CN103053004A - 带有具有增强灵敏度的光传感器的系统 - Google Patents

Abstract

光学器件包括基底上的波导和光传感器。该光传感器包括脊，该脊从位于脊的相对面上的平板区域延伸。脊包括倍增层和吸收层。吸收层布置为接收来自波导的光信号中的至少一部分。另外，吸收层响应于接收光信号的光子产生空穴和电子对。倍增层布置为接收在吸收层中产生的电子且响应于接收电子产生附加电子。

Description

带有具有增强灵敏度的光传感器的系统

相关申请

本申请是2009年10月23日提交的名为“System Having Light Sensor With Enhanced Sensitivity”的美国专利申请序列号12/589,501的继续申请，此处并入其全部内容。另外，本申请涉及2009年2月19日提交的名为“Optical Device Having Light Sensor Employing Horizontal Electrical Field”的美国专利申请序列号12/380,016，此处并入其全部内容。

技术领域

本发明涉及光学器件且更具体而言涉及具有光传感器的器件。

背景技术

光学和/或光电子器件在通信应用中的使用不断增加。这些器件可以包括从波导接收光信号的光传感器。这些光传感器通常采用吸收接收的光信号的光吸收材料。在光传感器的操作期间，在光吸收材料两端施加电场。当光吸收材料吸收光信号时，电流流经光吸收材料。因此，通过光吸收材料的电流的水平指示被光吸收材料接收的光信号的强度。

光学和/或光电子器件上的波导通常由硅制成。因为硅不吸收具有在通信应用中使用的波长的光信号，硅通常并不有效地用作用于通信应用的光传感器中的光吸收介质。对照地，锗是可以吸收这些光信号的材料并因此通常用作用于通信应用的光传感器中的光吸收介质。

当波导具有亚微米尺寸的剖面时，这些光传感器能够实现适当的速度。然而，当与具有这些尺寸的波导一同使用时，这些光传感器与不希望的高的光学损耗相关。而且，在很多通信应用中使用的波导采用较大的波导。当这些光传感器与较大波导一同使用时，它们一般损失速度且变得与不希望的暗电流水平相关。而且，这些光传感器在低的光水平可能具有不希望的低的灵敏度。 

由于上述原因，对于改善的光传感器存在需要。

发明内容

光学器件包括基底上的波导和光传感器。该光传感器包括脊，该脊从位于脊的相对面上的平板区域延伸。脊包括倍增层和吸收层。吸收层布置为接收来自波导的光信号中的至少一部分。另外，吸收层响应于接收光信号的光子产生空穴和电子对。倍增层布置为接收在吸收层中产生的电子且响应于接收电子产生附加电子。

器件还可以包括用作脊中的电场的源的场源。场源可以配置为使得电场基本平行于基底。例如，在一些示例中，脊包括顶部和平板区域之间的侧面。场源每个均可以接触侧面之一且被场源接触的侧面可以位于光吸收介质的相对面上。因此，所得的电场能够在脊的侧面之间行进。

附图说明

图1A至1D说明具有配置成从波导接收光信号的光传感器的光学器件。图1A是器件的透视图。

图1B是图1A中示出的器件沿着标记为B的线截取的剖面图。

图1C是图1A中示出的器件沿着标记为C的线截取的剖面图。

图1D是图1C中示出的光学器件沿着标记为C的线截取且平行于波导的纵轴延伸的剖面图。

图2是其中波导包括水平椎体的光学器件的顶视图。

图3A至图8说明产生根据图1A至1D构建的光学器件的方法。

具体实施方式

光学器件包括基底上的光传输介质。器件还包括配置成引导光信号通过光传输介质的波导。光学器件还包括光传感器。光传感器包括脊，脊从位于脊的相对面上的平板区域延伸。脊包括倍增层和吸收层。吸收层布置为接收来自波导的光信号中的至少一部分。另外，吸收层响应于接收光信号的光子产生空穴和电子对。倍增层布置为接收在吸收层中产生的电子且响应于接收电子产生附加电子。光传感器响应于单个光子的接收而产生多个电子的能力增强了的光传感器的灵敏度。

