CN104956484A - 具有电荷吸收掺杂区域的光电二极管阵列 - Google Patents
具有电荷吸收掺杂区域的光电二极管阵列 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104956484A CN104956484A CN201480006270.1A CN201480006270A CN104956484A CN 104956484 A CN104956484 A CN 104956484A CN 201480006270 A CN201480006270 A CN 201480006270A CN 104956484 A CN104956484 A CN 104956484A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- doped region
- photodiode
- array
- aforementioned
- array according
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N Indium phosphide Chemical compound [In]#P GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 27
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 9
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims description 14
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 10
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 4
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 11
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 5
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 5
- 230000015654 memory Effects 0.000 description 5
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 4
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 3
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 3
- 244000045947 parasite Species 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 230000005574 cross-species transmission Effects 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 230000004297 night vision Effects 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 2
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000000177 Indigofera tinctoria Nutrition 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 229940097275 indigo Drugs 0.000 description 1
- COHYTHOBJLSHDF-UHFFFAOYSA-N indigo powder Natural products N1C2=CC=CC=C2C(=O)C1=C1C(=O)C2=CC=CC=C2N1 COHYTHOBJLSHDF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000037361 pathway Effects 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000006862 quantum yield reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001454 recorded image Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
- 238000007811 spectroscopic assay Methods 0.000 description 1
