CN116978975A - 光电半导体结构 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种光电半导体结构，其包含一第一型半导体基板、一第二型半导体收光区、一第二型半导体导电区，该第一型半导体基板具有一上表面，该第二型半导体导电区，设置于该第一型半导体基板的上表面，该第二型半导体导电区供导通一光电流，该第二型半导体收光区位于该第二型半导体导电区外围，且该第二型半导体导电区与该第二型半导体收光区之间具有一间距，借由区分半导体导电区域与收光区域，达到降低接面电容同时保持其收光能力的效果，进一步增加光电半导体结构的光电转换效率。
Description
技术领域
本发明是关于一种光电半导体结构，特别是一种区分导电区域与收光区域的光电半导体结构。
背景技术
光电半导体的原理为应用半导体p-n接面(p-n junction)的光电效应
(photoelectric effect)，当光入射到半导体内，且光提供的能量大于半导体的能隙(band gap energy)时，价电带电子或电洞接收光子能量被激发至导电带，进而会因为内建电场或外加电场移动形成光电流。
一种现有光电半导体的结构，按顺序由下而上为，阴极下电极、n型半导体基板、p型半导体掺杂区及阳极上电极，并在上电极处设置开口作为收光窗口，在p-n接面处会形成空乏区(Depletion region)。当光以足够的能量照射到空乏区时，会发生前述电离作用，并产生电子电洞对，既有的电场将使电子向阴极移动，电洞则向阳极移动，进而产生光电流。光强度越大，光电流就越大，故经由模拟数字转换电路(通常包含放大器构成的积分器)来计算光电流的数值，即可判断入射光的强度。当然，光电半导体的的导电类型也可以与上述情况相反，其构造和操作仍基本相同。
为了便于接收入射光以提升光感测灵敏度，通常希望将p-n接面面积通常做的大一些，目的是通过扩大p-n接面面积取得更大的光电流，但由于扩大p-n接面面积会导致接面电容(junction capacitance)变大，造成后续电路响应延迟增加或电路噪声放大。
因此，如何降低接面电容同时保持光电半导体收光的能力为本领域技术人员所欲解决的问题。
发明内容
本发明的一主要目的，本发明提供一种光电半导体结构，其借由区分半导体导电区域与收光区域，达到降低接面电容同时保持其收光能力的效果，进一步增加光电半导体结构的光电转换效率。
本发明的一次要目的，本发明提供一种光电半导体结构，其借由将栅极层设置于半导体基板上方，半导体导电区与收光区之间，达到栅极偏压调整基板内建电场的效果，加速电子扩散，进一步降低接面电容。
本发明的一次要目的，本发明提供一种光电半导体结构，其借由将隔离区设置于半导体导电区与收光区之间，达到减少栅极偏压带来的噪声的效果，进一步产生信道电容，加速电子扩散。
本发明的一次要目的，本发明提供一种光电半导体结构，其借由将遮蔽层设置于收光区上方，达到减少表面产生的暗电流的效果，进一步减少进入导电区的噪声。
为了达成上述的主要目的，本发明提供一种光电半导体结构，其包含第一型半导体基板、第二型半导体收光区、第二型半导体导电区，第一型半导体基板具有上表面，第二型半导体导电区设置于第一型半导体基板上表面，第二型半导体导电区供导通源自第二型半导体收光区的光电流，第二型半导体收光区位于第二型半导体导电区外围，且第二型半导体导电区与第二型半导体收光区之间具有一间距。
本发明提供一实施例，其中第二型半导体收光区环绕或部分围绕第二型半导体导电区。
本发明提供一实施例，其中第一型半导体基板包含间隔部，间隔部的内侧环绕或部分围绕第二型半导体导电区，间隔部的外侧邻接第二型半导体收光区。
为了达成上述的次要目的，本发明提供一实施例，其中更包含偏压栅极层，偏压栅极层覆盖于第一型半导体基板上表面上方，并位于第二型半导体收光区与第二型半导体导电区之间。
本发明提供一实施例，其中偏压栅极层的第一侧设置于第二型半导体收光区的上方，偏压栅极层的第二侧设置于该半导体导电区的上方。
