的外侧内的所述未掺杂的光敏材料上 形成另一半导体材料；以及在与所述半导体材料的所述衬里相邻的所述衬 底中形成具有反射材料的沟槽结构。

附图说明

在下面的详细描述中，通过本公开的示例性实施例的非限制性示例， 参考所提到的多个附图来描述本公开。

图1示出了根据本公开的方面的除其他特征之外的具有沟槽的衬底以 及相应的制造工艺。

图2示出了根据本公开的方面的除其他特征之外的对沟槽的底表面和 侧壁二者加衬里的半导体材料以及相应的制造工艺。

图3示出了根据本公开的方面的沟槽中用于形成光电二极管的另外的 半导体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围绕光电二极管的浅沟槽隔离结构以 及相应的制造工艺。

图5示出了根据本公开的方面的光电二极管中的载流子路径。

图6A和图6B示出了根据本公开的方面的光电二极管的不同形状。

图7示出了根据本公开的方面的除其他特征之外的到光电二极管的接 触的形成以及相应的制造工艺。

图8示出了根据本公开的另外方面的光电二极管。

图9示出了根据本公开的进一步另外方面的光电二极管。