具有嵌入式反射器的双通光电二极管的制作方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]光电二极管的重要应用是光数据传输，其中，光电二极管用于光接收器中，以将所接收的根据要传输的数据来调制的光脉冲转换为电信号。
[0002]光电二极管可以包括进行不同地掺杂的两个接触的半导体层。在对半导体进行掺杂的工艺中，可以有意地将杂质引入半导体中，以使得其电特性发生变化。在η掺杂的半导体中，杂质是提供电子的电子供体，所述电子可以增加半导体的电子导电率。在P掺杂的半导体中，杂质是通过提供电子空穴来增加半导体的导电率的电子受体，所述电子空穴可以移动穿过半导体。
[0003]通常光电二极管的一层为η掺杂的，并且另一层为P掺杂的，由此产生ρ-η结。耗尽区跨ρ-η结自然地形成，在ρ-η结中所有自由电荷载流子由于电子和空穴的浓度梯度而扩散开，这产生了跨耗尽区的电场。当具有足够能量的光子碰撞二极管时，光子激发电子，由此产生自由电子和带正电的电子空穴。如果在Ρ-η结的耗尽区中或其附近(例如，一个扩散长度距离)出现吸收，那么由耗尽区的电场将载流子从结扫除。因此，空穴向阳极移动，并且电子向阴极移动，由此产生光电流。所产生的光电流与超过大数量级的入射光的强度成正比。因此，可以通过光电二极管的装置将光脉冲转换为电脉冲。
[0004]对于高速数据传输应用，可以使用PIN光电二极管。PIN光电二极管在P型半导体层与η型半导体层之间可以具有宽的、轻度掺杂的(例如，几乎本征的)半导体区。由于本征区，与其它二极管相比，PIN光电二极管可以允许较快地切换。因此，与常规的光电二极管相比，PIN 二极管可以具有较高的带宽。
[0005]当设计用于数据传输应用的光电二极管时，可以尝试满足通常相互竞争的目标，例如高带宽和高效率。光电二极管的带宽可以设定当光电二极管用作光接收器时可以实现的数据速率的上限。带宽取决于来自由入射光子产生的电子空穴对的光电流脉冲的持续时间(响应时间)。光电二极管的效率是所产生的光电流与入射光功率的比率。效率取决于光电二极管上的入射光的波长。效率也可以被表不为量子效率，所述量子效率为光生电荷载流子的数量与入射光子的数量的比率。
[0006]就改进一个往往使另一个降级而言，带宽和效率通常是竞争的设计目标。例如，增大光电二极管的有源(光子产生)区的尺寸以提高效率会导致响应时间增大，并且由此导致带宽较低。相反地，通过减小有源区的尺寸来增大带宽会导致效率较低。
[0007]为了改进带宽和效率两者，已知谐振腔增强型(RCE)光电探测器。在RCE光电探测器中，光电二极管被布置在法布里-珀罗谐振腔内。光学腔的影响在于由于谐振而增强光场，由此使得光电二极管能够被做得更薄并且因此更快，而同时增大谐振波长处的量子效率。RCE光电探测器具有缺点，该缺点在于例如由于附加的光学谐振器而导致它们通常制造复杂，所述光学谐振器包括必须精确地对准的反射表面。此外，RCE光电探测器由于谐振腔而包括高波长选择性，这在需要相对宽的波长选择性的一些数据传输应用中可能是不利的。
[0008]在美国专利N0.6023485中，公开了具有集成光电探测器的垂直腔面发射激光器(VCSEL)阵列。所公开的光电探测器是与布置在光电二极管的顶部上的VCSEL共享分布式布拉格反射器(DBR)的PIN光电二极管。由于VCSEL和DBR被安装在光电二极管的顶部上以便阻止光电二极管，所以该光电二极管不适于作为数据传输应用中的接收器。
【发明内容】
[0009]提供本
【发明内容】
从而以简化的形式引入一系列概念，在以下【具体实施方式】中将对所述简化的形式进行进一步描述。本
【发明内容】
并非旨在确定所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也并非旨在用于限制所要求保护的主题的范围。此外，所要求保护的主题不限于解决在本公开内容的任何部分中所指出的任何或全部缺点的限制。