为了达成上述的次要目的，本发明提供一实施例，其中更包含隔离层，隔离层设置于第二型半导体导电区的外侧，且设置于第一型半导体基板的上表面，隔离层与第二型半导体收光区之间具有间隙。
本发明提供一实施例，其中隔离层为浅槽隔离(shallow trench isolation,STI)，浅槽隔离材料选自氮化硅(Si3N4)、碳化硅(SiC)或二氧化硅(SiO2)。
本发明提供一实施例，其中隔离层为第一型半导体层，第一型半导体层隔离层的离子植入浓度高于第一型半导体基板的离子植入浓度。
本发明提供一实施例，其中第二型半导体收光区设置于第一型半导体基板的上表面。
为了达成上述的次要目的，本发明提供一实施例，其中更包含第一型半导体遮蔽层，第一型半导体遮蔽层设置于第二型半导体收光区的上方，且设置于第一型半导体基板的上表面。
本发明提供一实施例，其中第二型半导体收光区朝向偏压栅极层的端部上方并未设置第一型半导体遮蔽层。
本发明提供一实施例，其中偏压栅极层为多晶硅(poly silicon)。
本发明提供一实施例，其中第二型半导体导电区耦接模拟数字转换器电路。
本发明提供一实施例，其中第二型半导体收光区为第二型半导体井，第二型半导体导电区为第二型半导体高掺杂区。
本发明提供一实施例，其中第二型半导体导电区的离子植入浓度高于第二型半导体收光区的离子植入浓度。
本发明提供一实施例，其中第一型半导体基板为p型半导体时，光电流包含由第二型半导体收光区流经第一型半导体基板至第二型半导体导电区的光电子。
本发明提供一实施例，其中第一型半导体基板为n型半导体时，光电流包含由第二型半导体收光区流经第一型半导体基板至第二型半导体导电区的电洞。
附图说明
图1A：其为本发明的第一实施例的光电半导体的结构剖视示意图；
图1B：其为本发明的第一实施例的光电半导体结构的电流流向示意图；
图1C：其为本发明的第一实施例的光电半导体的能带图；
图1D：其为本发明的第一实施例的光电半导体结构的另一态样电流流向示意图；
图2A：其为本发明的第二实施例的光电半导体结构的结构剖视示意图；
图2B：其为本发明的第二实施例的光电半导体结构的电流流向示意图；
图2C：其为本发明的第二实施例的光电半导体的能带图；
图3A：其为本发明的第三实施例的光电半导体结构的结构剖视示意图；
图3B：其为本发明的第三实施例的光电半导体结构的电流流向示意图；
图4：其为本发明的第四实施例的光电半导体结构的结构剖视示意图；
图5A：其为本发明的第五实施例的光电半导体结构的结构剖视示意图；
图5B：其为本发明的第五实施例的光电半导体结构的电路流向示意图；
图6：其为本发明的第六实施例的光电半导体结构的结构剖视示意图；
图7：其为本发明的第七实施例的光电半导体结构的结构剖视示意图；
图8：其为本发明的第八实施例的光电半导体结构的结构剖视示意图；
图9：其为本发明的第九实施例的光电半导体结构的结构俯视图；以及
图10：其为本发明的第十实施例的光电半导体结构的电路架构示意图。
【图号对照说明】
1 光电半导体结构
10 第一型半导体基板
102 上表面
104 间隔部
20 第二型半导体收光区
202 p-n接面
204 端部
30 第二型半导体导电区
302 p-n接面
40 偏压栅极层
402 第一侧
404 第二侧
406 开口
50 隔离层
60 第一型半导体遮蔽层
70 模拟数字转换电路
D 间距
e 光电子
G 间隙
I 光电流
I’ 光电流
L 光源
N1 N型半导体
N2 N型半导体
P1 P型半导体
P2 P型半导体
Ref 参考电压
W 宽度
A-A’ 切面A-A’
B-B’ 切面B-B’
具体实施方式
为了使本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，特用较佳的实施例及配合详细的说明，说明如下：