- GOLXNESZZPUPJE-UHFFFAOYSA-N spiromesifen Chemical compound CC1=CC(C)=CC(C)=C1C(C(O1)=O)=C(OC(=O)CC(C)(C)C)C11CCCC1 GOLXNESZZPUPJE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N tellanylidenegermanium Chemical compound [Te]=[Ge] JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
- H01L27/14649—Infrared imagers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
- H01L27/1461—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements characterised by the photosensitive area
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
- H01L27/14694—The active layers comprising only AIIIBV compounds, e.g. GaAs, InP
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
- H01L31/0264—Inorganic materials
- H01L31/0304—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
- H01L31/03046—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds including ternary or quaternary compounds, e.g. GaAlAs, InGaAs, InGaAsP
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
- H01L31/109—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PN heterojunction type
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/184—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIIBV compounds, e.g. GaAs, InP
- H01L31/1844—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIIBV compounds, e.g. GaAs, InP comprising ternary or quaternary compounds, e.g. Ga Al As, In Ga As P
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Abstract
本发明涉及光电二极管阵列，以及用于制造光电二极管阵列的方法，所述光电二级管阵列包括-阴极，所述阴极包括至少一个由磷化铟族的材料制备的衬底层(4)和一个由镓铟砷族的材料制备的有源层(5)，并且所述阵列特征在于所述阵列进一步包括至少两种相同类型的至少部分地在有源层(5)中形成的掺杂区域：-第一掺杂区域(3)，其与阴极一起形成用于图像的形成的光电二极管；-至少一个第二掺杂区域(8)，其吸收过量电荷载流子从而将过量电荷载流子排出。
Description
技术领域
本发明涉及光电二极管阵列，并且更特别地涉及包含铟镓砷(InGaAs)和磷化铟(InP)层的光电二极管阵列，本发明还涉及该光电二极管阵列的制造方法。
背景技术
用于制造具有窄带隙的半导体材料光电二极管阵列(通常用于红外光检测)的方法中的一种方法为，在两个具有宽带隙的半导体材料之间插入具有窄带隙的有源检测层。两层宽带隙半导体提供有效的保护/钝化，同时对于旨在通过光电二极管检测的辐射波长是透明的。
另外，通过适当地掺杂，在有源层和两个保护/钝化层之间的异质结将光电荷限制在有源检测层中，并提高了这样构造的光电二极管的量子产率。
InGaAs光电二极管为这种物理结构的典型示例。由InGaAs材料形成的有源检测层能够具有根据InGaAs材料的铟和镓的组分而可调节的带隙，这对于在约1.4μm到3μm的SWIR带(短波红外)中工作是非常理想的。
磷化铟和铟镓砷具有相同的面心立方晶体结构。最常使用的组分为In0.53Ga0.47As。这时，晶格的尺寸与InP衬底的晶格尺寸(特别是晶格常数)是相近的。这样的晶体匹配性允许优良品质的有源InGaAs层在InP衬底上的外延生长。In0.53Ga0.47As的带隙为约0.73eV，在SWIR带能够检测最高至1.68μm的波长。其在例如光谱测定、夜视和废旧塑料分类等领域受到了越来越多的关注。
两层保护/钝化层通常由InP形成。更特别地，由于In0.53Ga0.47As组分具有与InP相同的晶格尺寸，这允许在室温下和高于室温时得到非常低的暗电流。
