以慢光增強吸收的鍺光檢測器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發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】
[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，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入拉伸應變(Tensile Strain)以增加長波長的吸收，但如此一高熱預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換阻抗放大器(Transimpedance Amplifier, TIA)。故，一般現有技術無法符合使用者于實際使用時的所需。
【發明內容】
[0003]本發明的主要目的在于，克服現有技術所遭遇的上述問題并提供一種以曝光及蝕刻等半導體工藝步驟提供一緩變漸縮結構與周期性結構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。此相關參數調變鍺條紋層的緩變漸縮結構與周期性結構，可使鍺的吸收系數在1600nm波長提高ldB/μπι，大約能提高I至2個數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及一第二摻雜區；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的一第一側表面與一第二側表面，該鍺條紋層于接近入光側的方向包含有一緩變漸縮(Gradual Taper)結構，且于遠離入光側的方向包含有一周期性(Per1dic Pattern)結構。
[0005]于本發明上述實施例中，該鍺條紋層的第一側表面與該第二側表面的內部包含有一第三摻雜區與一第四摻雜區，以及多個金屬電極，分別配置于該第一摻雜區及該第二摻雜區上；其中該第一摻雜區與該第三摻雜區同極性，該第二摻雜區與該第四摻雜區同極性。
[0006]于本發明上述實施例中，該第三摻雜區與該第四摻雜區以側壁摻雜工藝形成于該鍺條紋層的第一側表面與第二側表面且具有相反摻雜極性。
[0007]于本發明上述實施例中，該第一摻雜區與該第二摻雜區為相反摻雜極性。
[0008]于本發明上述實施例中，該鍺條紋層的上表面包含有多個孔洞，于該緩變漸縮結構中的孔洞往入光側的方向呈現逐漸縮小狀，于該周期性結構中的孔洞呈現大小均等狀，且最小的孔洞與最大的孔洞的尺寸相差5?95%。
[0009]于本發明上述實施例中，該上表面的兩側長邊包含有多個凹槽，于該緩變漸縮結構中的凹槽往入光側的方向呈現逐漸縮小狀，于該周期性結構中的凹槽呈現大小均等狀，且最小的凹槽與最大的凹槽的尺寸相差5?95%。
[0010]于本發明上述實施例中，該鍺條紋層的厚度小于2μπι。
[0011]于本發明上述實施例中，該娃島層的厚度大于lOOnm。
[0012]于本發明上述實施例中，該第一、二摻雜區的厚度占該硅島層總厚度的10?90%。
[0013]于本發明上述實施例中，該鍺條紋層的寬度大于lOOnm。
[0014]于本發明上述實施例中，該鍺條紋層與該娃島層可以直接鍵結(Direct Bonding)或外延(Epitaxy)的方式連接。
[0015]于本發明上述實施例中，該鍺條紋層可與一娃絕緣波導(SOI Waveguide)直接親合(Butt Coupled)，該鍺條紋層與該SOI波導之間的間距介于1nm?100nm，可填入一氧化層。
[0016]以下結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細描述，但不作為對本發明的限定。
【附圖說明】
[0017]圖1，本發明的立體示意圖；
[0018]圖2A，本發明的鍺條紋層第一實施例頂視示意圖；
[0019]圖2B，本發明的鍺條紋層第二實施例頂視示意圖；
[0020]圖3，本發明的鍺光檢測器與硅絕緣波導接合示意圖。
[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133
[0029]第二摻雜區134
[0030]鍺條紋層2
[0031]上表面21
[0032]緩變漸縮結構211
[0033]周期性結構212
[0034]孔洞213、213a ?213f
[0035]凹槽214、214a ?214f
[0036]第一側表面22
[0037]第三摻雜區221
[0038]第二側表面23
[0039]第四摻雜區231
[0040]金屬電極3
[0041]硅絕緣波導4
[0042]氧化層41
【具體實施方式】
[0043]下面結合附圖對本發明的結構原理和工作原理作具體的描述:
[0044]請參閱圖1?圖3所示，分別為本發明的立體示意圖、本發明的鍺條紋層第一實施例頂視示意圖、本發明的鍺條紋層第二實施例頂視示意圖、及本發明的鍺光檢測器與硅絕緣波導接合示意圖。如圖所示:本發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133及一第二摻雜區134，且該第一摻雜區133與該第二摻雜區134為相反摻雜極性，當該第一摻雜區133為η+型摻雜區時，該第二摻雜區134為ρ+型摻雜區；當該第一摻雜區133為ρ+型摻雜區時，該第二摻雜區134為η+型摻雜區。
[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及相對應的一第一側表面22與一第二側表面23，該上表面21于接近入光側的方向包含有一緩變漸縮(Gradual Taper)結構211，且于遠離