现有的光电半导体结构中，为了获得较大的光电流就必须增加p-n接面的面积，然而，直接增加p-n接面的面积，会造成接面电容变大，而导致后续电路响应延迟增加或电路噪声放大，造成电路设计的困难。
本发明制作一种借由将半导体导电区与收光区分开，达到降低接面电容同时保持其收光能力的效果，进一步增加光电半导体结构的光电转换效率。
在下文中，将借由图式来说明本发明的各种实施例来详细描述本发明。然而本发明的概念可能以许多不同型式来体现，且不应解释为限于本文中所阐述的例示性实施例。
请参阅图1A，其为本发明的第一实施例的光电半导体结构的结构剖视示意图。本发明第一实施例的光电半导体结构1包含一第一型半导体基板10、一第二型半导体收光区20、一第二型半导体导电区30，其中当第一型半导体为p型半导体，第二型半导体即为n型半导体；反的当第一型半导体为n型半导体，第二型半导体即为p型半导体。
于本第一实施例中，该第一型半导体基板10具有一上表面102，该第二型半导体收光区20一般可以通过选择性(例如使用光罩或其他微影技术)扩散来形成于该第一型半导体基板10的上表面102，该第二型半导体导电区30也可以通过选择性扩散来形成于该第一型半导体基板10的上表面102。其中，该第二型半导体收光区20供接收入射光(例如环境光源所发出的光线)，为了取得更大的一光电流，该第二型半导体收光区20和该第一型半导体基板10之间的p-n接面通常越大越好，因此该第二型半导体收光区20的面积应尽可能大。相对地，该第二型半导体导电区30供与外部电路耦接(一般会经过一个或数个金属层来完成耦接)，进而供导通该光电流来让外部电路使用。该第二型半导体导电区30和该第一型半导体基板10之间的p-n接面通常越小越好，方能使外部电路(例如模拟数字转换电路，通常包含放大器构成的积分器)所接触到的接面电容较小，因此该第二型半导体导电区30的面积应尽可能小。
一种扩大该第二型半导体收光区20的面积的配置方式，是让该第二型半导体收光区20环绕该第二型半导体导电区30设置；又或者，至少让该第二型半导体收光区20部分围绕该第二型半导体导电区30设置。更详言之，该第一型半导体基板10包含一间隔部104，该间隔部104的内侧环绕或部分围绕该第二型半导体导电区30，该间隔部104的外侧邻接该第二型半导体收光区20。借此，该第二型半导体收光区20设置于该第二型半导体导电区30外围，很容易可以在布局设计(layout)时配置让该第二型半导体收光区20具有较大的面积。重要的是，该第二型半导体导电区30与该第二型半导体收光区20之间具有一间距D。详言之，该间距D指平行于该上表面102的方向上，该第二型半导体导电区30与该第二型半导体收光区20之间的距离。其中，若该第二型半导体导电区30与该第二型半导体收光区20之间距离不固定时，该间距D为两者之间的最小距离，该间距D较佳为0.5μm至5μm。
本发明第一实施例的光电半导体结构1正是通过让该第二型半导体导电区30与该第二型半导体收光区20之间存在该间距D，如此一来虽然该第二型半导体收光区20和该第一型半导体基板10之间的p-n接面较大，但外部电路是耦接在该第二型半导体导电区30，而该第二型半导体导电区30和该第一型半导体基板10之间的p-n接面并不大，因此所接触到的接面电容仍然被控制在较小的范围内，进而达成降低接面电容同时保持其收光能力的效果。
承接上述，以下进一步说明该第一实施例的光电半导体结构1的运作原理，请参阅图1B，其为本发明的第一实施例的光电半导体结构1的电流流向示意图，其中为了方便说明，在图1B及后续数个图式中，仅示出了一部分的第二型半导体收光区20及第一型半导体基板10，故在图面右侧以折断线表示。