另外，光传感器包括用于在光传感器操作期间在脊中产生电场的场源。从下面可以明显看出，该电场可以与光传感器中的光传输介质和光吸收介质之间的界面相互作用。电场和该界面之间的相互作用是光传感器中的暗电流的源。场源可以布置为使得电场基本平行于基底且相应地还基本平行于该界面。形成平行于该界面的电场能够减小光传感器中的暗电流。因此，光传感器可以与减小的暗电流和增加的灵敏度二者相关。

另外，波导的宽度可以在光信号进入光吸收介质之前逐渐变小。因此，光吸收介质可以具有比波导的宽度小的宽度。减小的宽度增加了光传感器的速度。因此，即使当与通信应用中常见的波导大小一同使用时，光传感器可以具有希望的速度和暗电流水平，同时还具有与在较大波导上建立的光传感器相关的减小的光学损耗。

图1A至1D说明具有配置成从波导接收光信号的光传感器的光学器件。图1A是器件的透视图。图1B是光传感器的剖面图。例如，图1B是图1A中示出的器件沿着标记为B的线截取的剖面图。图1C是波导的剖面图。例如，图1C是图1A中示出的器件沿着标记为C的线截取的剖面图。图1D是图1C中示出的光学器件沿着标记为C的线截取且平行于波导的纵轴延伸的剖面图。

器件处于已知为平面光学器件的光学器件的分类内。这些器件典型地包括相对于基板或基底固定的一个或更多波导。光信号沿着波导的传播方向一般平行于器件的平面。器件的平面的示例包括基底的顶面、基底的底面、基板的顶面和/或基板的底面。

所示器件包括从顶面12延伸到底面14的侧面10（或边缘）。光信号沿着平面光学器件上波导的长度的传播方向一般延伸通过器件的侧面10。器件的顶面12和底面14是非侧面。

器件包括向和/或从光学部件17运送光学信号的一个或更多波导16。可以被包括在器件上的光学部件17的示例包括但不限于从由以下组成的群组选择的一个或更多部件：光信号可以通过其进入和/或退出波导的分面、光信号可以从器件的上面或下面通过其进入和/或/退出波导的进入/退出端口、用于将多个光信号组合到单个波导的多路复用器、用于分离多个光信号使得在不同的波导上接收不同的光信号的解复用器、光学耦合器36、光学开关、用作光信号的源的激光器、用于放大光信号的强度的放大器、用于衰减光信号的强度的衰减器、用于将信号调制到光信号上的调制器、将光信号转换成电信号的光传感器以及提供用于光信号从器件的底面14行进通过器件到器件的顶面12的光学路径的通孔。另外，器件可以可选地包括电学部件。例如，器件可以包括用于向波导施加电势或电流和/或用于控制光学器件上的其他部件的电学连接。

波导16限定在位于基底20上的光传输介质18中。例如，波导16部分地由从光传输介质18的平板区域向上延伸的脊22限定。在一些示例中，平板区域的顶部由部分延伸到光传输介质18中或延伸通过光传输介质18的沟槽24的底部限定。合适的光传输介质18包括但不限于硅、聚合物、二氧化硅、SiN、GaAs、InP和LiNbO₃。一个或更多覆层可选地布置在光传输介质18上。一个或更多覆层可以用作用于波导16和/或器件的覆层。当光传输介质18是硅时，合适的覆层包括但不限于硅、聚合物、二氧化硅、SiN、GaAs、InP和LiNbO₃。

