叉指狀紫外增強型選擇性矽光電二極體及其製作方法
2023-08-06 09:37:46 1
專利名稱：叉指狀紫外增強型選擇性矽光電二極體及其製作方法
技術領域：
本發明涉及一種光電二極體，特別涉及一種叉指狀紫外增強型選擇性矽光電二極體及其製作方法。
背景技術：
經過十來年的研究，紫外光電二極體在響應度、量子效率、集成度等方面的性能取得了明顯的改善。其中最主要的三種是光電發射紫外光電二極體、寬能帶間隙半導體紫外光電二極體和p-n結型紫外光電二極體。光電發射紫外光電二極體價格昂貴，體積大而且容易碎，它們易疲勞和老化，使得它們的靈敏度降低，它們要避免高密度的輻射，儲存時需放在陰暗處，而且需要外加很高的反偏電壓，這些缺點使它們的應用受到了限制。寬能帶間隙半導體，如SiC，GaN, GaP, AlN, ZnS和鑽石等，這些材料很難用於工藝過程，晶體質量也不如Si，價格昂貴，不穩定，並且不能與微電子工藝兼容。這些缺陷限制了它們的發展。p-n結型紫外光電二極體目前主要包括條紋狀光電二極體和紫外增強型光電二極體，由於這種光電二極體體積小，工藝過程簡單，並且能與微電子工藝兼容，成為了目前光電二極體發展的主流。但由於P-n結型紫外光電二極體起步不久，目前提出的條紋狀光電二極體和紫外增強型光電二極體在響應度和量子效率方面的性能還不夠，影響了紫外探測器的性能。
發明內容
為了解決現有光電二極體存在的上述技術問題，本發明提供了一種高響應度、高選擇性的叉指狀紫外增強型選擇性矽光電二極體及其製作方法。本發明解決上述技術問題的技術方案是包括P型襯底，P型襯底上設有η阱，其特徵在於η阱上的感光窗口為叉指狀結構，叉指狀結構的摻雜類型為η型和P型相間。上述的高速增強型紫外矽選擇性雪崩光電二極體中，所述感光窗口為多個叉指狀結構的陣列排布。一種高速增強型紫外矽選擇性雪崩光電二極體的製作方法，包括以下步驟
1)在P型矽襯底上注入一層η阱；
2)P型矽襯底上注入兩個P+摻雜區；
3)在η阱邊緣注入兩個N+摻雜區；
4)在η阱上用叉指狀掩膜版作為光刻掩膜版，光刻出叉指狀窗口，進行硼離子注入， 退火，激活硼離子，形成叉指狀P+陽極；
5)在叉指狀P+陽極周圍注入硼離子，形成ρ阱；
6)在器件的上表面生長一層氧化層；
7)用叉指狀掩膜版作為光刻掩膜版，光刻掉P+陽極上的氧化層；8)通過蒸發鍍鋁膜的方法在器件表面生成一層鋁層；
9)用叉指狀掩膜版作為光刻掩膜版，光刻掉P+陽極上的鋁層，得到鋁電極。上述高速增強型紫外矽選擇性雪崩光電二極體的製作方法中，所述步驟4)中用叉指狀掩膜版製作多個叉指狀結構的陣列排布，並形成形成叉指狀P+陽極的陣列排布。本發明的技術效果在於1)本發明採用叉指結構的陣列排布，光電二極體的耗盡層面積增加，紫外光的吸收係數得到提高，響應度和量子效率得到改善。2)本發明中的叉指結構相鄰P+摻雜區之間的距離較小，減小了載流子的擴散時間，提高了響應速度。下面結合圖對本發明作進一步的說明。
附圖1為本發明中叉指狀結構的外觀形狀。
附圖2為本發明中單個叉指狀結構的剖視圖。
附圖3為本發明中叉指狀結構的陣列排布。
附圖4為本發明中製備η阱的結構圖。
附圖5為本發明中P襯底上製備P+陽極的結構圖。
附圖6為本發明中η阱上製備N+陰極的結構圖。
附圖7為本發明中η阱上製備P+陽極的結構圖。
具體實施例方式參見圖1，圖1為本發明感光區中單個叉指狀結構P+陽極結構圖，圖1中的感光區由相互交叉排列的P+摻雜區101，102，103，104，105和η阱106構成，本圖中叉指狀結構 P+陽極所包含的叉指數可以包括更多或更少的叉指數。參見圖2，圖2為實現叉指結構感光區紫外增強和選擇的內部摻雜情況和濃度分布。其特徵在於在P襯底201內注入η阱106和注入兩個P+摻雜區202，203，其中η阱106 與圖1中η阱106相對應；在η阱106內注入兩個N+摻雜區204和205以及五個P+摻雜區 101，102，103，104，105，其中P+摻雜區101對應圖1中P+摻雜區101，Ρ+摻雜區102對應圖 1中P+摻雜區102，P+摻雜區103對應圖1中P+摻雜區103，P+摻雜區104對應圖1中P+摻雜區104，P+摻雜區105對應圖1中P+摻雜區105，形成五個條形狀ρη結；P+摻雜區101， 102，103，104，105周圍注入P阱206，結構的表面生長了一層氧化層207。