[其他]一種間接耦合的硅光敏器件

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 101985000000228
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN85100228B
• 公開（公告）日: 1987-07-15
• 發(fā)明（設計）人: 何民才
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢大學
• 代理公司: 武漢大學專利事務所
• 代理人: 龔茂銘

本發(fā)明公開了一種新結(jié)構(gòu)的硅光敏器件。它與普通硅光敏器件不同，不是把輸出光電流的二極管、三極管或達林頓結(jié)構(gòu)晶體管直接做在接受入射光的ＰＮ結(jié)（簡稱受光ＰＮ結(jié)）上，而是把它們做在這個結(jié)的鄰側(cè)，抽取受光ＰＮ結(jié)的注入電流輸出或放大后輸出，由此組成一個光敏器件。這種結(jié)構(gòu)能夠避免受光ＰＮ結(jié)面積大造成硅光敏器件電特性差和成品率低等缺點，也為制造暗電流小、擊穿電壓好的新型硅光敏器件開辟了一條道路。

本發(fā)明提供了一種新型結(jié)構(gòu)的硅光敏器件。

目前的硅光敏器件是把二極管、三極管或達林頓晶體管等光電流輸出器件（以下簡稱輸出器件）直接做在接受入射光的PN結(jié)（以下簡稱受光PN結(jié)）上，我們把這種結(jié)構(gòu)叫做受光PN結(jié)與輸出器件的直接耦合。這是一種很自然的結(jié)構(gòu)，所以它是目前國內(nèi)外硅光敏器件唯一的結(jié)構(gòu)形式。

半導體光敏器件中，受光PN結(jié)通常有較大面積而伴隨較差的電特性。直接耦合將把受光PN結(jié)壞的電特性疊加在光電信號上一起輸出，因而造成光敏器件電參數(shù)惡化和成品率降低。雖然使用較好的原材料和先進的工藝能夠改進電參數(shù)，但會導致生產(chǎn)成本的提高，也不能從根本上解決直接耦合光敏器件的上述缺點。

本發(fā)明的一個目標是提供一種把受光PN結(jié)與輸出器件彼此分離而又以某種方式互相聯(lián)接的間接耦合結(jié)構(gòu)的硅光敏器件，使它的電參數(shù)主要取決于輸出器件而不受受光PN結(jié)的影響。因為輸出器件的面積可以作得很小而有好的電特性和成品率。因此作為一個整體，光敏器件的質(zhì)量和成品率得以提高。

本發(fā)明的要點參照圖1A和圖1B說明如下：

在光照下，開路受光PN結(jié)（11）P區(qū)（17）和N區(qū)（10）收集光生少數(shù)載流子形成光電流（15）。隨著受光PN結(jié)（11）上光生電壓的出現(xiàn)，也開始產(chǎn)生注入電流（16）。當狀態(tài)達到穩(wěn)定后，光電流（15）和注入電流（16）大小相等和方向相反。P區(qū)（17）的雜質(zhì)濃度比N區(qū)（10）高很多，因此注入電流（16）主要由P區(qū)（17）流向N區(qū)（10）的空穴組成。只要隔離區(qū)（12）的寬度適當，除少數(shù)注入空穴在N區(qū)（10）被復合外，大部分將以擴散運動的形式越過隔離區(qū)（12）而為輸出器件區(qū)（13）所收集，在那里輸出或放大后輸出。這樣，隔離區(qū)（12）一方面把受光PN結(jié)（11）與輸出器件區(qū)（13）分開，使受光PN結(jié)（11）的低擊穿大暗電流不影響輸出器件區(qū)（13）的器件，同時受光PN結(jié)（11）的注入電流（16）的大部分又能通過隔離區(qū)（12）流進輸出器件區(qū)（13）。具體技術方案闡述如下：

1.用電阻率為2-100Ω·cm的N型硅單晶或外延片作光敏器件的襯底（10）材料;

2.按常規(guī)平面工藝氧化硅片，氧化層（14）厚6000以上;

3.光刻彼此隔離的受光PN結(jié)（11）區(qū)和輸出器件區(qū)（13），隔離區(qū)（12）寬度為7-15cm;

4.硼擴散形成受光PN結(jié)（11）和輸出器件區(qū)（13），其摻雜濃度為5×10¹⁷-10¹⁹cm^-3，結(jié)深3-4μm;

5.根據(jù)需要，在輸出器件區(qū)（13）制作二極管、三極管或達林頓晶體管，便能得到多種光敏器件。

利用本發(fā)明不僅能夠提高硅光敏器件的電參數(shù)和成品率，還可以制作暗電流小和擊穿電壓高的大面積光敏器件，從而推進硅光敏器件的制造技術，提高它們的探測率和擴大它們的應用范圍。

圖1A是說明受光PN結(jié)間接耦合光敏器件原理的俯視圖。圖1B是1A沿1-1線的剖視圖。10是N型襯底，11是受光PN結(jié)，12是隔離區(qū)，13是輸出器件區(qū)，14是氧化層，15是受光PN結(jié)的光電流，16是受光PN結(jié)的注入電流，17是受光PN結(jié)的P區(qū)。

圖2A是間接耦合光敏二極管管芯的俯視圖，圖2B是圖2A沿2-2線的剖視圖。20是N型襯底，21是受光PN結(jié)，22是隔離區(qū)，23是二極管P型區(qū)，24是氧化層，25是P型區(qū)鋁電極。

圖3A是間接耦合光敏二極管管芯的俯視圖，圖3B是圖3A沿3-3線的剖視圖。30是N型襯底，31是受光PN結(jié)，32是隔離區(qū)，33是三極管基區(qū)，34是氧化層，35是三極管發(fā)射區(qū)鋁電極，36是三極管發(fā)射區(qū)。