与光传输介质18相邻的基底20的部分配置成将来自波导16的光信号反射回波导16以限制光信号处于波导16中。例如，与光传输介质18相邻的基底20的部分可以是具有比光传输介质18低的折射率的光学绝缘体27。折射率的下降可以导致来自光传输介质18的光信号反射回光传输介质18中。基底20可以包括布置在基板28上的光学绝缘体27。从下面可以明显看出，基板28可以配置成传输光信号。例如，基板28可以由与光传输介质18不同或与光传输介质18相同的光传输介质18构建。在一个示例中，器件构建在绝缘体上硅晶片上。绝缘体上硅晶片包括用作光传输介质18的硅层。绝缘体上硅晶片还包括布置在硅基板上的二氧化硅层。二氧化硅层可以用作光学绝缘体27且硅基板可以用作基板28。

光学器件还包括配置成接收通过一个或更多波导16引导的光信号的光传感器29。光传感器29配置成将光信号转换成电信号。因此，光信号可以用于检测光信号的接收。例如，光传感器29可以用于测量光信号的强度和/或光信号的功率。尽管图1A说明在一个或更多部件和光传感器29之间运送光信号的波导16，器件可以构建为使得波导16将光信号直接从光纤运送到光传感器29。

光传感器29包括脊22，该脊22从位于脊22的相对面上的平板区域延伸。平板区域的顶部由脊22的相对面上的沟槽24的底部限定。脊22包括吸收层30。例如，图1B示出用作吸收层30的吸收光信号的光吸收介质32。合适的光吸收介质包括当暴露于电场时响应于接收光子而产生电子和空穴对的介质。适于检测在通信应用中常采用的波长的光信号的光吸收介质32的示例包括但不限于锗、硅锗、硅锗量子阱、GaAs和InP。锗适于检测具有1300nm至1600nm范围内的波长的光信号。

吸收层布置为接收沿着波导16行进的光信号中的至少一部分。从图1A可以明显看出，在光吸收介质32的分面和光传输介质18的分面之间存在界面。该界面可以具有相对于光信号在界面通过波导16传播的方向不垂直的角度。在一些示例中，界面相对于基底20基本垂直而相对于传播方向不垂直。界面的不垂直性减小了背反射的影响。相对于传播方向的合适的界面角度包括但不限于80°至89°之间的角度以及80°至85°之间的角度。

吸收层30可以布置在光传输介质18的种子部分34上。具体而言，光传感器29的光吸收介质32可以布置在光传输介质18的种子部分34上。光传输介质18的种子部分34布置于基底20上。具体而言，光传输介质18的种子部分34接触绝缘体27。光传输介质18的种子部分34可以与包括在波导16中的光传输介质18连续或者与波导16隔开。当光信号进入光传感器时，光信号的一部分可以进入光传输介质18的种子部分34且光信号的另一部分进入光吸收介质32。因此，光吸收介质32可以仅接收光信号的一部分。在一些示例中，光传感器可以配置为使得光吸收介质32接收全部光信号。

从下面可以明显看出，在器件的制造期间，光传输介质18的种子部分34可以用于生长光吸收介质32。例如，当光传输介质18是硅且光吸收介质32是锗时，锗可以在硅上生长。因此，光传输介质18在波导16中的使用以及作为用于生长光吸收介质32的种子层的使用可以简化用于制造器件的工艺。

光传感器还包括位于倍增层36的一部分和吸收层30之间的电荷层35。倍增层36的至少一部分布置为使得吸收层30不位于倍增层36的该部分和基底20之间。例如，倍增层36的该部分可以接触基底20。在一些示例中，倍增层36布置为使得吸收层30不位于基底20和倍增层36之间。因此，倍增层36和吸收层30可以在基底20上彼此相邻布置。而且，倍增层36和吸收层30可以彼此相邻布置，使得平行于基底20的顶面和/或底面的线延伸通过倍增层36和吸收层30二者。

尽管倍增层36示为单层材料，倍增层36可以包括多层材料。用于倍增层36的合适的材料包括但不限于当暴露于电场且接收电子时可以激励附加电子的材料。示例包括但不限于包括诸如硅的结晶半导体的半导体材料。因此，在一些示例中，光传输介质18和倍增层36可以是相同的材料。在图7B中，光传输介质18和倍增层36示为相同材料。