当该第一型半导体基板10为p型半导体P，该第二型半导体收光区20为n型半导体N1(例如n型半导体井)，该第二型半导体导电区30为n型半导体N2(例如n型半导体高掺杂区)，第二型半导体收光区20与第一型半导体基板10间具有一p-n接面202，于一光源L(例如环境光源)照射该光电半导体结构1时，光子能量将被价电带粒子所吸收，若光源L提供的光子能量大于该p-n接面202的粒子能隙(band gap energy)，光子能量会将价电带的粒子激发至导电带，于该p-n接面202产生额外的自由电子及电洞，若将吸收光子能量产生的自由电子被称为「光电子」，当该p-n接面202于该光源L照射时产生的光电子e累积至足以克服该第一型半导体基板10的能阶障碍，光电子e将从该p-n接面202经由该第一型半导体基板10移动至该第二型半导体导电区30，也就代表该p-n接面202累积光电子e至足够形成一光电流I。当然实际上，此时也会有电洞以相反于光电子e的方向移动，且若按照一般定义此光电流I将为负值，惟其并不影响说明整体电路操作，故不另行赘述。光源L所发出的光线强度越大，该光电流I的数值就越大。如上述说明，该第二型半导体导电区30可与外部电路耦接，进而供导通该光电流I来让外部电路使用，故外部电路可通过计算该光电流I的数值，来判断光线的强度。而该第二型半导体导电区30和该第一型半导体基板10之间，也具有另一p-n接面302，但该另一p-n接面302远小于该p-n接面202，因此外部电路所接触到的接面电容仍然被控制在较小的范围内。
若要更清楚地说明，请参阅图1C，其为本发明的第一实施例的光电半导体的能带图，其中横轴为图1B的一A-A＇切面位置，纵轴为该A-A＇切面的电位(eV)分布。在半导体导电类型的影响下，该第二型半导体导电区30的内建电场与该第二型半导体收光区20的内建电场，两者皆会小于该第一型半导体基板10的内建电场。而通过让该第二型半导体导电区30与该第二型半导体收光区20的离子植入浓度不同，或者通过施加偏压等等方式，皆可让该第二型半导体导电区30的内建电场小于该第二型半导体收光区20的内建电场。利用这三者间的关系，在光源L照射该光电半导体结构1，使累积到一定程度的光电子e改变该第二型半导体收光区20的电位后，将可克服该第一型半导体基板10的能阶障碍，使该第二型半导体导电区30能够经由该第一型半导体基板10收集该p-n接面202的光电子e。并且，利用该第二型半导体导电区30与该第二型半导体收光区20之间存在的该间距D(约相当于该p-n接面202与该另一p-n接面302之间的间距)，可有效将耦接到外部电路的该第二型半导体导电区30与该p-n接面202分开，方便扩大收光区域的面积，同时可以分开该第二型半导体导电区30与该p-n接面202的接面电容。
本发明的第一实施例亦可运作于第一型半导体为n型半导体且第二型半导体为p型半导体的状况，请参阅图1D，其为本发明的第一实施例的光电半导体结构1的另一态样的电流流向示意图。由于导电类型相反，当该第一型半导体基板10为n型半导体N，该第二型半导体收光区20为p型半导体P1，且该第二型半导体导电区30为p型半导体P2，在光源L照射该光电半导体结构1后，该第二型半导体导电区30将可经由该第一型半导体基板10收集该p-n接面202的电洞，而形成一光电流I。类似地，此时也会有光电子以相反于电动的方向移动，而若按照一般定义此光电流I即为正值。由此可见，即使是第一型半导体为n型半导体，第二型半导体即为p型半导体的情况，其运作原理与特性仍然大致相同，在本发明后续实施例中大部分皆以第一型半导体为p型半导体，第二型半导体即为n型半导体作为范例说明。
本发明的第一实施例中，借由该第二型半导体收光区20设置于该第二型半导体导电区30外围，并且让该第二型半导体导电区30与该第二型半导体收光区20之间存在该间距D，以区分该光电半导体结构1的收光区域(包含该p-n接面202)与导电区域(包含该第二型半导体导电区30)，克服了现有光电半导体结构在扩大p-n接面面积时，无法避免接面电容变大的问题。换言之，利用适当设计的间距D，可令该p-n接面202的电容与该另一p-n接面302的电容分开，方便扩大收光区域的面积，同时将外部电路所接触到的接面电容控制在较小的范围内，减少接面电容造成后续电路响应延迟增加或电路噪声放大的问题。