图1示出了光电二极管阵列1的物理结构。由InGaAs组成的有源层5夹在两层InP层之间。底层事实上形成衬底4，在其上InGaAs层通过复杂的MO-CVD外延形成。然后该InGaAs层通过同样经由外延沉积的由InP组成的薄钝化层6而受到保护。一般而言，InP层是N型和硅掺杂的。有源InGaAs层5可以进行轻度N型掺杂或者其可以保持为准本征的。因而该两个底/顶InP层和InGaAs有源层5形成了在该阵列中的光电二极管的共同的阴极。
通过锌(Zn)的局部扩散而形成了单独的阳极3。掺杂剂Zn穿过薄InP钝化层6并且进入有源InGaAs层5。
图2示出了由以倒装芯片模式连接至读出电路2的InGaAs光电二极管阵列1形成的InGaAs图像传感器。在InGaAs传感器阵列中，光电二极管阵列连接至通常由硅形成的读出电路，从而读取由这些InGaAs光电二极管产生的光电信号。如图2所示，通常经由铟珠8来使用倒装芯片技术获得这种互相连接。SWIR辐射9通过在该光带为透明的磷化铟衬底4而到达光电二极管阵列。
在检测器以积累模式工作的情况下，获得了与流和曝光时间的积成比例的输出信号。然而，该输出信号受到检测器的最大积累能力的限制。对于具有高对比度的场景，通常不能在获得对暗区域的良好呈现的同时保持亮区域不发生饱和。这对于夜视领域(InGaAs光电二极管的传感器阵列经常旨在用于该领域)来说，是更为严重的问题。
在文献EP1354360中提出了用于读取光电二极管的光电信号的另一种常规方式，而其原理示出在附图的图3中。文献EP1354360提出了光电二极管51作为太阳能电池工作，从而获得根据入射光辐射59的强度的对数响应。
利用这种工作模式，光电二极管51不接受任何外部偏置，而通过在其结处产生的光电荷而正向偏置。而在光电二极管上观测到的正向偏压与入射光流的对数成正比。
这种对数响应使得无需任何电学调整和光学调整而能够覆盖大于120dB的动态操作范围，这对于在自然外部环境中使用InGaAs SWIR传感器来说是必要的。文献EP1354360还提出将转换读出电路55与光电二极管相结合。
图3所示出的图像传感器的使用的原理如下所述：
a)激活选择信号SEL，从而通过闭合开关54而选择所需光电二极管51。一旦选择了该光电二极管，则第一读出信号RD1激活，其将闭合对应的控制开关，以用于将第一读出的电压存储在存储器56中。该第一读出记录了图像和固定图形噪声两者；
b)然后激活复位信号RSI，其将导致开关53闭合。光电二极管因而短路，从而在绝对黑暗中模拟参考图像；
c)然后禁用第一读出信号RD1以再次关断相应的开关，而激活第二读出信号RD2以将第二读出的电压记录在存储元件57中。以这种方式而存储了单独的固定图形噪声；
d)通过差分放大器58而计算分别包含在存储元件56和存储元件57的两个存储结果之间的差值。于是该放大器58的输出信号对应于没有固定图形噪声的图像。
借助于第二读出，产生了对应于黑暗环境的零点电压。该电子黑暗信号能够删除在检测器阵列的读出链中的信号偏移。
由EP1354360提出的原理应用在InGaAs传感器中并完美地工作。然而，在白天的场景中会观察到高光溢出(blooming)现象。该现象可以简单地描述为图像中空间分辨率的损失。而检测器仍然按对数规律维持对光的变化的敏感。
法国专利申请No 1156290提出通过在每个光电二极管周围进行蚀刻而获得电绝缘。利用这种方式能够获得对这种高光溢出现象的有效抑制，而其代价为由于该蚀刻生成的缺陷所引起的在光电二极管中的非常强的暗电流。这种方式的另一个问题是这样的事实，即在制造工艺中蚀刻的步骤和光电二极管阳极扩散的步骤是两个分开的步骤，需要不同的掩模。而掩模对准误差会在阵列的光电二极管之间生成额外的不均匀。
发明内容
本发明提出另一种简单且有效地克服在InGaAs光电二极管阵列中的这种高光溢出现象的解决方案。由本发明提出的解决方案还使积累模式的常规检测器的图像质量能够得到提升。
为了这个目的，提供了这样的光电二极管阵列，其包括：
-阴极，其包括至少一个来自磷化铟族的材料的衬底层，以及来自铟镓砷族的材料的有源层；以及
-至少部分地在有源层中形成的至少两种相同类型的掺杂区域：
-第一掺杂区域，其与阴极一起形成用于图像的形成的光电二极管；
-至少一个第二掺杂区域，其吸收过量电荷载流子，以用于将电荷载流子排放。
本发明的光电二极管阵列有益地通过单独地采用下述特征或者采用下述特征的任何技术上可能的组合而完成：
-偏置装置将所述第二掺杂区域维持等于或低于第一掺杂区域的最低电势的电势；
-根据在光电二极管阵列上的光照水平而调节第二掺杂区域的电势；
-第一掺杂区域和第二掺杂区域在相同的深度具有相同的掺杂水平；
-第二掺杂区域位于至少一些第一掺杂区域之间；
-第二掺杂区域单独地围绕一些第一掺杂区域；
-第二掺杂区域在一些第一掺杂区域之间形成网格图形；
-多个第二掺杂区域互相平行地分布，并且与一些第一掺杂区域穿插设置；
-第二掺杂区域以足够的距离与第一掺杂区域分隔开，使得分别与第二掺杂区域和第一掺杂区域相关联的空间电荷区分隔开；
-在所述阵列的表面上的金属栅极连接第二掺杂区域或多个第二掺杂区域的不同的点，从而使第二掺杂区域的电势均匀化。
本发明还涉及包含根据第一方面的光电二极管阵列的图像传感器。优选地，读出电路为对数电路。
还提出了一种用于制造光电二极管阵列的方法，所述阵列包括：
-阴极，其包括至少一个来自磷化铟族的材料的衬底层，以及来自铟镓砷族的材料的有源层；
-至少部分地在有源层中形成的至少两种相同类型的掺杂区域：
-第一掺杂区域，其与阴极一起形成用于图像的形成的光电二极管；
-至少一个第二掺杂区域，其吸收由光电二极管发射的电荷载流子；