倍增层36可以包括用作电荷层35的掺杂区域37。倍增层36还可以包括非掺杂区域38，该非掺杂区域38布置为使得倍增层36的掺杂区域37位于倍增层36的非掺杂区域38和吸收层30之间。掺杂区域37可以是N型掺杂区域或P型掺杂区域。在一个示例中，如图1B所示倍增层36是包括使用p型掺杂剂掺杂的区域的硅层且掺杂区域37与吸收层30接触。

光吸收介质32或吸收层30可以包括用作将要在脊22中形成的电场的场源的第一掺杂区域40。例如，图1B说明包括用作将要在脊22中形成的电场的场源的第一掺杂区域40的光吸收介质32。从图1B可以明显看出，第一掺杂区域40可以是连续和未间断的且可以被包括在脊22和平板区域二者中。具体而言，第一掺杂区域40可以包括在脊22的侧面和平板区域二者中。光吸收介质32或吸收层30还可以包括倍增层和第二掺杂区域41之间的非掺杂区域。

从图1B可以明显看出，包括第一掺杂区域40的平板区域的部分还可以包括或由光吸收介质32组成。因此，第一掺杂区域40可以以单个连续介质形成。作为示例，第一掺杂区域40可以以包括在脊22和平板区域二者中的锗形成。从图1B可以明显看出，第一掺杂区域40可以向上延伸到光吸收介质32的顶面。第一掺杂区域40可以是N型掺杂区域或P型掺杂区域。

倍增层36可以包括用作用于将要在脊22中形成的电场的场源的第二掺杂区域41。从图1B可以明显看出，第二掺杂区域41可以是连续和未中断的且可以包括在脊22和平板区域二者中。具体而言，第二掺杂区域41可以包括在脊22的侧面和平板区域二者中。从图1B可以明显看出，包括第二掺杂区域41的平板区域的部分还可以包括或由与倍增层36相同的材料组成。因此，第二掺杂区域41可以以单连续介质形成。作为示例，第二掺杂区域41可以以包括在脊22和平板区域二者中的硅形成。从图1B可以明显看出，第二掺杂区域41可以向上延伸到光吸收介质32的顶面。第二掺杂区域41可以是N型掺杂区域或P型掺杂区域。

N型掺杂区域可以包括N型掺杂剂。P型掺杂区域可以包括P型掺杂剂。用于N型区域的合适的掺杂剂包括但不限于磷和/或砷。用于P型区域的合适的掺杂剂包括但不限于硼。第一掺杂区域40和第二掺杂区域41可以掺杂为电学导电。用于P型掺杂区域（其用作第一掺杂区域40或第二掺杂区域41）中的P型掺杂剂的合适的浓度包括但不限于大于1×10¹⁵cm^-3、1×10¹⁷cm^-3或1×10¹⁹cm^-3和/或小于1×10¹⁷cm^-3、1×10¹⁹cm^-3或1×10²¹cm^-3的浓度。用于N型掺杂区域（其用作第一掺杂区域40或第二掺杂区域41）中的N型掺杂剂的合适的浓度包括但不限于大于1×10¹⁵cm^-3、1×10¹⁷cm^-3或1×10¹⁹cm^-3和/或小于1×10¹⁷cm^-3、1×10¹⁹cm^-3或1×10²¹cm^-3的浓度。

如上所述，倍增层36的区域可以是用作电荷层35的N型掺杂区域或P型掺杂区域。用于N型区域的合适的掺杂剂包括但不限于磷和/或砷。用于P型区域的合适的掺杂剂包括但不限于硼。因为掺杂区域37用作电荷层，掺杂区域37可以具有比第一掺杂区域40和/或第二掺杂区域41低的掺杂剂浓度。例如，用作电荷层35的掺杂区域37中的P型掺杂剂的合适的浓度包括但不限于大于1×10¹⁵cm^-3、1×10¹⁶cm^-3或1×10¹⁷cm^-3和/或小于1×10¹⁹cm^-3、1×10²⁰cm^-3或1×10²¹cm^-3的浓度。用作电荷层35的掺杂区域37中的N型掺杂剂的合适的浓度包括但不限于大于1×10¹⁵cm^-3、1×10¹⁶cm^-3或1×10¹⁷cm^-3和/或小于1×10¹⁹cm^-3、1×10²⁰cm^-3或1×10²¹cm^-3的浓度。