叉指狀結構208 由101，102，103，104，105五個P+摻雜區構成，光載流子產生後在P+區101，102，103，104， 105與η阱區106接觸面形成的ρη結處分離，η阱區106中的N+區204和205收集電子， P+區101，102，103，104，105收集空穴，空穴通過P+區101，102，103，104，105上的電極讀出， 電子通過N+區204，205上的電極讀出，η阱106和ρ襯底201之間形成的ρη結促進了紫外波長以外的光生載流子的再組合，P襯底上的電壓通過P+區202，203上的電極加入。圖2中虛線框內結構為圖1叉指狀P+陽極的剖視圖，虛線框內P+陽極的數目由圖 1中叉指狀P+陽極的數量決定。整個器件的剖視圖與圖2的區別僅在於虛線框內P+陽極數量的區別，整個器件為叉指狀P+陽極結構的陣列分布，當圖2作為整個器件的剖視圖時， 只需要根據叉指狀結構重複的數量改變虛線框內的P+陽極數的數量即可，如，當整個器件為6*6個叉指狀P+陽極的陣列時，則只需要將虛線框內的P+陽極數改變成30即可。參見圖3，圖3是多個叉指狀結構的陣列排布，叉指狀P+陽極結構陣列的數目不以圖中的數量為準，可以更多或更少。本發明中包含單個叉指狀結構的光電二極體製作步驟如下
1.襯底選取。本發明中選取的矽襯底為P型摻雜，濃度為lel4/cm3，厚度為2um。P襯底受離子注入的損傷。光刻出η阱所在的窗口 209，如圖4所示。進行磷離子注入，退火，激活磷離子，形成η阱，厚度為lum，濃度為lel6/cm3。3. P襯底上P+陽極的製備。光刻出P+所在窗口 210後進行硼離子注入，形成厚 0. 14 lum，濃度為lel9/cm3的P+摻雜區202和203。如圖5所示。4. η阱上N+陰極的製備。光刻出N+所在窗口 211後進行磷離子注入，形成厚 0. 14um，濃度為lel9/cm3的N+摻雜區204和205。如圖6所示。5. η阱上叉指狀陽極的製備。用叉指狀掩膜版作為光刻掩膜版，光刻出叉指狀P+陽極101，102，103，104，105所在窗口 212，進行硼離子注入，形成厚0. Hum，濃度為lel9/cm3 的 P+摻雜區 101，102，103，104，105，分別對應圖 1 中的 P+ 陽極 101，102，103，104 和 105。 如圖7所示。叉指狀掩膜版可以見圖1，101，102，103，104和105為掩膜版的通光部分，106 為掩膜版的遮光部分。6.電極製備。通過蒸發鍍Al膜的方法在器件表面生成一層薄鋁層，再通過光刻光刻出鋁電極。當需要製作含有多個叉指狀結構的陣列排布的光電二極體時，只需光刻時採用多塊叉指狀掩膜版，並採用相同的工藝製作叉指狀陽極陣列。
權利要求
1.一種高速增強型紫外矽選擇性雪崩光電二極體，包括P型襯底，P型襯底上設有η 阱，其特徵在於η阱上的感光窗口為叉指狀結構，叉指狀結構的摻雜類型為η型和P型相間。
2.根據權利1所述的高速增強型紫外矽選擇性雪崩光電二極體，其特徵在於所述感光窗口為多個叉指狀結構的陣列排布。
3.一種高速增強型紫外矽選擇性雪崩光電二極體的製作方法，包括以下步驟1)在P型矽襯底上注入一層η阱；2)P型矽襯底上注入兩個P+摻雜區；3)在η阱內靠近P型襯底上的P+摻雜區注入兩個N+摻雜區；4)在η阱上用叉指狀掩膜版作為光刻掩膜版，光刻出叉指狀窗口，進行硼離子注入， 退火，激活硼離子，形成叉指狀P+陽極；5)在叉指狀P+陽極周圍注入硼離子，形成ρ阱；6)在器件的上表面生長一層氧化層；7)用叉指狀掩膜版作為光刻掩膜版，光刻掉P+陽極上的氧化層；8)通過蒸發鍍鋁膜的方法在器件表面生成一層鋁層；9)用叉指狀掩膜版作為光刻掩膜版，光刻掉P+陽極上的鋁層，得到鋁電極。
4.根據權利要求3或4所述高速增強型紫外矽選擇性雪崩光電二極體的製作方法，所述步驟4)中用叉指狀掩膜版製作多個叉指狀結構的陣列排布，並形成叉指狀P+陽極的陣列排布。
全文摘要
本發明公開了一種叉指狀紫外增強型選擇性矽光電二極體及其製作方法。所述的光電二極體包括P型襯底，P型襯底上設有n阱，n阱上的感光窗口為叉指狀或叉指狀結構的陣列排布，叉指結構的摻雜類型為n型和p型相間。本發明採用叉指結構的陣列排布，光電二極體的耗盡層面積增加，紫外光的吸收係數得到提高，大大提高了紫外矽選擇性光電二極體在響應度和量子效率方面的性能，在紫外探測器中有廣泛的應用前景。
文檔編號H01L31/0352GK102157600SQ201110078978
公開日2011年8月17日 申請日期2011年3月31日 優先權日2011年3月31日
發明者趙永嘉, 金湘亮 申請人:湘潭大學