[0010]根据实施例，光电二极管(具体而言为用于数据传输应用的光电二极管)包括:半导体衬底，所述半导体衬底也可以被称为衬底层；以及第一半导体层，所述第一半导体层由半导体衬底支撑(例如，被布置在半导体衬底上)。光电二极管还可以包括由第一半导体层支撑(例如，被布置在第一半导体层上)的第二半导体层。光电二极管还可以包括光半导体镜，所述光半导体镜被布置在半导体衬底与第一半导体层之间，以使得在入射光第一次沿着第一方向穿过第二半导体层和第一半导体层时，入射光被光半导体镜反射以便第二次穿过第一半导体层，这也可以称为第二次通过。因此，光电二极管也可以被称为双通光电二极管。
[0011]根据另一个实施例，用于制造光电二极管(例如，可以用于数据传输应用中的光电二极管)的方法可以包括提供半导体衬底以及形成第一半导体层，以使得第一半导体层由半导体衬底支撑(例如，被布置在半导体衬底上)。该方法还可以包括布置第二半导体层，以使得第二半导体层由第一半导体层支撑(例如，被布置在第一半导体层上)。该方法还可以包括将光半导体发射镜布置在半导体衬底与第一半导体层之间，以使得在入射光沿着第一方向穿过第二半导体层和第一半导体层时，入射光被光半导体镜反射以便第二次穿过第一半导体层。例如可以通过生长AlAs和AlGaAs的交替层来在衬底上生长分布式布拉格反射器(DBR)以形成半导体镜。随后，标准光电二极管或PIN光电二极管结构可以生长在DBR上。该方法可以包括使用掺杂技术(例如，气相外延)来对半导体镜进行掺杂(例如，η掺杂)的步骤。
【附图说明】
[0012]当结合附图进行阅读时，将更好地理解之前的
【发明内容】
以及示例性实施例的以下【具体实施方式】。然而，本发明并不限于附图中所示的特定工具。在附图中:
[0013]图1是现有技术的光电二极管的示意性横截面图；
[0014]图2是根据实施例的光电二极管的示意性横截面图；
[0015]图3是涉及现有技术的光电二极管的测量设置的调制响应与调制频率相比的图表；
[0016]图4是涉及现有技术的光电二极管的另一个测量设置的调制响应与调制频率相比的具有对数频率刻度的图表；
[0017]图5是模拟光电流与现有技术的光电二极管的频率以及根据实施例的光电二极管的频率相比的图表；
[0018]图6是根据实施例的光电二极管的吸收与光子能量相比的图表;并且
[0019]图7是示出现有技术的光电二极管的特性与根据实施例的光电二极管的特性的比较的表。
【具体实施方式】
[0020]为了方便起见，利用相同的附图来识别附图中所示的各个实施例中的相同或等效元件。在以下描述中，某些术语仅用于方便的目的而不进行限制。词语“左”、“右”、“前”、“后” “上”以及“下”表示所参考的附图中的方向。词语“向前”、“向前地”、“向后”、“内”、“向内”、“向内地”、“外”、“向外”、“向外地”、“向上”、“向上地”、“向下”以及“向下地”分别指代朝向和远离所指代的对象以及其指定部分的几何中心的方向。旨在为非限制性的术语包括以上所列出的词语、其派生词、以及类似意义的词语。
[0021]实施例的目的在于提供一种具有高带宽和高效率的光电二极管，例如用于数据传输应用的光电二极管。该光电二极管也可以是易于制造和成本有效的。此外，该光电二极管还可以提供相对宽的波长灵敏度。例如，可以通过根据权利要求书的光电二极管以及制造根据权利要求书的光电二极管的方法来解决在阅读以下描述时将变得显而易见的这些和其它目的。
[0022]首先参考图1，示出的现有技术的PIN型光电二极管10的示意性横截面图，PIN型光电二极管10是包括介于η掺杂层12与P掺杂层14之间的本征层13的光电二极管。η掺杂层12被布置在衬底层11上。本征层13可以大体上未被掺杂。如图所示，本征层可以被布置在η掺杂层12上。