在一个示例中，倍增层36包括或由硅组成，光吸收材料包括或由锗组成，第一掺杂区域40是p型区域，掺杂剂浓度约为1×10²⁰cm^-3，第二掺杂区域41是n型区域，掺杂剂浓度约为1×10²⁰cm^-3，且用作电荷层的掺杂区域37是p型区域，掺杂剂浓度约为1×10¹⁷cm^-3。

第一掺杂区域40和第二掺杂区域41每个均与诸如金属的电学导体44接触。因此，第一掺杂区域40提供电学导体44其中之一和光吸收介质32之间的电学通信。具体而言，第一掺杂区域40提供电学导体44和包括在脊22的侧面中的光吸收介质32之间的电学通信。第二掺杂区域41提供电学导体44其中之一与倍增层36之间的电学通信。具体而言，第二掺杂区域41提供电学导体44其中之一与脊22的侧面的倍增层36的部分之间的电学通信。

在光传感器的操作期间，与电学接触电学通信的电子装置（未示出）用于在第一掺杂区域40和第二掺杂区域41之间施加反向偏置。当第一掺杂区域40是p型区域时，第二掺杂区域41是n型区域，且用作电荷层35的掺杂区域37是p型区域，正电荷在电荷层35发展。因此，在电荷层35处存在增加的电场。当光子在吸收层的未掺杂区域中被吸收时，产生空穴和电子对。电子在电荷层35处被拉向正电荷。电荷层处的增加的电场激励电子且导致电子加速。电子可以加速到电子与倍增层36的晶格结构的交互激励附加空穴和电子对的程度。进而，这些电子可以激励其他空穴和电子对。以这种方式，单个光子导致多个电子的产生。这些电子提供通过光传感器的电流。电流水平可以被电子装置检测和/或测量以确定光信号的存在和/或强度。因此，来自单个光子的这些附加电子的产生增加了光传感器的灵敏度。

电荷层中的掺杂水平可以影响光传感器的操作。例如，电荷层中的掺杂水平可以选择为导致倍增层中的高电场水平以在吸收层中提供足够低的电场以减小吸收层中的雪崩增益的同时实现倍增层中的高增益。吸收区域中的低增益可以减小可以吸收光的自由载流子而不产生指示光的存在的电流。

光传感器可以配置成向光吸收介质32施加基本平行于基底20的电场。例如，光吸收介质32可以包括连接底面36和顶面37的侧面35。底面位于顶面和基底20之间。在一些示例中，侧面相对于基底20基本垂直。

如上所述，光传感器适于与适合在通信应用中使用的波导尺寸配合使用。因此，用于波导16的合适高度（在图1C中以h标记）包括但不限于大于1μm、2μm 和3μm 的高度。用于波导16的合适宽度（在图1C中以w标记）包括但不限于大于0.5μm、2μm和3μm的宽度。合适的波导尺寸比例（波导16的宽度：波导16的高度）包括但不限于大于0.15:1、0.5:1和1:1和/或小于0.25:1、1:1和2:1的比例。用于与波导相邻的平板区域的合适厚度包括但不限于大于0.1μm、0.5μm或1μm和/或小于1.5μm、2μm或3μm的厚度。

在光传感器中，用于脊22的合适高度（在图1B中以H标记）包括但不限于大于0.5μm、1μm或2μm和/或小于3.5μm、4μm或5μm 的高度。用于光吸收介质32的合适高度（在图1B中以h标记）包括但不限于大于0.5μm、1μm或2μm和/或小于3.5μm、4μm或5μm的高度。从图1B可以明显看出，包括光吸收介质32的平板区域可以具有与排除光吸收介质32的平板区域的厚度不同的厚度。用于包括光吸收介质32的平板区域的合适厚度包括但不限于大于0.1μm、0.5μm或1μm和/或小于1.5μm、2μm或3μm的厚度。用于排除光吸收介质32的平板区域的合适厚度包括但不限于大于0.1μm、0.5μm或1μm和/或小于1.5μm、2μm或3μm的厚度。