惟在前述第一实施例中，必须适当设计该间距D(例如较佳为0.5μm至5μm)，这是因为一旦该间距D过长，会导致该第二型半导体导电区30难以自该第二型半导体收光区20收集光电子；反的，如果该间距D过短，会导致该第二型半导体导电区30与该第二型半导体收光区20等效连接，这样一来外部电路将会接触到该p-n接面202的电容而面临现有技术的问题。据此，该第一实施例在布局设计时仍然存在限制。为此，请参阅图2A，其为本发明的第二实施例的光电半导体结构的结构剖视示意图。于本发明第一实施例的基础上，本发明的第二实施例更包含一偏压栅极层40。
该偏压栅极层40覆盖于该第一型半导体基板10的该上表面102上方，并设置于该第二型半导体收光区20与该第二型半导体导电区30之间。其中，该偏压栅极层40的一第一侧402朝向该第二型半导体收光区20，该偏压栅极层40的一第二侧404朝向该该第二型半导体导电区30，该第一侧402与该第二侧404之间具有一宽度W，该宽度W可以大于、等于或小于该间距D。当该宽度W大于该间距D时，该偏压栅极层40的该第一侧402可以位于该第二型半导体收光区20上方，该偏压栅极层40的该第二侧404可以位于该第二型半导体导电区30上方；该宽度W等于或小于该间距D时，该偏压栅极层40可以仅设置于该第一型半导体基板10的该上表面102上方。该偏压栅极层40的第二侧404可设置一开口406，让第二型半导体导电区30可以通过接触层(Contact)、过孔(VIA)等构造来与外部电路等其他组件电性连接。
接续上述，由图1C及前述说明可知该光电流I流经该第一型半导体基板10的间隔部104时，本来就要克服能阶障碍，一旦该间距D过长就会阻碍光电子的传输。为了增加光电子的传输效率，进而让该第二型半导体导电区30与该第二型半导体收光区20之间可以设计较长的一间距D，于本发明第二实施例中，借由在第二型半导体收光区20与该第二型半导体导电区30之间加入该偏压栅极层40，利用施加在该偏压栅极层40上的偏压来在该第一型半导体基板10形成一导电通道，降低该间隔部104造成的能阶障碍。
请参阅图2B，其为本发明的第二实施例的光电半导体结构的电流流向示意图。当该第一型半导体基板为p型半导体P，该第二型半导体收光区、该第二型半导体导电区30为n型半导体N1、N2，该第二型半导体收光区20与第一型半导体基板10间具有一p-n接面202。于光照时，由于光子能量产生额外电子电洞，在该p-n接面202、该第一型半导体基板10、与该第二型半导体导电区30之间形成该光电流I。此时通过在该偏压栅极层40施加一偏压，即可压抑该第一型半导体基板10带来的能阶障碍，使该第二型半导体导电区30容易自该第二型半导体收光区20收集光电子。该偏压栅极层40可以为多晶硅(poly silicon)制作，如此可以很容易地利用金属层电性连接该偏压栅极层40，以在该偏压栅极层40施加偏压。
更详言之，请参阅图2C，其为本发明的第二实施例的光电半导体的能带图，其中横轴为图2B的一B-B＇切面位置，纵轴为该B-B＇切面的电位(eV)分布，如同第一实施例所述，该第二型半导体收光区20与该第二型半导体导电区30的内建电场皆会小于该第一型半导体基板10的内建电场，使得该第一型半导体基板10形成了一能阶障碍。但由于加入了该偏压栅极层40，借由该偏压栅极层40提供偏压压抑该第一型半导体基板10带来的能阶障碍，即可使光电子容易被该第二型半导体导电区30收集，而不会对该间距D有过多限制。于上述态样中，该第二型半导体收光区20、该第二型半导体导电区30与该偏压栅极层40构成了类似NMOS的结构，该偏压栅极层40的偏压较佳为0～1V，所施加的偏压可依照所需的光电流I大小及该间距D来调整。借由该偏压栅极层40降低能阶障碍的效果，能够进一步将该间距D的距离延长，不仅提高制程弹性，更可额外提升降低外部电路所接触到的接面电容的技术效果。
