CN110880540A - 检光二极管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种检光二极管，包括：一基板，该基板的侧面为一呈斜面的入光面；以及一外延层，设置于该基板的上方。本发明还同时提出一种检光二极管的制造方法，包括：提供一基板；形成一外延层于该基板上；以及使该基板侧边形成一呈斜面的入光面。本发明另提出一种检光二极管的制造方法，包括：提供一基板；形成一蚀刻停止层于该基板上；形成一外延层于该蚀刻停止层上；以及以一药剂蚀刻该基板侧边以形成一呈斜面的入光面。因此，本发明的检光二极管在侧面耦光时具有优良的响应度。
Description
技术领域
本发明涉及一种检光二极管及其制造方法，尤其涉及一种可增加侧面收光的响应度的检光二极管及其制造方法。
背景技术
检光二极管(Photodiode)是一种将光信号转变为电信号的半导体元件，常见应用有太阳能电池、电荷耦合元件(CCD)等。常见的检光二极管有PN型、PIN型、雪崩型(Avalanche)等型式。
以PN型的检光二极管为例，其工作原理是将一PN接面施以一反向偏压以及内建一电场，当光照射在PN接面的空乏区，则光子中的能量可给予一受束缚的电子，使其克服能隙(energy gap)，从价带(valence band)跃升至传导带(conduction band)。电子进入传导带之后，价带中则产生空穴，形成一组电子空穴对，电子空穴受到电场的驱动便产生光电流，并可在外接电路与负载上输出电压，完成了光信号转换成电信号的过程。
然而，现有的检光二极管多为正面耦光及背面耦光，而虽有部分检光二极管可从侧面耦光，仍有收光面积小造成响应度不足的缺点，因此作为光感测器时，未能有效转换来自侧面的光线。
发明内容
因此，有必要提出一种发明以改善上述问题。
本发明为解决现有技术的问题所采用的技术手段为提供一种检光二极管，包括：一基板，该基板的侧面为一呈斜面的入光面；以及一外延层，设置于该基板的上方。
在本发明的检光二极管的一实施例中，其中该入光面与该基板的法线的夹角为25度至75度。
在本发明的检光二极管的一实施例中，其中该入光面与该基板的法线的夹角为30度至60度。
在本发明的检光二极管的一实施例中，其中该入光面与该基板的法线的夹角为45度。
在本发明的检光二极管的一实施例中，还包括一蚀刻停止层，该蚀刻停止层设置于该基板及该外延层之间。
在本发明的检光二极管的一实施例中，还包括一抗反射层，设置于该外延层上方，且该抗反射层为金属合金。
在本发明的检光二极管的一实施例中，其中该金属合金包括Ti、Pt、Au及AuGeNi。
本发明还提供一种检光二极管的制造方法，包括：提供一基板；形成一外延层于该基板上；以及使该基板侧边形成一呈斜面的入光面。
在上述制造方法的一实施例中，其中形成该呈斜面的入光面的方式以机械加工切割而成。
在上述制造方法的一实施例中，其中形成该呈斜面的入光面的方式为先以机械加工切割该外延层的P型半导体层至一预定深度，而后加入一药剂以蚀刻形成该入光面。
在上述制造方法的一实施例中，其中该入光面与该基板的法线的夹角为25度至75度。
在上述制造方法的一实施例中，其中该入光面与该基板的法线的夹角为30度至60度。
在上述制造方法的一实施例中，其中该入光面与该基板的法线的夹角为45度。
在上述制造方法的一实施例中，还包括形成一抗反射层于该外延层上，且该抗反射层为金属合金。
在上述制造方法的一实施例中，其中该金属合金包括Ti、Pt、Au及AuGeNi。
本发明另提供一种检光二极管的制造方法，包括：提供一基板；形成一蚀刻停止层于该基板上；形成一外延层于该蚀刻停止层上；以及以一药剂蚀刻该基板侧边以形成一呈斜面的入光面。
在上述制造方法的一实施例中，其中该入光面与该基板的法线的夹角为25度至75度。