所述方法的特征在于，在同一选择掺杂步骤中形成第一掺杂区域和所述至少一个第二掺杂区域。
附图说明
通过阅读以下具体描述，本发明的其它方面、目标和优点将会变得明显。通过参考以非限制性示例给出的与附图相结合而进行考虑的以下描述，本发明还可以得到更好的理解，并且其中：
-图1已在上文进行评论，其为示出现有技术的InGaAs光电二极管阵列的结构的示意图；
-图2已在上文进行评论，其示出了由InGaAs光电二极管阵列所形成的InGaAs图像传感器，所述InGaAs光电二极管阵列在硅衬底上经由倒装芯片连接至读出电路；
-图3已在上文进行评论，其是具有太阳能电池模式的光电二极管的对数传感器的原理的流程图；
-图4示出了在现有技术的光电二极管阵列中的不同的结；
-图5是根据本发明的光电二极管阵列的截面视图，其中示出了不同的结；
-图6至图8是本发明的不同实施方案的俯视图；
-图9是示出了根据本发明的方法的步骤的流程图。
具体实施方式
在如图1所示的现有技术的结构中，能够查知每个光电二极管包含数个PN结，这些PN结中的一个为所需的，而这些PN结中的一定数量的结为寄生的。这些PN结示出在图4中。在阳极3和有源层5之间的PN结31为所需的，并且形成光电二极管阵列的二极管。
在阳极3和钝化层6之间的寄生横向PN结32经由钝化层而在相邻光电二极管之间形成了可能的电通路。
常规的读出电路通过在光电二极管上施加反向偏置而将在光电二极管中的反向电流积累在电容器中。以这样的配置，在光电二极管中的寄生横向结32也在同时反向偏置，这具有在积累电容器中增加额外的寄生电流的影响。该寄生电流使图像质量变差，但是实际上没有在相邻光电二极管之间产生串扰。这些寄生电流能够通过对从读出电路输出的原始图像进行复杂的处理而得到部分补偿。
当光电二极管以太阳能电池模式工作时，结通过入射光而正向偏置。在这种情况下，寄生横向结32也正向偏置，并在相邻光电二极管之间形成电流通路。入射光强度越增大，该正向偏置变得越大，从而生成使传感器的空间分辨率严重变差的高光溢出效应。
本发明提出一种结构，其能够降低在InGaAs光电二极管阵列中的横向导电性。根据本发明而制造的光电二极管阵列能够以文献EP1354360所述的太阳能电池模式工作，且即便在存在非常强的光强度的情况下也没有任何空间分辨率损失。这种阵列还使用积累模式的常规读出电路(例如由Indigo/FLIR在美国销售的不同的读出电路CMOS ISC9705和ISC9809)提供了改进的图像质量。ISC9705电路将光电二极管的光电电流直接在电容器上(直接注入模式)积累，而ISC9809电路经由运算放大器(CTIA模式)而将光电电流积累。CTIA模式使得电荷-电压转换能够有更高的增益，这增强了检测敏感性。
参考图5至图9，光电二极管阵列包括阴极，所述阴极包括至少一个衬底层4和有源层5，衬底层为来自磷化铟族的材料，有源层为来自铟镓砷族的材料。
钝化层6(例如为来自磷化铟族的材料)设置在铟镓砷的有源层5之上。
来自磷化铟族的材料意指主要由(甚至仅仅由)磷化铟以及可选的更少量的其他组分(例如掺杂剂)组成的半导体材料。因此该材料将由其主组分(即磷化铟或InP)指称。
类似地，来自铟镓砷族的材料意指主要由(甚至仅仅由)铟镓砷以及可选的更少量的其他组分(例如掺杂剂)组成的半导体材料。因此该材料将由其主组分(即铟镓砷或InGaAs)指称。
光电二极管阵列进一步包括至少部分地在有源层5中形成的至少两种相同类型的掺杂区域：
-第一掺杂区域3，其与阴极一起形成用于图像的形成的光电二极管；
-至少一个第二掺杂区域8，其吸收过量电荷载流子，以用于排放过量电荷载流子。
可以设置多个第二掺杂区域8从而吸收过量电荷载流子，以用于从光电二极管阵列排放过量电荷载流子。
该两种掺杂区域因此具有相同的类型，即N型或P型。为了简化的目的，在这里示出的案例中，两种掺杂区域为P型。优选地，第一掺杂区域3和第二掺杂区域8在相同深度具有相同的掺杂水平。
因此InP层是N型，例如硅掺杂的N型。InGaAs有源层5可以进行轻度N型掺杂或者其可以保持为准本征的。因而，两个下/上InP层和有源InGaAs层5形成在该阵列中的光电二极管的共同的阴极。
第一掺杂区域3形成多个阳极，所述阳极至少部分地在有源层5中形成，在阳极和阴极之间的配合形成了光电二极管。
将光电二极管连接至与在图3中示出的读出电路类似的读出电路，而光电二极管所显示的电势Vpd1和Vpd2通过这些读出电路而被读取，从而确定图像，所述电势特别地是根据光电二级管所接受的曝光以及在曝光之前的光电二极管的偏置的。
偏置装置将第二掺杂区域8的电势Vring维持为等于或低于第一掺杂区域3的电势Vpd1和Vpd2的最低电势，使得Vring≤min(Vpd1,Vpd2)。优选地，第二掺杂区域8的电势被选择为在低于第一掺杂区域3的电势Vpd1和Vpd2的最低电势，使得Vring<min(Vpd1,Vpd2)。
典型地，这些装置是以将第二掺杂区域8连接至电源的电连接的形式实现的，电势Vring经由所述电源施加并且通过第二掺杂区域8吸收的过量电荷经由所述电源被排放。
优选地，根据在光电二极管阵列上的光照水平而调节第二掺杂区域8的电势。为了这个目的，可以规定为特别地借助于如图3所示的读出电路而测量在光电二极管阵列上的光照。该光照测量能够确定必须施加至第二掺杂区域8的电势。