如前述说明，本发明的第二实施例亦可运作于第一型半导体为n型半导体且第二型半导体为p型半导体的状况，但由于导电类型相反，该第二型半导体收光区20、该第二型半导体导电区30与该偏压栅极层40将构成类似PMOS的结构，此时该偏压栅极层40的偏压较佳为0～-1V，同样地所施加的偏压可依照所需的光电流I大小及该间距D来调整。
本发明的第二实施例中，借由该偏压栅极层40设置于该第一型半导体基板10的间隔部104上方，可进一步利用可调整的偏压压抑该第一型半导体基板10带来的能阶障碍，帮助光电流通过，故能够进一步将该间距D的距离延长，达到提高制程弹性以及额外降低外部电路所接触到的接面电容的技术效果。
如上所述，上述第二实施例施加于该偏压栅极层40的栅极偏压需的要被适当调整，如果该偏压过高，恐会导致外部电路接触到部分该p-n接面202的电容；反的若偏压过低，会造成压抑该第一型半导体基板10带来的能阶障碍效果不佳。虽然适当设计该偏压对本领域技术人员而言是可以完成的，但若要进一步降低整体光电半导体结构的设计难度，请参阅图3A图3A，其为本发明的第三实施例的光电半导体结构的结构剖视示意图，与第二实施例差异的处在于：进一步设置一隔离层50，详述如下。
该隔离层50设置于该第二型半导体导电区30的外侧，且设置于该第一型半导体基板10的上表面102，该隔离层50与该第二型半导体收光区20之间具有一间隙G，以保留在该偏压栅极层40施加偏压时，该第一型半导体基板10所形成的导电通道。其中该隔离层50可以为浅槽隔离层(shallow trench isolation,STI)，浅槽隔离技术通常会蚀刻该第一型半导体基板10，在该第一型半导体基板10与该第二型半导体导电层30之间形成沟渠，最后，在沟渠中填入隔离物质形成该隔离层50作为组件隔离结构。该隔离层50的材料可以选用氮化硅(Si3N4)、碳化硅(SiC)或二氧化硅(SiO2)等绝缘材料，且该隔离层50宽度较佳为0.5μm至5μm，深度则由浅槽隔离层制程决定。
请参阅图3B，其为本发明的第三实施例的光电半导体结构的电流流向示意图。当该第一型半导体基板为p型半导体P，该第二型半导体收光区、该第二型半导体导电区30为n型半导体N1、N2，该第二型半导体收光区20与第一型半导体基板10间具有一p-n接面202。于光照时，由于光子能量产生额外电子电洞对，在该p-n接面202、该第一型半导体基板10、与该第二型半导体导电区30之间形成该光电流I’。然而相较前述实施例的光电流I可以直接经由该第二型半导体导电区30和该第一型半导体基板10之间的另一p-n接面302到达该第二型半导体导电区30，在本实例中因为设有该隔离层50，使得该光电流I’需经过很短的扩散(diffusion)距离(即相当于该隔离层50的宽度)绕过该隔离层50才到达该第二型半导体导电区30。这样一来，可以阻止外部电路经由该另一p-n接面302接触到该p-n接面202的电容，以降低该偏压栅极层40的栅极偏压的设计难度。
此外，请参阅图4，其为本发明的第四实施例的光电半导体结构的结构剖视示意图。与前述第三实施例差异的处在于：本第四实施例的隔离层50可为一第一型半导体层，所述第一型半导体层的离子植入浓度高于该第一型半导体基板10的离子植入浓度。例如该第一型半导体基板10为p型半导体基板时，所述第一型半导体层可以为p型半导体高掺杂区或其他离子植入浓度高于p型半导体基板的材质。如此，由于所述第一型半导体层的内建电场会高于该第一型半导体基板10，使光电子难以直接跨越该隔离区50到达该第二型半导体导电区30，达到相似的效隔离果，来阻止外部电路经由该另一p-n接面302接触到该p-n接面202的电容，同样可以降低该偏压栅极层40的栅极偏压的设计难度。