在上述制造方法的一实施例中，其中该入光面与该基板的法线的夹角为30度至60度。
在上述制造方法的一实施例中，其中该入光面与该基板的法线的夹角为45度。
在上述制造方法的一实施例中，还包括形成一抗反射层于该外延层上，且该抗反射层为金属合金。
在上述制造方法的一实施例中，其中该金属合金包括Ti、Pt、Au及AuGeNi。
通过本发明的技术手段，提出一种检光二极管及其制造方法，利用位于该基板侧面形成的呈斜面的入光面，使得检光二极管从侧面耦光时也具有十分高的响应度，具有更加广泛的应用层面。
附图说明
图1A为本发明的检光二极管的一实施例的示意图。
图1B为本发明的检光二极管的另一实施例的示意图。
图2A为本发明的检光二极管侧面耦光的示意图。
图2B为本发明的具有另一种倾斜方式的入光面的检光二极管的侧面耦光的示意图。
图3为本发明的检光二极管的制造方法的一实施例的流程图。
图4为本发明的检光二极管的制造方法的另一实施例的流程图。
【符号说明】
100-检光二极管；
1-基板；
11-入光面；
2-外延层；
3-蚀刻停止层；
41-电极；
42-电极；
5-抗反射层；
6-钝化层；
A1～A3-步骤；
B1～B4-步骤；
θ-夹角；
L-光线。
具体实施方式
以下根据图1A至图4说明本发明的实施方式。该附图以及说明仅为辅助理解本发明，而为本发明的实施例的一种，并非为限制本发明的实施方式。
请参阅图1A所示，所揭示的是一种检光二极管100，包括：一基板1以及一外延层2。
该基板1的材质可为化合物半导体，如：InP、GaAs。
该外延层2设置于该基板1上方，包括有P型半导体层及N型半导体层，该外延层2的材质可为AlGaAs、AlAs、InGaAs或GaAsP。在一个实施方式中，该P型半导体层是以扩散制程形成于该N型半导体层中。
该基板1的侧面为有一呈斜面的入光面11。如图1A及图1B所示，该入光面11与该基板1的法线的夹角θ为25度至75度。优选地，该入光面11与该基板1的法线的夹角θ为30度至60度。
该呈斜面的入光面11可使得该检光二极管100在侧面耦光的情形下(如图2A所示)具有优良的响应度。检光二极管的响应度定义为输入每单位功率的光能所能产生的电流，单位为A/W。一般的现有检光二极管，其基板未做任何角度改变，也就是入光面与基板法线为平行0度时，响应度为0.01A/W，而本发明的检光二极管100，如图2A所示，具有呈斜面的入光面11，光线L入射该入光面11之后，会产生折射并于内部反射并到达该外延层2中的光吸收层，产生光电流。进一步说明，当该夹角θ为60度时，响应度可达0.5A/W以上；而当该夹角θ为45度时，响应度可达0.65A/W以上。
需详细说明的是，该呈斜面的入光面11可向两种方向倾斜，以该基板1指向该外延层2的方向为参考，该呈斜面的入光面11可向左倾斜(如图2A所示)，或者向右倾斜(如图2B所示)。为求表示上的方便，本说明书均以夹角θ表示该呈斜面的入光面11与基板1法线所夹的角度，两种不同倾斜方式的该夹角θ位置如图式中所示。
当该入光面11为如图2A所示向左倾斜的形式，则从左方入射的光线L折射的后落于中、后(靠近光源)的位置。当该入光面11为如图2B所示向右倾斜的形式，则从左方入射的光线L折射的后落于中、前(远离光源)的位置。本说明书所提的位置、倾斜方向、光源位置的用语为表示附图中彼此的相对位置，非局限于此用语。
该基板1的入光面11可使用机械加工成形。在一个实施例中，以钻石刀在该基板1切割出该入光面11。使用机械加工的优点在于容易形成所需的角度，稳定性较高，较不会有均匀性的问题，外观平整不易有缺陷、膜脱落等问题。
选择地，该基板1的入光面11也可使用药剂蚀刻的方式成形。当选择以药剂蚀刻的方式成形该入光面11时，优选地，如图1B所示，该检光二极管100还包括一蚀刻停止层3，该蚀刻停止层3形成于该基板1及该外延层2之间。该蚀刻停止层3具有保护作用，避免蚀刻的过程深浅不均而破坏该外延层2的结构。在一些实施例中，该蚀刻停止层3的材质为InGaAs、InGaP或InGaAsP。
