採用標準cmos工藝製作的叉指型結構矽發光二極體的製作方法

2023-05-29 01:04:06

專利名稱：採用標準cmos工藝製作的叉指型結構矽發光二極體的製作方法
技術領域：
本發明涉及半導體發光器件技術領域，特別是一種採用CMOS工藝製作的叉指型結構矽發光二極體。
背景技術：
近年來，光通信領域取得了飛速發展，在人們日常生活中發揮著越來越重要的作用。光電子器件依據其在傳輸帶寬、抗幹擾能力及能量消耗上的明顯優勢，有望成為解決制約矽基微電子集成電路發展的有效途徑。利用矽作為基本材料，採用成熟的標準CMOS工藝製作光電子器件和光電子集成迴路，在成本上和工藝成熟度上具有無可比擬的優勢，必將成為製作光電子晶片和解決電互連問題的首選方案。
矽基光發射器件是矽基光電子集成迴路中的重要組成部分。由於該器件具有適於集成、成本低、易於大規模生產等優點，在下一代光互連繫統中作為晶片間或晶片內部的光電接口具有非常廣闊的應用前景。本發明是一種採用標準CMOS工藝製作的叉指型結構矽發光二極體，該器件採用標準CMOS工藝製作，工作在反向工作電壓下，當達到閾值條件時，能實現有效的雷射輸出。而且該器件工藝上與微電子集成電路完全兼容，可作為互連晶片中的光源器件，適合於製作矽基光電子集成迴路。

發明內容
本發明的目的是提供一種採用標準CMOS工藝製作的叉指型結構矽發光二極體，其具有製作工藝成熟、成本低、適於集成、易於大規模生產等優點，在下一代光互連和全矽光學晶片中具有非常廣闊的應用前景。
本發明一種採用標準CMOS工藝製作的叉指型結構矽發光二極體，其特徵在於，包括一P型矽襯底；一N阱，該N阱製作在P型襯底上的中間部位；一N+叉指型擴散區，該N+叉指型擴散區製作在N阱內；一第一金屬接觸，該第一金屬接觸製作在該N+叉指型擴散區上；一P+叉指型擴散區，該P+叉指型擴散區製作在N阱內；一第二金屬接觸，該第二金屬接觸製作在該P+叉指型擴散區上；一P+擴散區保護環，該P+擴散區保護環製作在P型Si襯底上；一第三金屬接觸，該第三金屬接觸製作在該P+擴散區保護環上的一側；一二氧化矽層，該二氧化矽層覆蓋在器件結構的整個上表面；一第四金屬接觸，該第四金屬接觸製作在該P+擴散區保護環上的另一側；在該二氧化矽層的中間製作形成一發光窗口。
其中該P+叉指型擴散區與N+叉指型擴散區緊密接觸，形成交錯P+N+結，接觸面做成鋸齒形狀，其可降低擊穿電壓，增大接觸面積，提高光輸出效率。
其中該P+擴散區保護環製作在P型Si襯底上並圍繞在N阱周圍，防止載流子洩漏，提高輸出光功率。
其中該發光窗口製作在P+叉指型擴散區與N+叉指型擴散區的接觸面上方，通過減薄P+叉指型擴散區與N+叉指型擴散區接觸面上方的二氧化矽層的厚度，減少光輸出損耗，提高光輸出效率。