一般而言，光电半导体结构于非光照时仍会存在暗电流，所述暗电流有一部分是表面缺陷所致。为了减少暗电流成分对该光电流I的影响，请参阅图5A图5A，其为本发明的第五实施例的光电半导体结构的结构剖视示意图。于本发明第一实施例的基础上，本发明提第五实施例更包含一第一型半导体遮蔽层60，该第一型半导体遮蔽层60设置于该第二型半导体收光区20上方。举例而言，当通过选择性(例如使用光罩或其他微影技术)扩散来于该第一型半导体基板10的上表面102形成该第二型半导体收光区20后，可以进一步在该第二型半导体收光区20上制作该第一型半导体遮蔽层60，使该第一型半导体遮蔽层60形成于该第一型半导体基板10的上表面102。该第一型半导体遮蔽层60可以如图所式完全覆盖该第二型半导体收光区20，又或者如后续实施例所示仅部分覆盖该第二型半导体收光区20。惟该第一型半导体遮蔽层60可让光线穿过，故不影响该第二型半导体收光区20接收入射光的功能。
请参阅图5B，其为本发明的第五实施例的光电半导体结构的电路流向示意图。该第一型半导体遮蔽层60可以从该第一型半导体基板10的上表面102完全或部分覆盖该第二型半导体收光区20，故可避免表面缺陷所形成的暗电流产生，以降低对该光电流I的影响。
请参阅图6，其为本发明的第六实施例的光电半导体结构的结构剖视示意图。于本发明第二实施例的基础上，本发明第六实施例同样在于该第二型半导体收光区20上方设置一第一型半导体遮蔽层60，其中设有该偏压栅极层40时，该半导体收光区20朝向该偏压栅极层40的一端部204上方并未设置该第一型半导体遮蔽层60，以避免该第一型半导体遮蔽层60太接近该栅极偏压层40，而造成光电流I传输的能阶障碍。
请参阅图7，其为本发明的第七实施例的光电半导体结构的结构剖视示意图，其于本发明第三实施例的基础上，于该第二型半导体收光区20上方设置一第一型半导体遮蔽层60。请参阅图8，其为本发明的第八实施例的光电半导体结构的结构剖视示意图，其于本发明第四实施例的基础上，于该第二型半导体收光区20上方设置一第一型半导体遮蔽层60。
本发明各实施例的光电半导体结构为了增加该光电流I大小，以提升光感测灵敏度，同样希望扩大收光区域，请参阅图9，其为本发明的第九实施例的光电半导体结构的结构俯视图，其中该第二型半导体收光区20完全环绕该第二型半导体导电区30，如此在布局设计时只要向外扩大该第二型半导体收光区20的范围，就可以很容易配置让该第二型半导体收光区20具有较大的收光面积。如前所述，该第二型半导体收光区20也可以仅部分围绕该第二型半导体导电区30，且该第二型半导体收光区20与该第二型半导体导电区30的形状也不局限于本实施例所示的圆形。其实际上可以制作为椭圆、多边形等各式形状，端视电路空间配置需求而定。
另一方面，为使外部电路所接触到的接面电容较小，本发明各实施例的光电半导体结构当然希望可一并缩小导电区域。缩小的方式除了单纯在平行于该上表面102的方向上缩减该第二型半导体导电区30的范围外，如果按照前述实施例中，该第二型半导体收光区20为一第二型半导体井，而该第二型半导体导电区30为一第二型半导体高掺杂区的作法，由于半导体井的深度通常都会高于半导体高掺杂区，通过形成较浅的该第二型半导体导电区30也可以使该第二型半导体导电区30和该第一型半导体基板10之间具有较小的接面电容。
进一步，说明本发明实际应用时，该第二型半导体导电区30可供与一模拟数字转换器电路耦接，以下进行详述。
请参阅图10，其为本发明的第十实施例的光电半导体结构的电路架构示意图，本发明的光电半导体结构1更耦接一模拟数字转换器电路70。详言之，该第二型半导体导电区30可以经由一个或数个金属层上的接触层或过孔等构造来耦接该模拟数字转换器电路70，该模拟数字转换器电路70通常包含一放大器所构成的积分器电路。这是因为由于光电半导体1所感测产生的光电流为模拟讯号，通常后续电路会需要先将模拟讯号转换为数字讯号，才能处理计算光电流的数值，进而判断入射光的强度。