该外延层2以及该蚀刻停止层3的成形方式可利用有机金属化学气相沉积(metalorganic chemical vapor deposition，MOCVD)、原子层沉积(atomic layer deposition，ALD)或者上述方法的组合。
在一些实施例中，蚀刻基板1所采用的药剂可为HCl、HBr、HNO3、H3PO4、NH4OH、H2O2、H2SO4等，并根据该基板1不同的材料性质(如晶格方向)选择不同的药剂蚀刻该基板1。例如，当使用InP材料作为基板1时，可使用配比为1∶3的HCl与H3PO4进行蚀刻；当使用GaAs材料作为基板1时，可使用配比为1∶1∶1的NH4OH、H2O2及H2O蚀刻该基板1。
选择地，该基板1的入光面11也可依序使用机械加工与蚀刻成形，在成形该入光面11前以先机械加工切割该外延层2的P型半导体层至一预定深度，而后加入药剂以蚀刻形成该入光面11，此法的优点在于不须成形该蚀刻停止层3，且又能够节省蚀刻所需的时间。
如图1A及图1B所示，本发明的检光二极管100另形成有电极41、电极42，以供一外接电路连接而输出由光线产生的电压。在一个实施例中，本发明的检光二极管100包含一抗反射层5，设置于该外延层2上，例如设置于该外延层2的P型半导体层上，该抗反射层5作用在于降低已进入半导体的光再次反射出去，让光有效地在外延层2中的光吸收层内做转换，使响应度增加。现有的检光二极管的抗反射层通常为SiO2、SiNx等氧化物所组成，而本发明的检光二极管100中的抗反射层5为金属合金，在一个实施例中，该金属合金包括Ti、Pt、Au及AuGeNi，能够让光形成二次吸收，使得本发明的检光二极管100相较于现有的检光二极管具有更高的响应度。
如图1A及图1B所示，本发明的检光二极管100包含一钝化层6，设置于该外延层2的部分表面，该部分表面包括未与该抗反射层5连接的其他表面，而电极41设置于该钝化层6上并部分连接该外延层2。
再者，本发明还提出了一种检光二极管的制造方法，可制造出一种具有优良响应度的检光二极管，如图3中所示的流程并请同时参阅图1A，该检光二极管的制造方法包括：步骤A1：提供一基板1；步骤A2：形成一外延层2于该基板1上；以及步骤A3：使该基板1侧边形成一呈斜面的入光面11。
该基板1、外延层2的材质与成形方式于前文中已有叙述，故在此不再另行叙述。
步骤A3中该入光面11的成形方式可使用机械加工成形，如前所述，在本发明的一个实施例中，以钻石刀在该基板1的侧面切割出该入光面11。在一个实施例中，该入光面11与该基板1的法线的夹角为25度至75度。优选地，该入光面11与该基板1的法线的夹角为30度至60度。如前所述，当该夹角θ为60度时，响应度可达0.5A/W以上；而当该夹角θ为45度时，响应度可达0.65A/W以上。
如前所述，本发明的检光二极管的制造方法还包括形成一抗反射层5于该外延层2上，且该抗反射层5为金属合金。在一个实施例中，该金属合金包括Ti、Pt、Au及AuGeNi。
此外，本发明另提出了一种检光二极管的制造方法，可制造出一种具有优良响应度的检光二极管，如图4中所示的流程并请同时参阅图1B，该检光二极管的制造方法包括：步骤B1：提供一基板1；步骤B2：形成一蚀刻停止层3于该基板1上；步骤B3：形成一外延层2于该蚀刻停止层3上；以及步骤B4：以一药剂蚀刻该基板1侧边以形成一呈斜面的入光面11。
该基板1、外延层2及该蚀刻停止层3的材质与成形方式于前文中已有叙述，故在此不再另行叙述。