包括在光传感器的脊22中的光吸收介质32的宽度可以影响光传感器的性能。例如，增加光吸收介质32的宽度可以增加从波导16接收光信号的光吸收介质32的部分且因此可以增加光传感器的效率。然而，增加该宽度可以通过增加在光吸收介质32中产生的电子经过光吸收介质32行进的距离而减小光传感器的速度。类似的，倍增区域的宽度可以减慢光传感器。因此，希望倍增区域的宽度小于光吸收区域的宽度。合适的宽度比例（光吸收介质32的宽度：倍增层36的宽度）包括大于0.1:1、0.5:1或1:1和/或小于.12:1、1.5:1或2:1的宽度比例。用于光吸收介质32的合适宽度包括大于0.1μm、0.5μm或1μm和/或小于1.5μm、2μm或4μm的宽度。用于倍增层36的合适宽度包括大于0.1μm、0.2μm或0.5μm和/或小于1μm、2μm或3μm的宽度。

在光传感器的一个示例中，用于脊22的高度是3μm，用于光吸收介质32的高度是3μm，包括光吸收介质32的平板区域是1μm，且排除光吸收介质32的平板区域的厚度是1μm。在该示例中，倍增区域的宽度是0.5μm且光吸收区域的宽度是1.5μm。

不是使用第一掺杂区域40和第二掺杂区域41作为场源，诸如金属的电学导体44可以用作场源。例如，不需要形成第一掺杂区域40和第二掺杂区域41，且可以在第一掺杂区域40和第二掺杂区域41的位置上方形成电学导体。电学导体然后可以用作场源。

图2是其中波导16包括椎体48的光学器件的顶视图。椎体48可以是水平椎体且不需要包括垂直椎体，尽管垂直椎体是可选的。椎体48布置在光传感器前面。例如，水平椎体在光传输介质18而不是光吸收介质32中出现。椎体48允许光吸收介质32具有比波导16窄的宽度。光吸收介质32的减小的宽度增加了光传感器的速度。光学部件优选地排除在椎体和光传感器之间的附加部件，尽管可以存在其他部件。

波导可以与吸收层30对准。例如，图2示出波导的脊22与吸收层对准，而脊的任一部分不与倍增层36对准。这种对准可以在吸收层中提供光信号的有效吸收的同时减小光信号到倍增层36的进入。

光学器件可以使用在集成电路、光电子电路和/或光学器件的制造中采用的制造技术构建。例如，用于波导16和/或种子部分34的脊22可以使用绝缘体上硅晶片上的蚀刻技术在光传输介质18中形成。水平椎体可以容易地使用掩膜和蚀刻技术形成。用于形成垂直椎体的合适的方法在2003年1月15日提交的名为“Controlled Selectivity Etch for Use with Optical Component Fabrication”的美国专利申请序列号10/345,709中公开，此处并入其全部内容。

图3A至8说明产生根据图1A至1C构建的光学器件的方法。使用绝缘体上硅晶片或芯片作为用于光学器件的起始前体说明该方法。然而，该方法可以适用于与绝缘体上硅平台不同的平台。

图3A至3C说明在绝缘体上硅晶片或芯片上形成第一掩膜以提供器件前体。图3A是器件前体的顶视图。图3B是图3A中示出的器件前体沿着标记为B的线截取的剖面图。图3C是图3A中示出的器件前体沿着标记为C的线截取的剖面图。第一掩膜50使得器件前体的一个区域露出（在那里要形成传感器腔体），同时保护器件前体的所述部分的其余部分。传感器腔体是要形成光吸收介质32和包括光吸收介质32的平板区域的器件前体的区域。然后执行第一蚀刻从而形成传感器腔体。第一蚀刻得出图3A至图3C的器件前体。第一蚀刻执行为使得光传输介质18的种子部分34保留在基底20上。因此，第一蚀刻在到达基底20之前可选地终止。