还可以规定为，通过增加覆盖所述第二掺杂区域8的金属栅极而降低第二掺杂区域的电阻率，使得电势的施加和电荷的排出能够是均匀的。该金属栅极也可以用于将数个第二掺杂区域8连接在一起，从而充当用于施加电势Vring的连接装置。
第二掺杂区域8位于至少一些第一掺杂区域3之间，从而将所述至少一些第一掺杂区域3分隔开。图5给出了在第一掺杂区域3和一个或多个第二掺杂区域8之间的交替的截面视图。因此在该截面的方向上，第二掺杂区域8将形成光电二极管的阳极的第一掺杂区域3分隔开，从而吸收可能经由有源层5而从一个第一掺杂区域3运输至另一个第一掺杂区域的过量电荷。
图6是一个实施方案的俯视图，其中，使一些第一掺杂区域3各自至少部分地由与所述掺杂区域3类型相同(在此为N型)的掺杂区域8所围绕，掺杂区域8至少部分地形成在有源层5中，从而将由所述第一掺杂区域3形成的阳极的每个与所述阵列的其它阳极分隔开。
图7是一个实施方案的俯视图，其中，第二掺杂区域8在一些第一掺杂区域3之间形成网格图形，从而独立地围绕第一掺杂区域3。
优选地，为了降低制造的复杂度和互相连接的复杂度，单个掺杂区域8分布在光电二极管阵列的表面上。然而，如图8所示，能够选择为布置多个第二掺杂区域8，其中多个第二掺杂区域8互相平行地分布并且与第一掺杂区域3穿插设置。
在图6和图7示出的示例中，所有的阳极3由一个或多个第二掺杂区域8围绕。然而，尽管是优选的和一致的，但是这对于所有的待围绕的光电二极管来说并不是严格必须的。但是，为了在光电二极管之间获得显著降低的串扰，优选为大多数光电二极管被至少一个第二掺杂区域8围绕。
类似地，在图5和图6所示出的示例中，第一区域3完全由第二掺杂区域8围绕。然而，在第一掺杂区域3的周围的掺杂区域8可以具有开口，并且因此将只部分地围绕第一掺杂区域3。
可以是出于生产的考虑，但是也可以是出于优化光电二极管阵列的工作的目的，可以使一些第一掺杂区域3不由至少一个第二掺杂区域8完全包围。第二掺杂区域8关于电荷载流子而与光电二极管相竞争。为了限制该竞争，可以规定为使第二掺杂区域8不完全围绕阳极，但是仍然充分地围绕阳极以获得在光电二极管之间的串扰的显著降低。
第二掺杂区域8以足够的距离而与第一掺杂区域3相分隔，使得分别与第二掺杂区域8和第一掺杂区域3相关联的空间电荷区分隔开。因此，优选为第二掺杂区域8以至少0.5μm的距离远离其所围绕的阳极。
优选为第二掺杂区域8具有至少0.5μm的宽度(从上俯视)，使得光电二极管互相之间充分绝缘。掺杂区域8的宽度(从上俯视)因而可以延长至例如2μm，甚至达到5μm。
根据第二方面，本发明还涉及用于制造根据第一方面的光电二极管阵列的方法。参考图7，这种阵列可以通过以下步骤获得：
-在来自磷化铟族的材料的衬底4上外延生长(步骤S1)来自铟镓砷(InGaAs)族的材料的有源层5；然后
-在有源层5上外延生长(步骤S2)来自磷化铟(InP)族的材料的钝化层6；然后
-至少部分地在有源层5中在同一个选择掺杂步骤(步骤S3)中同时形成两种相同类型的掺杂区域：第一掺杂区域3，其与阴极一起形成用于图像的形成的光电二极管；以及至少一个第二掺杂区域8，以吸收由光电二极管发射的电荷载流子。
例如，当钝化层和有源层为N型时，第一掺杂区域3和所述至少一个第二掺杂区域8可以通过在钝化层6中和有源层5中进行作为P型掺杂剂的锌的选择扩散而形成。
第一掺杂区域3和至少一个第二掺杂区域8的同时形成允许使用同一掩模来用于掺杂剂的扩散。结果，制造方法维持为更简单，而且不存在任何各个注入掩模的不良对准的风险。第一掺杂区域3和第二掺杂区域因此关于掺杂浓度和掺杂深度具有相同的特性，从而便于经由施加的电势而对它们的工作进行控制。
Claims (12)
1.一种光电二极管阵列，包括：
-阴极，其包括至少一个来自磷化铟族的材料的衬底层(4)，以及来自铟镓砷族的材料的有源层(5)；并且
其特征在于，所述阵列进一步包括至少部分地在有源层(5)中形成的至少两种相同类型的掺杂区域：
-第一掺杂区域(3)，其与阴极一起形成用于图像的形成的光电二极管；
-至少一个第二掺杂区域(8)，其吸收过量电荷载流子，以用于将过量电荷载流子排放。
2.根据前述权利要求所述的阵列，其中，偏置装置将所述第二掺杂区域(8)维持在等于或低于第一掺杂区域(3)的最低电势(Vpd1，Vpd2)的电势(Vring)。
3.根据前述权利要求所述的阵列，其中，根据在光电二极管阵列上的光照程度而调节第二掺杂区域(8)的电势。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的阵列，其中，第一掺杂区域(3)和第二掺杂区域(8)在相同深度具有相同的掺杂水平。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的阵列，其中，第二掺杂区域(8)位于至少一些第一掺杂区域(3)之间。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的阵列，其中，第二掺杂区域(8)单独地围绕第一掺杂区域(3)。
7.根据前述权利要求中的任意项所述的阵列，其中，第二掺杂区域(8)在第一掺杂区域(3)之间形成网格图形。