步骤B4中蚀刻该入光面11所使用的药剂如前所述，不再另行叙述。在一个实施例中，该入光面11与该基板1的法线的夹角为25度至75度。优选地，该入光面11与该基板1的法线的夹角为30度至60度。如前所述，当该夹角θ为60度时，响应度可达0.5A/W以上；而当该夹角θ为45度时，响应度可达0.65A/W以上。
如前所述，本发明的检光二极管的制造方法还包括形成一抗反射层5于该外延层2上，且该抗反射层5为金属合金。在一个实施例中，该金属合金包括Ti、Pt、Au及AuGeNi。
此外，在上述两种制造方法中，还包括形成一钝化层6于该外延层2上，并蚀刻部分该钝化层6以裸露该外延层2，于一实施例中，裸露该外延层2的P型半导体层区域，而该抗反射层5及该电极41则分别或同时形成于该外延层2的P型半导体层上，其中该电极41部分延伸至该钝化层6上。
综合上述实施方式，本发明提出的检光二极管及其制造方法，利用位于该基板侧面形成的呈斜面的入光面，使得该检光二极管从侧面耦光时也具有十分高的响应度，应用方式更加广泛。
Claims (21)
1.一种检光二极管，包括：
一基板，该基板的侧面为一呈斜面的入光面；以及
一外延层，设置于该基板的上方。
2.如权利要求1所述的检光二极管，其中该入光面与该基板的法线的夹角为25度至75度。
3.如权利要求2所述的检光二极管，其中该入光面与该基板的法线的夹角为30度至60度。
4.如权利要求3所述的检光二极管，其中该入光面与该基板的法线的夹角为45度。
5.如权利要求1至4中任一项所述的检光二极管，还包括一蚀刻停止层，该蚀刻停止层设置于该基板及该外延层之间。
6.如权利要求1至4中任一项所述的检光二极管，还包括一抗反射层，设置于该外延层上方，且该抗反射层为金属合金。
7.如权利要求6所述的检光二极管，其中该金属合金包括Ti、Pt、Au及AuGeNi。
8.一种检光二极管的制造方法，包括：
提供一基板；
形成一外延层于该基板上；以及
使该基板侧边形成一呈斜面的入光面。
9.如权利要求8所述的检光二极管的制造方法，其中形成该呈斜面的入光面的方式以机械加工切割而成。
10.如权利要求8所述的检光二极管的制造方法，其中形成该呈斜面的入光面的方式为先以机械加工切割该外延层的P型半导体层至一预定深度，而后加入一药剂以蚀刻形成该入光面。
11.如权利要求8所述的检光二极管的制造方法，其中该入光面与该基板的法线的夹角为25度至75度。
12.如权利要求11所述的检光二极管的制造方法，其中该入光面与该基板的法线的夹角为30度至60度。
13.如权利要求12所述的检光二极管的制造方法，其中该入光面与该基板的法线的夹角为45度。
14.如权利要求8至13中任一项所述的检光二极管的制造方法，还包括形成一抗反射层于该外延层上，且该抗反射层为金属合金。
15.如权利要求14所述的检光二极管的制造方法，其中该金属合金包括Ti、Pt、Au及AuGeNi。
16.一种检光二极管的制造方法，包括：
提供一基板；
形成一蚀刻停止层于该基板上；
形成一外延层于该蚀刻停止层上；以及
以一药剂蚀刻该基板侧边以形成一呈斜面的入光面。
17.如权利要求16所述的检光二极管的制造方法，其中该入光面与该基板的法线的夹角为25度至75度。
18.如权利要求17所述的检光二极管的制造方法，其中该入光面与该基板的法线的夹角为30度至60度。
19.如权利要求18所述的检光二极管的制造方法，其中该入光面与该基板的法线的夹角为45度。
20.如权利要求16至19中任一项所述的检光二极管的制造方法，还包括形成一抗反射层于该外延层上，且该抗反射层为金属合金。
21.如权利要求20所述的检光二极管的制造方法，其中该金属合金包括Ti、Pt、Au及AuGeNi。
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2018
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