合适的第一掩膜50包括但不限于诸如二氧化硅掩膜的硬掩膜。合适的第一蚀刻包括但不限于干法蚀刻。

如图4A至4C所示，在图3A至图3C的传感器腔体52中形成电荷层。图4A是器件前体的顶视图。图4B是图3A中示出的器件前体沿着标记为B的线截取的剖面图。图4C是图3A中示出的器件前体沿着标记为C的线截取的剖面图。通过在光传输区域的垂直壁中形成掺杂区域37而形成电荷层。掺杂区域37可以通过在器件前体上形成掺杂掩膜使得掺杂区域37的位置保持露出且器件前体的所示部分的其余部分被保护而产生。可以采用大角度掺杂剂注入工艺以形成掺杂区域37。然后可以去除掺杂掩膜。

如图5A至5C所示，在图4A至图4C的传感器腔体中形成光吸收介质32。图5A是器件前体的顶视图。图5B是图5A中示出的器件前体沿着标记为B的线截取的剖面图。图5C是图5A中示出的器件前体沿着标记为C的线截取的剖面图。当光传输介质18是硅且光吸收介质32是锗时，锗可以生长在硅的种子部分34上。在形成光吸收介质32之后，器件前体可以被平面化以提供图5A至图5C的器件前体。合适的平面化方法的示例是化学机械抛光（CMP）工艺。

在器件前体的平面化之后，如图5A至5C所示可以在器件前体上形成第二掩膜。第二掩膜54形成为使得要形成平板区域的区域保持露出，同时保护器件前体的所示部分的其余部分。合适的第二掩膜54包括诸如二氧化硅掩膜的硬掩膜。

在图5A至5C的器件前体上执行第二蚀刻以提供图6A至图6C的器件前体。图6A是器件前体的顶视图。图6B是图6A中示出的器件前体沿着标记为B的线截取的剖面图。图6C是图6A中示出的器件前体沿着标记为C的线截取的剖面图。第二蚀刻在排除光吸收介质32的平板区域形成到所需厚度时停止。因为第二蚀刻同时蚀刻光传输介质18和光吸收介质32，第二蚀刻可以将光传输介质18和光吸收介质32蚀刻到不同的深度。因此，图7B（以及图2）说明包括光吸收介质32的平板区域形成到与排除光吸收介质32的平板区域不同的厚度。在一个示例中，第二蚀刻选择为比光吸收介质32更快地蚀刻光传输介质18。因此，包括光吸收介质32的平板区域示为比排除光吸收介质32的平板区域更厚。

可以在图6A至图6C的器件前体中形成第一掺杂区域40和第二掺杂区域41以提供图7A至图7C的器件前体。图7A是器件前体的顶视图。图7B是图7A中示出的器件前体沿着标记为B的线截取的剖面图。图7C是图7A中示出的器件前体沿着标记为C的线截取的剖面图。第一掺杂区域40可以通过在器件前体上形成掺杂掩膜使得第一掺杂区域40的位置保持露出且器件前体的所述部分的其余部分被保护而产生。高角度掺杂剂注入工艺可以用于形成第一掺杂区域40。掺杂掩膜然后可以被去除。相同的序列然后可以用于形成第二掺杂区域41。第二掺杂区域41可以在第一掺杂区域40之前形成或第一掺杂区域40可以在第二掺杂区域41之前形成。