综上所述，本发明的各实施例提供了数种改良的光电半导体结构，借由第一型半导体基板分开第二型半导体收光区与第二型半导体导电区，克服了现有光电半导体结构在扩大p-n接面面积时，无法避免接面电容变大的问题。不仅方便扩大收光区域的面积，同时确保外部电路所接触到的接面电容仍然被控制在较小的范围内，减少接面电容造成后续电路响应延迟增加或电路噪声放大的问题，达到降低接面电容同时保持其收光能力的效果。并且，本发明的不同实施例更可使用偏压组件进一步增加光电半导体的光电转换效率；使用隔离层来避免外部电路接触到收光区域的接面电容；或使用遮蔽层来减少表面缺陷产生的暗电流，均可进一步提升本发明的技术效果。
上文仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。
Claims (18)
1.一种光电半导体结构，其特征在于，其结构包含：
一第一型半导体基板，该第一型半导体基板具有一上表面；
一第二型半导体收光区；以及
一第二型半导体导电区，设置于该第一型半导体基板的上表面，该第二型半导体导电区供导通一光电流，该第二型半导体收光区位于该第二型半导体导电区外围，且该第二型半导体导电区与该第二型半导体收光区之间具有一间距。
2.如权利要求1所述的光电半导体结构，其特征在于，其中该第二型半导体收光区环绕或部分围绕该第二型半导体导电区。
3.如权利要求1所述的光电半导体结构，其特征在于，其中该第一型半导体基板包含一间隔部，该间隔部的内侧环绕或部分围绕该第二型半导体导电区，该间隔部的外侧邻接该第二型半导体收光区。
4.如权利要求1所述的光电半导体结构，其特征在于，更包含：
一偏压栅极层，覆盖于该第一型半导体基板的上表面上方，并且位于该第二型半导体收光区与该第二型半导体导电区之间。
5.如权利要求4所述的光电半导体结构，其特征在于，其中该偏压栅极层的一第一侧设置于该第二型半导体收光区的上方，该偏压栅极层的一第二侧设置于该第二型半导体导电区上方。
6.如权利要求4所述的光电半导体结构，其特征在于，更包含：
一隔离层，设置于该第二型半导体导电区的外侧，且设置于该第一型半导体基板的上表面，该隔离层与该第二型半导体收光区之间具有一间隙。
7.如权利要求6所述的光电半导体结构，其特征在于，其中该隔离层为浅槽隔离层，其材料氮化硅、碳化硅或二氧化硅。
8.如权利要求6所述的光电半导体结构，其特征在于，其中该隔离层为一第一型半导体层，该第一型半导体层隔离层的离子植入浓度高于该第一型半导体基板的离子植入浓度。
9.如权利要求1所述的光电半导体结构，其特征在于，其中，该第二型半导体收光区设置于该第一型半导体基板的上表面。
10.如权利要求1所述的光电半导体结构，其特征在于，更包含：
一第一型半导体遮蔽层，设置于该第二型半导体收光区的上方，且设置于该第一型半导体基板的上表面。
11.如权利要求4所述的光电半导体结构，其特征在于，更包含：
一第一型半导体遮蔽层，设置于该第二型半导体收光区的上方，且设置于该第一型半导体基板的上表面。
12.如权利要求11所述的光电半导体结构，其特征在于，其中：
该第二型半导体收光区朝向该偏压栅极层的一端部上方并未设置该第一型半导体遮蔽层。
13.如权利要求4所述的光电半导体结构，其特征在于，其中该偏压栅极层为多晶硅。
14.如权利要求1所述的光电半导体结构，其特征在于，其中该第二型半导体导电区耦接一模拟数字转换器电路。
15.如权利要求1所述的光电半导体结构，其特征在于，其中该第二型半导体收光区为一第二型半导体井，该第二型半导体导电区为一第二型半导体高掺杂区。
16.如权利要求1所述的光电半导体结构，其特征在于，其中该第二型半导体导电区的离子植入浓度高于该第二型半导体收光区的离子植入浓度。
17.如权利要求1所述的光电半导体结构，其特征在于，其中该第一型半导体基板为p型半导体时，该光电流包含由该第二型半导体收光区流经该第一型半导体基板至该第二型半导体导电区的光电子。
18.如权利要求1所述的光电半导体结构，其特征在于，其中该第一型半导体基板为n型半导体时，该光电流包含由该第二型半导体收光区流经该第一型半导体基板至该第二型半导体导电区的电洞。
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