8.根据权利要求1至5中的任一项所述的阵列，其中，多个第二掺杂区域(8)互相平行地分布，并且与第一掺杂区域(3)穿插设置。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的阵列，其中，第二掺杂区域(8)以足够的距离与第一掺杂区域(3)分隔开，使得分别与第二掺杂区域(8)和第一掺杂区域(3)相关联的空间电荷区分隔开。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的阵列，其中，在所述阵列的表面上金属栅极连接第二掺杂区域(8)的不同的点，从而使第二掺杂区域(8)的电势均匀化。
11.包含根据前述权利要求中的任一项所述的光电二极管阵列的图像传感器。
12.一种用于制造光电二极管阵列的方法，所述阵列包括：
-阴极，其包括至少一个来自磷化铟族的材料的衬底层(4)，以及来自铟镓砷族的材料的有源层(5)；
-至少部分地在有源层(5)中形成的至少两种相同类型的掺杂区域：
-第一掺杂区域(3)，其与阴极一起形成用于图像的形成的光电二极管，
-至少一个第二掺杂区域(8)，其吸收由光电二极管发射的电荷载流子，
其特征在于，在同一选择掺杂步骤(S3)中形成第一掺杂区域(3)和所述至少一个第二掺杂区域(8)。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1350830 | 2013-01-31 | ||
| FR1350830A FR3001578B1 (fr) | 2013-01-31 | 2013-01-31 | Matrice de photodiode a zone dopee absorbant les charges |
| PCT/EP2014/051866 WO2014118308A1 (fr) | 2013-01-31 | 2014-01-31 | Matrice de photodiode a zone dopee absorbant les charges |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104956484A true CN104956484A (zh) | 2015-09-30 |
| CN104956484B CN104956484B (zh) | 2018-09-28 |
Family
ID=48652216
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201480006270.1A Active CN104956484B (zh) | 2013-01-31 | 2014-01-31 | 具有电荷吸收掺杂区域的光电二极管阵列 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10068942B2 (zh) |
| JP (1) | JP2016513362A (zh) |
| CN (1) | CN104956484B (zh) |
| DE (1) | DE112014000624T5 (zh) |
| FR (1) | FR3001578B1 (zh) |
| IL (1) | IL239966B (zh) |
| WO (1) | WO2014118308A1 (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105655364A (zh) * | 2015-12-28 | 2016-06-08 | 上海奕瑞光电子科技有限公司 | 一种基于行间重叠的电荷补偿方法 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9735188B2 (en) | 2015-01-15 | 2017-08-15 | Hoon Kim | Image sensor with solar cell function |
| US10297708B1 (en) | 2018-01-25 | 2019-05-21 | The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Air Force | Surface passivation for PhotoDetector applications |
| DE102020001839B3 (de) | 2020-03-20 | 2021-09-23 | Azur Space Solar Power Gmbh | lll-V-Halbleiterpixel-Röntgendetektor |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4992386A (en) * | 1988-12-14 | 1991-02-12 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method of manufacturing a semiconductor light detector |
| FR2819941A1 (fr) * | 2001-01-25 | 2002-07-26 | Get Int | Element photoelectrique a tres grande dynamique de fonctionnement |
| CN1386305A (zh) * | 2000-07-18 | 2002-12-18 | 日本板硝子株式会社 | 受光元件阵列 |
