专利名称：采用标准cmos工艺制作的叉指型结构硅发光二极管的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体发光器件技术领域，特别是一种采用CMOS工艺制作的叉指型结构硅发光二极管。
背景技术：
近年来，光通信领域取得了飞速发展，在人们日常生活中发挥着越来越重要的作用。光电子器件依据其在传输带宽、抗干扰能力及能量消耗上的明显优势，有望成为解决制约硅基微电子集成电路发展的有效途径。利用硅作为基本材料，采用成熟的标准CMOS工艺制作光电子器件和光电子集成回路，在成本上和工艺成熟度上具有无可比拟的优势，必将成为制作光电子芯片和解决电互连问题的首选方案。
硅基光发射器件是硅基光电子集成回路中的重要组成部分。由于该器件具有适于集成、成本低、易于大规模生产等优点，在下一代光互连系统中作为芯片间或芯片内部的光电接口具有非常广阔的应用前景。本发明是一种采用标准CMOS工艺制作的叉指型结构硅发光二极管，该器件采用标准CMOS工艺制作，工作在反向工作电压下，当达到阈值条件时，能实现有效的激光输出。而且该器件工艺上与微电子集成电路完全兼容，可作为互连芯片中的光源器件，适合于制作硅基光电子集成回路。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用标准CMOS工艺制作的叉指型结构硅发光二极管，其具有制作工艺成熟、成本低、适于集成、易于大规模生产等优点，在下一代光互连和全硅光学芯片中具有非常广阔的应用前景。
本发明一种采用标准CMOS工艺制作的叉指型结构硅发光二极管，其特征在于，包括一P型硅衬底；一N阱，该N阱制作在P型衬底上的中间部位；一N+叉指型扩散区，该N+叉指型扩散区制作在N阱内；一第一金属接触，该第一金属接触制作在该N+叉指型扩散区上；一P+叉指型扩散区，该P+叉指型扩散区制作在N阱内；一第二金属接触，该第二金属接触制作在该P+叉指型扩散区上；一P+扩散区保护环，该P+扩散区保护环制作在P型Si衬底上；一第三金属接触，该第三金属接触制作在该P+扩散区保护环上的一侧；一二氧化硅层，该二氧化硅层覆盖在器件结构的整个上表面；一第四金属接触，该第四金属接触制作在该P+扩散区保护环上的另一侧；在该二氧化硅层的中间制作形成一发光窗口。
其中该P+叉指型扩散区与N+叉指型扩散区紧密接触，形成交错P+N+结，接触面做成锯齿形状，其可降低击穿电压，增大接触面积，提高光输出效率。
其中该P+扩散区保护环制作在P型Si衬底上并围绕在N阱周围，防止载流子泄漏，提高输出光功率。
其中该发光窗口制作在P+叉指型扩散区与N+叉指型扩散区的接触面上方，通过减薄P+叉指型扩散区与N+叉指型扩散区接触面上方的二氧化硅层的厚度，减少光输出损耗，提高光输出效率。
为进一步说明本发明的具体技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如下，其中
图1采用标准CMOS工艺制作的叉指型结构硅发光二极管俯视图；图2采用标准CMOS工艺制作的叉指型结构硅发光二极管剖面图(A-A’)。
具体实施例方式
请参阅图1及图2所示，本发明一种采用标准CMOS工艺制作的叉指型结构硅发光二极管，其特征在于，包括一P型硅衬底10；一N阱11，该N阱11制作在P型衬底10上的中间部位；一N+叉指型扩散区12，该N+叉指型扩散区12制作在N阱11内，在该N+叉指型扩散区12上制作第一金属接触16；一P+叉指型扩散区13，该P+叉指型扩散区13制作在N阱11内，在该P+叉指型扩散区13上制作第二金属接触17；其中该P+叉指型扩散区13与N+叉指型扩散区12紧密接触，形成交错P+N+结，接触面做成锯齿形状，其可降低击穿电压，增大接触面积，提高光输出效率；一P+扩散区保护环14，该P+扩散区保护环14制作在P型Si衬底10上，在该P+扩散区保护环14上制作第三金属接触18和第四金属接触19；该P+扩散区保护环14制作在P型Si衬底10上并围绕在N阱11周围，防止载流子泄漏，提高输出光功率；一二氧化硅层20，该二氧化硅层20覆盖在器件结构的整个上表面，该二氧化硅层20的中间制作一发光窗口15，该发光窗口15制作在P+叉指型扩散区13与N+叉指型扩散区12的接触面上方，通过减薄P+叉指型扩散区13与N+叉指型扩散区12接触面上方的二氧化硅层20的厚度，减少光输出损耗，提高光输出效率。
实施例本发明是一种采用标准CMOS工艺制作的叉指型结构硅发光二极管，该器件采用标准CMOS工艺制作，不需进行任何工艺上的改动。本发明的采用标准CMOS工艺制作的叉指型结构硅发光二极管具体结构请参阅说明书附图1和图2，包括一P型硅衬底10；一N阱11，该N阱11制作在P型衬底10上的中间部位；一N+叉指型扩散区12，该N+叉指型扩散区12制作在N阱11内，在该N+叉指型扩散区12上制作第一金属接触16；