可以可选地在图7A至图7C的器件前体上形成第一覆层56、金属导体44和第二覆层58以提供图8的器件前体。第一覆层可以形成为使得被电学导体44接触的第一掺杂区域40和第二掺杂区域41的部分保持露出且器件前体的所述部分的其余部分被第一覆层保护。合适的第一覆层包括但不限于随后使用光刻构图的PECVD沉积的二氧化硅。可以在所得的器件前体上形成电学导体44。电学导体44可以形成为使得每个电学导体44从第一掺杂区域40或第二掺杂区域41延伸出沟槽24且在光传输介质18上方延伸。合适的电学导体44包括诸如钛和铝的金属。金属可以通过溅射沉积且通过光刻构图。可以可选地在所得的器件前体上形成第二覆层。第二覆层可以被构图为使得第二覆层限定电学导体44上的接触焊盘。因为接触焊盘可以布置在沟槽24外部，接触焊盘的位置在图8中没有示出。合适的第二覆层包括但不限于随后使用光刻构图的PECVD沉积的SiN。

器件可以和与用作接触焊盘的电学导体44的一部分电学通信的电子装置结合使用。电子装置可以向接触焊盘施加电能，从而形成光传感器两端的反向偏置。

鉴于这些教导，本领域普通技术人员将容易想到本发明的其他实施例、组合和修改。因此，本发明仅由下面的权利要求限定，所述权利要求包括结合上述说明书和附图观察时的所有这样的实施例及修改。

Claims (20)

1.一种光学器件，包含：

基底上的波导，该波导配置成引导光信号通过光传输介质；以及

位于基底上的光传感器，

    该光传感器包括

       脊，从位于脊的相对面上的平板区域向上延伸，

           该脊包括配置成在脊中产生电场的场源，

           该场源位于脊的相对侧面上，侧面中的每一个位于脊的顶部和平板区域之间，

           该脊包括倍增层和吸收层，该吸收层布置为接收来自波导的光信号中的至少一部分，

           该吸收层配置成响应于接收光信号的光子产生空穴和电子对，以及

           该倍增层布置为接收在吸收层中产生的电子且响应于接收电子产生附加电子。

2.根据权利要求1所述的器件，其中倍增层包括光传输介质。

3.根据权利要求2所述的器件，其中一层光传输介质位于基底和吸收层之间。

4.根据权利要求1所述的器件，其中倍增层由该光传输介质组成。

5.根据权利要求1所述的器件，其中场源配置成产生电场，使得电场基本平行于基底。

6.根据权利要求1所述的器件，其中场源均是掺杂区域。

7.根据权利要求6所述的器件，其中吸收层包括响应于接收光子产生空穴和电子对的光吸收介质且掺杂区域之一是光吸收介质的掺杂区域。

8.根据权利要求7所述的器件，其中光吸收介质的掺杂区域被包括在脊中以及平板区域之一中。

9.根据权利要求6所述的器件，其中倍增层包括产生附加电子的倍增介质且掺杂区域之一是倍增介质的掺杂区域。

10.根据权利要求9所述的器件，其中倍增介质的掺杂区域被包括在脊中以及平板区域之一中。

11.根据权利要求1所述的器件，其中吸收层包括响应于接收光子产生空穴和电子对的光吸收介质且光吸收介质是锗。

12.根据权利要求1所述的器件，其中吸收层包括响应于接收光子产生空穴和电子对的光吸收介质，

该光吸收介质是锗，

该倍增层包括硅，

该光传输介质包括硅，并且

一层硅位于基底和吸收层之间。

13.根据权利要求1所述的器件，其中波导布置在基底的顶面上，且吸收层和倍增层布置为使得平行于基底的顶面的线可以延伸通过吸收层和倍增层二者。

14.根据权利要求1所述的器件，其中吸收层接触倍增层。

15.根据权利要求1所述的器件，还包含：在吸收层和倍增层之间的界面处的电荷层。

16.根据权利要求1所述的器件，其中电荷层是倍增层的掺杂区域。

17.根据权利要求16所述的器件，其中倍增层包括硅且电荷层是硅的掺杂区域。

18.根据权利要求17所述的器件，其中场源之一是硅的掺杂区域。

19.根据权利要求18所述的器件，其中吸收区域包括锗且场源之一是硅的掺杂区域。

20.根据权利要求19所述的器件，其中锗和硅彼此接触。

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