| US20090001412A1 (en) * | 2007-06-28 | 2009-01-01 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Photodetector and production method thereof |
| US20090045395A1 (en) * | 2007-08-17 | 2009-02-19 | Kim Jin K | Strained-Layer Superlattice Focal Plane Array Having a Planar Structure |
| WO2013007753A1 (fr) * | 2011-07-11 | 2013-01-17 | New Imaging Technologies | Matrice de photodiodes ingaas |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR1156290A (fr) | 1956-07-04 | 1958-05-14 | Ontwerp & Exploitatiebureau Sh | Perfectionnements apportés aux systèmes de canaux de ventilation pour un bâtiment, par exemple un immeuble avec appartements |
| JP3436009B2 (ja) * | 1996-07-31 | 2003-08-11 | 住友電気工業株式会社 | 光半導体素子 |
| JP2004153671A (ja) * | 2002-10-31 | 2004-05-27 | Sharp Corp | 固体撮像装置 |
| US8441091B2 (en) * | 2010-12-09 | 2013-05-14 | General Electric Company | Photosensor assembly and method for providing a photosensor assembly |
-
2013
- 2013-01-31 FR FR1350830A patent/FR3001578B1/fr active Active
-
2014
- 2014-01-31 US US14/764,713 patent/US10068942B2/en active Active
- 2014-01-31 CN CN201480006270.1A patent/CN104956484B/zh active Active
- 2014-01-31 WO PCT/EP2014/051866 patent/WO2014118308A1/fr active Application Filing
- 2014-01-31 DE DE112014000624.6T patent/DE112014000624T5/de not_active Withdrawn
- 2014-01-31 JP JP2015555712A patent/JP2016513362A/ja active Pending
-
2015
- 2015-07-16 IL IL239966A patent/IL239966B/en active IP Right Grant
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4992386A (en) * | 1988-12-14 | 1991-02-12 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method of manufacturing a semiconductor light detector |
| CN1386305A (zh) * | 2000-07-18 | 2002-12-18 | 日本板硝子株式会社 | 受光元件阵列 |
| FR2819941A1 (fr) * | 2001-01-25 | 2002-07-26 | Get Int | Element photoelectrique a tres grande dynamique de fonctionnement |
| US20090001412A1 (en) * | 2007-06-28 | 2009-01-01 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Photodetector and production method thereof |
| US20090045395A1 (en) * | 2007-08-17 | 2009-02-19 | Kim Jin K | Strained-Layer Superlattice Focal Plane Array Having a Planar Structure |