為進一步說明本發明的具體技術內容，以下結合實施例及附圖詳細說明如下，其中
圖1採用標準CMOS工藝製作的叉指型結構矽發光二極體俯視圖；圖2採用標準CMOS工藝製作的叉指型結構矽發光二極體剖面圖(A-A』)。
具體實施例方式
請參閱圖1及圖2所示，本發明一種採用標準CMOS工藝製作的叉指型結構矽發光二極體，其特徵在於，包括一P型矽襯底10；一N阱11，該N阱11製作在P型襯底10上的中間部位；一N+叉指型擴散區12，該N+叉指型擴散區12製作在N阱11內，在該N+叉指型擴散區12上製作第一金屬接觸16；一P+叉指型擴散區13，該P+叉指型擴散區13製作在N阱11內，在該P+叉指型擴散區13上製作第二金屬接觸17；其中該P+叉指型擴散區13與N+叉指型擴散區12緊密接觸，形成交錯P+N+結，接觸面做成鋸齒形狀，其可降低擊穿電壓，增大接觸面積，提高光輸出效率；一P+擴散區保護環14，該P+擴散區保護環14製作在P型Si襯底10上，在該P+擴散區保護環14上製作第三金屬接觸18和第四金屬接觸19；該P+擴散區保護環14製作在P型Si襯底10上並圍繞在N阱11周圍，防止載流子洩漏，提高輸出光功率；一二氧化矽層20，該二氧化矽層20覆蓋在器件結構的整個上表面，該二氧化矽層20的中間製作一發光窗口15，該發光窗口15製作在P+叉指型擴散區13與N+叉指型擴散區12的接觸面上方，通過減薄P+叉指型擴散區13與N+叉指型擴散區12接觸面上方的二氧化矽層20的厚度，減少光輸出損耗，提高光輸出效率。
實施例本發明是一種採用標準CMOS工藝製作的叉指型結構矽發光二極體，該器件採用標準CMOS工藝製作，不需進行任何工藝上的改動。本發明的採用標準CMOS工藝製作的叉指型結構矽發光二極體具體結構請參閱說明書附圖1和圖2，包括一P型矽襯底10；一N阱11，該N阱11製作在P型襯底10上的中間部位；一N+叉指型擴散區12，該N+叉指型擴散區12製作在N阱11內，在該N+叉指型擴散區12上製作第一金屬接觸16；
一P+叉指型擴散區13，該P+叉指型擴散區13製作在N阱11內，在該P+叉指型擴散區13上製作第二金屬接觸17；一P+擴散區保護環14，該P+擴散區保護環14製作在P型Si襯底10上，在該P+擴散區保護環14上製作第三金屬接觸18和第四金屬接觸19；一二氧化矽層20，該二氧化矽層20覆蓋在器件結構的上表面，在二氧化矽層20的中間形成一發光窗口15。
該器件採用標準CMOS工藝製作，不需要進行任何工藝步驟的改動。其中，N阱11製作在P型襯底10上的中間部位。N+叉指型擴散區12和P+叉指型擴散區13都製作在N阱11內。N+叉指型擴散區12和P+叉指型擴散區13緊密接觸，形成交錯P+N+結，而且P+叉指型擴散區13與N+叉指型擴散區12的接觸面要做成鋸齒形狀，這樣能有效的增大接觸面積，降低器件開啟電壓。在N+叉指型擴散區12上製作第一金屬接觸16，在P+叉指型擴散區13上製作第二金屬接觸17，其具體位置和形狀如說明書附圖1、圖2所示。P+叉指型擴散區13上的第二金屬接觸17連接到低電位，N+叉指型擴散區上的第一金屬接觸16連接到高電位，使P+N+結工作在反向偏置電壓下，並在P+叉指型擴散區13與N+叉指型擴散區12的接觸面附近形成耗盡區。適當調整第一金屬接觸16和第二金屬接觸之間所加的反向偏置電壓值，可以使N+叉指型擴散區12和P+叉指型擴散區13緊密接觸而形成的交錯P+N+結達到擊穿狀態，載流子在P+叉指型擴散區13與N+叉指型擴散區12的接觸面附近的形成耗盡區內發生輻射複合，從而發射出光子。P+擴散區保護環14製作在P型Si襯底10上並圍繞在N阱11周圍，該P+擴散區保護環14上的第三金屬接觸18和第四金屬接19觸都連接到地(最低電位)，這樣使得P型Si襯底10與N阱11之間處於一種反向電壓偏置的狀態，從而起到了防止載流子洩露和噪聲幹擾的作用，增大輸出光功率。發光窗口15採用標準CMOS工藝中的刻蝕工藝製作，刻蝕P+叉指型擴散區與N+叉指型擴散區接觸面上方的二氧化矽層20，該發光窗口15通過減薄P+叉指型擴散區13與N+叉指型擴散區12接觸面上方的二氧化矽層20的厚度，從而減少輸出光的損耗，提高光輸出效率。
本發明的一種採用標準CMOS工藝製作的叉指型結構矽發光二極體，結構新穎，具有較高的光輸出效率，而且具有製作工藝成熟、成本低、適於集成、易於大規模生產等優點，在下一代光互連和全矽光學晶片中具有非常廣闊的應用前景。
權利要求
1.一種採用標準CMOS工藝製作的叉指型結構矽發光二極體，其特徵在於，包括一P型矽襯底；一N阱，該N阱製作在P型襯底上的中間部位；一N+叉指型擴散區，該N+叉指型擴散區製作在N阱內；一第一金屬接觸，該第一金屬接觸製作在該N+叉指型擴散區上；一P+叉指型擴散區，該P+叉指型擴散區製作在N阱內；一第二金屬接觸，該第二金屬接觸製作在該P+叉指型擴散區上；一P+擴散區保護環，該P+擴散區保護環製作在P型Si襯底上；一第三金屬接觸，該第三金屬接觸製作在該P+擴散區保護環上的一側；一二氧化矽層，該二氧化矽層覆蓋在器件結構的整個上表面；一第四金屬接觸，該第四金屬接觸製作在該P+擴散區保護環上的另一側；在該二氧化矽層的中間製作形成一發光窗口。
2.根據權利要求1所述的採用標準CMOS工藝製作的叉指型結構矽發光二極體，其特徵在於，其中該P+叉指型擴散區與N+叉指型擴散區緊密接觸，形成交錯P+N+結，接觸面做成鋸齒形狀，其可降低擊穿電壓，增大接觸面積，提高光輸出效率。
3.根據權利要求1所述的採用標準CMOS工藝製作的叉指型結構矽發光二極體，其特徵在於，其中該P+擴散區保護環製作在P型Si襯底上並圍繞在N阱周圍，防止載流子洩漏，提高輸出光功率。
4.根據權利要求1所述的採用標準CMOS工藝製作的叉指型結構矽發光二極體，其特徵在於，其中該發光窗口製作在P+叉指型擴散區與N+叉指型擴散區的接觸面上方，通過減薄P+叉指型擴散區與N+叉指型擴散區接觸面上方的二氧化矽層的厚度，減少光輸出損耗，提高光輸出效率。
全文摘要
一種採用標準CMOS工藝製作的叉指型結構矽發光二極體，包括一P型矽襯底；一N阱阱製作在P型襯底上的中間部位；一N+叉指型擴散區製作在N阱內；一第一金屬接觸製作在該N+叉指型擴散區上；一P+叉指型擴散區製作在N阱內；一第二金屬接觸製作在該P+叉指型擴散區上；一P+擴散區保護環製作在P型Si襯底上；一第三金屬接觸製作在該P+擴散區保護環上的一側；一二氧化矽層覆蓋在器件結構的整個上表面；一第四金屬接觸製作在該P+擴散區保護環上的另一側；在該二氧化矽層的中間製作形成一發光窗口。
文檔編號H01L33/00GK101034725SQ200610011448
公開日2007年9月12日 申請日期2006年3月8日 優先權日2006年3月8日
發明者陳弘達, 劉海軍, 黃北舉 申請人:中國科學院半導體研究所