一P+叉指型扩散区13，该P+叉指型扩散区13制作在N阱11内，在该P+叉指型扩散区13上制作第二金属接触17；一P+扩散区保护环14，该P+扩散区保护环14制作在P型Si衬底10上，在该P+扩散区保护环14上制作第三金属接触18和第四金属接触19；一二氧化硅层20，该二氧化硅层20覆盖在器件结构的上表面，在二氧化硅层20的中间形成一发光窗口15。
该器件采用标准CMOS工艺制作，不需要进行任何工艺步骤的改动。其中，N阱11制作在P型衬底10上的中间部位。N+叉指型扩散区12和P+叉指型扩散区13都制作在N阱11内。N+叉指型扩散区12和P+叉指型扩散区13紧密接触，形成交错P+N+结，而且P+叉指型扩散区13与N+叉指型扩散区12的接触面要做成锯齿形状，这样能有效的增大接触面积，降低器件开启电压。在N+叉指型扩散区12上制作第一金属接触16，在P+叉指型扩散区13上制作第二金属接触17，其具体位置和形状如说明书附图1、图2所示。P+叉指型扩散区13上的第二金属接触17连接到低电位，N+叉指型扩散区上的第一金属接触16连接到高电位，使P+N+结工作在反向偏置电压下，并在P+叉指型扩散区13与N+叉指型扩散区12的接触面附近形成耗尽区。适当调整第一金属接触16和第二金属接触之间所加的反向偏置电压值，可以使N+叉指型扩散区12和P+叉指型扩散区13紧密接触而形成的交错P+N+结达到击穿状态，载流子在P+叉指型扩散区13与N+叉指型扩散区12的接触面附近的形成耗尽区内发生辐射复合，从而发射出光子。P+扩散区保护环14制作在P型Si衬底10上并围绕在N阱11周围，该P+扩散区保护环14上的第三金属接触18和第四金属接19触都连接到地(最低电位)，这样使得P型Si衬底10与N阱11之间处于一种反向电压偏置的状态，从而起到了防止载流子泄露和噪声干扰的作用，增大输出光功率。发光窗口15采用标准CMOS工艺中的刻蚀工艺制作，刻蚀P+叉指型扩散区与N+叉指型扩散区接触面上方的二氧化硅层20，该发光窗口15通过减薄P+叉指型扩散区13与N+叉指型扩散区12接触面上方的二氧化硅层20的厚度，从而减少输出光的损耗，提高光输出效率。
本发明的一种采用标准CMOS工艺制作的叉指型结构硅发光二极管，结构新颖，具有较高的光输出效率，而且具有制作工艺成熟、成本低、适于集成、易于大规模生产等优点，在下一代光互连和全硅光学芯片中具有非常广阔的应用前景。
权利要求
1.一种采用标准CMOS工艺制作的叉指型结构硅发光二极管，其特征在于，包括一P型硅衬底；一N阱，该N阱制作在P型衬底上的中间部位；一N+叉指型扩散区，该N+叉指型扩散区制作在N阱内；一第一金属接触，该第一金属接触制作在该N+叉指型扩散区上；一P+叉指型扩散区，该P+叉指型扩散区制作在N阱内；一第二金属接触，该第二金属接触制作在该P+叉指型扩散区上；一P+扩散区保护环，该P+扩散区保护环制作在P型Si衬底上；一第三金属接触，该第三金属接触制作在该P+扩散区保护环上的一侧；一二氧化硅层，该二氧化硅层覆盖在器件结构的整个上表面；一第四金属接触，该第四金属接触制作在该P+扩散区保护环上的另一侧；在该二氧化硅层的中间制作形成一发光窗口。
2.根据权利要求1所述的采用标准CMOS工艺制作的叉指型结构硅发光二极管，其特征在于，其中该P+叉指型扩散区与N+叉指型扩散区紧密接触，形成交错P+N+结，接触面做成锯齿形状，其可降低击穿电压，增大接触面积，提高光输出效率。
3.根据权利要求1所述的采用标准CMOS工艺制作的叉指型结构硅发光二极管，其特征在于，其中该P+扩散区保护环制作在P型Si衬底上并围绕在N阱周围，防止载流子泄漏，提高输出光功率。
4.根据权利要求1所述的采用标准CMOS工艺制作的叉指型结构硅发光二极管，其特征在于，其中该发光窗口制作在P+叉指型扩散区与N+叉指型扩散区的接触面上方，通过减薄P+叉指型扩散区与N+叉指型扩散区接触面上方的二氧化硅层的厚度，减少光输出损耗，提高光输出效率。
全文摘要
一种采用标准CMOS工艺制作的叉指型结构硅发光二极管，包括一P型硅衬底；一N阱阱制作在P型衬底上的中间部位；一N+叉指型扩散区制作在N阱内；一第一金属接触制作在该N+叉指型扩散区上；一P+叉指型扩散区制作在N阱内；一第二金属接触制作在该P+叉指型扩散区上；一P+扩散区保护环制作在P型Si衬底上；一第三金属接触制作在该P+扩散区保护环上的一侧；一二氧化硅层覆盖在器件结构的整个上表面；一第四金属接触制作在该P+扩散区保护环上的另一侧；在该二氧化硅层的中间制作形成一发光窗口。
文档编号H01L33/00GK101034725SQ200610011448
公开日2007年9月12日 申请日期2006年3月8日 优先权日2006年3月8日
发明者陈弘达, 刘海军, 黄北举 申请人:中国科学院半导体研究所