| WO2013007753A1 (fr) * | 2011-07-11 | 2013-01-17 | New Imaging Technologies | Matrice de photodiodes ingaas |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105655364A (zh) * | 2015-12-28 | 2016-06-08 | 上海奕瑞光电子科技有限公司 | 一种基于行间重叠的电荷补偿方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE112014000624T5 (de) | 2015-11-05 |
| FR3001578B1 (fr) | 2015-04-03 |
| US20150372047A1 (en) | 2015-12-24 |
| FR3001578A1 (fr) | 2014-08-01 |
| CN104956484B (zh) | 2018-09-28 |
| US10068942B2 (en) | 2018-09-04 |
| IL239966B (en) | 2020-08-31 |
| WO2014118308A1 (fr) | 2014-08-07 |
| JP2016513362A (ja) | 2016-05-12 |
| IL239966A0 (en) | 2015-08-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9541450B2 (en) | Radiation detector having a bandgap engineered absorber | |
| US7217982B2 (en) | Photodiode having voltage tunable spectral response | |
| US6169318B1 (en) | CMOS imager with improved sensitivity | |
| US9018727B2 (en) | InGaAs photodiode array | |
| Klipstein et al. | Low SWaP MWIR detector based on XBn focal plane array | |
| US10153313B2 (en) | Unit pixel for image sensor comprising contact pad connected to light receiving portion | |
| US20110101483A1 (en) | Two colour photon detector | |
| CN104956484A (zh) | 具有电荷吸收掺杂区域的光电二极管阵列 | |
| TWI413246B (zh) | 在一互補式金氧半導體像素中之半島形傳送閘 | |
| US7968963B2 (en) | Photodiode array and image pickup device using the same | |
| Wollrab et al. | Planar n-on-p HgCdTe FPAs for LWIR and VLWIR Applications | |
| Bajaj et al. | Comparison of type-II superlattice and HgCdTe infrared detector technologies | |
| JP2013258328A (ja) | 受光素子および光学装置 | |
| US20170309663A1 (en) | Photodetection device with overdoped interdiode network and manufacturing method | |
| US7820971B2 (en) | Photodetector with dark current reduction | |
| Tribolet et al. | Advanced HgCdTe technologies and dual-band developments | |
| Baier et al. | Very long wavelength infrared detection with p-on-n LPE HgCdTe | |
| US9728577B2 (en) | Infrared image sensor | |
| JP2009283603A (ja) | 検出装置、受光素子アレイおよびその製造方法 | |
| Malm et al. | Recent developments in type-II superlattice detectors at IRnova AB | |
| Stobie et al. | VLIWR HgCdTe staring focal plane array development | |
| US9716123B2 (en) | Photodiode arrays | |
| CN103703573B (zh) | Ingaas光电二极管阵列 | |
| WO2023069916A1 (en) | Buried photodetector with hetero structure as a gate | |
| JP2020155513A (ja) | 赤外線センサおよび光検出方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |