CN117012845A - 光电二极管、电子元件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光电二极管、电子元件。该光电二极管包括：第一光子吸收层，具有第一掺杂类型；公共极层，沿第一方向延伸入第一光子吸收层，具有第二掺杂类型；以及第二光子吸收层，沿第一方向延伸入公共极层，具有第一掺杂类型。该光电二极管可以实现对短波长光和长波长光进行探测吸收，并具有较高的量子效率及响应度。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及光电二极管、电子元件。
背景技术
常见的光电二极管探测器通常基于CMOS工艺制作成平面结型结构。
常规平面结型光电二极管的光谱响应度随结区相对于光入射表面的位置呈现出较大差异。峰值吸收深度临近结区的波长范围的光子对应的量子效率或者光谱响应度更高，而远离的则相对较低。这就造成在光电二极管的响应光谱范围内，短波长谱段与长波长谱段的响应度数值差别很大。尽管可以通过后端的图像加权融合，但是不同波段响应度的较大差异还是会造成信息的丢失，从而产生图像的失真。
还有一些通过刻蚀工艺制备出台阶结构来满足不同波长光子吸收深度差异的问题，但是，台阶结构一方面增加了工艺的复杂度，所形成的晶圆表面高度差也不利于后续工艺的表面平坦化、3D互连及封装；另一方面，台面结构刻蚀工艺引入的工艺诱导缺陷和表面态会影响探测器的性能，同时侧壁钝化问题也增大了器件表面钝化的工艺难度，使探测器的暗电流易受到钝化质量的限制。
在一些应用场景中，期望探测器需要满足同时在短波长范围和长波长范围都提供较高的光谱响应度。
发明内容
基于此，有必要针对不同波长范围的光子高效探测问题，提供一种光电二极管、电子元件。
本发明的实施方式提供一种光电二极管，该光电二极管包括：第一光子吸收层，具有第一掺杂类型；公共极层，沿第一方向延伸入第一光子吸收层，具有第二掺杂类型；以及第二光子吸收层，沿第一方向延伸入公共极层，具有第一掺杂类型。
本发明提供的光电二极管能够对短波长光和长波长光进行探测。该光电二极管具有较高的光谱响应率及量子效率。此外，该光电二极管适于被可靠、容易地制造，保证其使用寿命和使用性能。
在一些实施方式中，第二光子吸收层与第一光子吸收层被公共极层隔开，公共极层包括与第二光子吸收堆叠的第一公共极区和与第二光子吸收层并列的第二公共极区；光电二极管还包括第一收集电极、第二收集电极及公共电极，第一收集电极、第二收集电极及公共电极位于第二光子吸收层沿第一方向背向第一光子吸收层的一侧；第一收集电极与第一光子吸收层电连接，第二收集电极与第二光子吸收层电连接，公共电极与公共极层的第二公共极区电连接。
如此设置，可以较容易地形成同侧的多个电极，保证光电流的收集。此外，可控制通光面积，保证光电二极管的整体效率。
在一些实施方式中，光电二极管还包括位于第一光子吸收层的第一接触区、位于公共极层的第二接触区及位于第二光子吸收层的第三接触区；第一接触区具有第一掺杂类型且掺杂浓度大于第一光子吸收层的掺杂浓度，用于电连接第一收集电极；第二接触区具有第二掺杂类型且掺杂浓度大于公共极层的掺杂浓度，用于电连接公共电极；第三接触区具有第一掺杂类型且掺杂浓度大于第二光子吸收层的掺杂浓度，用于电连接第二收集电极。
如此设置，可保证电连接的效果，并且配合第一光子吸收层、公共极层及第二光子吸收层的构造关系，保证光电二极管内部结构可以较简洁，保障光电转换效率。此外，可利用较简单的制造工艺形成该光电二极管。
在一些实施方式中，第二光子吸收层与第一光子吸收层电连接，公共极层包括与第二光子吸收层堆叠的第一公共极区和与第二光子吸收层并列的第二公共极区；光电二极管还包括第一收集电极及公共电极，第一收集电极与第一光子吸收层电连接，公共电极与公共极层的第二公共极区电连接。
如此设置，有助于增大受光区域。
在一些实施方式中，光电二极管还包括掺杂过渡区，掺杂过渡区沿第一方向延伸入第一光子吸收层，且掺杂过渡区与第二光子吸收层形成一体式结构，掺杂过渡区具有第一掺杂类型；第一收集电极电连接在掺杂过渡区处。
如此设置，有助于简化光电二极管的器件结构，也有助于简化后端电路输入端的结构。此外，有助于光电二极管能收集短波光且能收集长波光。
在一些实施方式中，光电二极管还包括衬底、第一增透膜系及第一钝化层，衬底位于第一光子吸收层沿第一方向背向第二光子吸收层的一侧，第一增透膜系和第一钝化层依次堆叠于公共电极沿第一方向背向第一光子吸收层的一侧。
如此设置，适于经过第一钝化层及第一增透膜系向第二光子吸收层射入光，继而第二光子吸收层/第一光子吸收层可以根据入射的光实现光电效应；有利于调节光电二极管的表面状态，增强光的入射效率，继而有助于提升光电二极管的整体效率。第二光子吸收层可用于吸收短波长光，第一光子吸收层可用于吸收长波长光。
在一些实施方式中，光电二极管还包括埋层，埋层位于第一光子吸收层内，埋层具有第一掺杂类型且掺杂浓度大于第一光子吸收层的掺杂浓度。
如此设置，可调整第一光子吸收层与公共极层的PN结的耗尽区宽度，提高第一光子吸收层内光生载流子的收集效率，例如向第一收集电极收集。
在一些实施方式中，埋层靠近衬底而远离公共极层。
如此设置，可在第一光子吸收层内有效地利用所设置的埋层，对耗尽区宽度进行调制，抑制暗电流，并且保证光谱响应度较高。此外，还可以利用埋层的低电阻率，减小光生载流子的渡越时间，从而在一定程度上提高量子效率或光子吸收效率。
在一些实施方式中，埋层沿第一方向的投影覆盖公共极层及掺杂过渡区。
如此设置，保证公共极层与第一光子吸收层的耗尽区被调制范围，可以控制耗尽区宽度，限制暗电流。另外，埋层的设置方式有助于提高载流子收集效率。
在一些实施方式中，光电二极管还包括钝化膜，钝化膜位于第一光子吸收层沿第一方向背向第二光子吸收层的一侧。
如此设置，可经过钝化膜向第一光子吸收层射入光，继而第一光子吸收层/第二光子吸收层可以根据入射的光实现光电效应。第一光子吸收层可用于吸收短波长光，第二光子吸收层可用于吸收长波长光。钝化膜有利于调节光电二极管的界面状态，保证光电转换效率。
示例性地，光电二极管还包括第二增透膜系及第二钝化层，第二增透膜系和第二钝化层依次堆叠于钝化膜沿第一方向背向第二光子吸收层的一侧。
如此设置，可经过第二钝化层和第二增透膜系向第一光子吸收层射入光，增强光的入射效率，继而有助于提升光电二极管的整体效率，并保护光电二极管的整体结构。
本发明的实施方式提供一种电子元件，该电子元件包括：电路；及前述的光电二极管，与电路电连接。
该电子元件可利用光电二极管在电路中形成信号，光谱响应范围广，性能好，反应精确。
示例性地，该电路适于受控地短接公共极层与第一光子吸收层，或受控地短接公共极层与第二光子吸收层。
如此可适应不同的使用场景。
在另一方面，本发明的实施方式提供一种用于制造光电二极管的方法，该方法包括：形成第一光子吸收层，第一光子吸收层具有第一掺杂类型；形成公共极层，公共极层沿第一方向延伸入第一光子吸收层，具有第二掺杂类型；以及形成第二光子吸收层，第二光子吸收层沿第一方向延伸入公共极层，具有第一掺杂类型。
本发明提供的用于制造光电二极管的方法易于实施，形成的光电二极管表面平整，适于配合前后道工序，形成的结构稳定、性能稳定。
附图说明
图1为本发明的实施方式提供的一种光电二极管的结构示意图；
图2为本发明的实施方式提供的光电二极管的结构示意图；
图3为本发明的实施方式提供的光电二极管的结构示意图；
图4为本发明的实施方式提供的光电二极管的投影示意图；
图5为本发明的实施方式提供的光电二极管的投影示意图；
图6为本发明的实施方式提供的光电二极管的结构示意图；
图7为本发明的实施方式提供的电子元件的示意性结构框图；
图8为本发明的实施方式提供的用于制造光电二极管的方法的示意性流程图。
附图标记说明：1、第一光子吸收层；10、第一接触区；11、掺杂过渡区；2、第二光子吸收层；20、第三接触区；3、公共极层；31、第一公共极区；32、第二公共极区；30、第二接触区；4、电极层；41、第一收集电极；42、第二收集电极；43、公共电极；5、衬底；6、埋层；7、钝化膜；
100、光电二极管；200、电路；300、电子元件。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明的实施方式。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明的实施方式不受下面公开实施方式的具体实施例的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“垂直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明的实施方式和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的实施方式的限制。
在本文中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。示例性地，第一光子吸收层也可被称作第二光子吸收层，第二光子吸收层也可被称作第一光子吸收层。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是柔性连接，也可以是沿至少一个方向的刚性连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或者使直接相连同时存在中间媒介，还可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。术语“安装”、“设置”、“固定”等可以广义理解为连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本文中所使用的，术语“层”、“区”指代包括具有一定厚度的区域的材料部分。层能够水平地、垂直地和/或沿着锥形表面延伸。层能够是均匀或不均匀连续结构的区域，其垂直于延伸方向的厚度可不大于连续结构的厚度。层能够包括多个层。附图中各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性地，实际可能因制造公差或技术限制而有所偏差，并可根据实际需求而调整设计。
参阅图1，图1示出了本发明的实施例中的光电二极管。本实施例提供的光电二极管100包括第一光子吸收层1、第二光子吸收层2及公共极层3。
第一光子吸收层1可具有第一掺杂类型，如空穴型掺杂。示例性地，第一光子吸收层1具有P-型掺杂。第一光子吸收层1的材料可包括硅、锗、Ⅲ-Ⅴ族化合物如砷化铟镓及Ⅱ-Ⅵ族化合物等的至少一种。
公共极层3沿Z轴方向延伸入第一光子吸收层1，Z轴方向可称为第一方向。公共极层3可具有第二掺杂类型，例如电子型掺杂。示例性地，公共极层3具有n型掺杂。公共极层3与第一光子吸收层1可形成pn结。如图1所示，公共极层3的顶面可与第一光子吸收层1的顶面齐平。
第二光子吸收层2沿Z轴方向延伸入公共极层3。如图1所示，示例性地，第二光子吸收层2与第一光子吸收层1可被公共极层3隔开。在Z轴的垂面内公共极层3围绕第二光子吸收层2。第二光子吸收层2可具有第一掺杂类型，其与第一光子吸收层1的掺杂类型相同，而与公共极层3的掺杂类型不同。示例性地，第二光子吸收层2具有P型掺杂。第二光子吸收层2与公共极层3可形成PN结。如图1所示，第二光子吸收层2的顶面可与第一光子吸收层1的顶面齐平。
在另一些实施例中，第一光子吸收层1和第二光子吸收层2可为电子型掺杂，公共极层3可为空穴型掺杂。
本实施方式提供的光电二极管100可用于吸收光并产生光电效应。如图1所示，该光电二极管100的上端可称为正面，下端可称为背面，继而该光电二极管100可以为正面入射式光电二极管。光电二极管100正面入射光可包括短波长光L1，该短波长光L1可在第二光子吸收层2处激发出光电流。光电二极管100正面入射的光可包括长波长光L2，该长波长光L2可在第一光子吸收层1处激发出光电流。
示例性地，光电二极管100可包括衬底5，衬底5可具有P+型掺杂。第一光子吸收层1可生长于衬底5。换言之，衬底5位于第一光子吸收层沿Z轴方向背向第二光子吸收层2的一侧。正面入射式光电二极管的制造工艺简单且易于可靠地实施。
本发明提供的光电二极管可对短波长光及长波长光均实现有效的吸收、响应，提供较高的光谱响应度及量子效率，该光电二极管可以减小不同谱段响应度数值上的差异。此外，还可以用于分别提取不同谱段的光电流信号。
示例性地，光电二极管100还包括电极层4，电极层4可以为互连层，用于传输电信号。电极层4可包括绝缘层和设置于绝缘层内的第一收集电极41、第二收集电极42及公共电极43。第一收集电极41、第二收集电极42及公共电极43位于第二光子吸收层2沿Z轴方向背向第一光子吸收层1的一侧。
第一收集电极41与第一光子吸收层1电连接。第二收集电极42与第二光子吸收层2电连接。公共电极43与公共极层3电连接。示例性地，第一收集电极41可包括金属图形和至少一个金属触点，金属图形通过金属触点实现与第一光子吸收层1电连接。图1示出了电极层4的示意性剖视结构，例如公共电极43的金属图形可环绕第二光子吸收层2，多个金属触点可欧姆接触于公共极层3的不同位置。电极层4易于稳定可靠地形成，且可以有效地收集光电流。
公共极层3可包括第一公共极区31和第二公共极区32，第一公共极区31与第二光子吸收层2沿Z轴方向堆叠，第二公共极区32与第二光子吸收层2可并列设置。公共电极43可电连接在第二公共极区32。
示例性地，光电二极管100包括第一接触区10、第二接触区30及第三接触区20。第一接触区10位于第一光子吸收层1，用于电连接第一收集电极41，例如实现欧姆接触；第二接触区30位于公共极层3，用于电连接公共电极43；第三接触区20位于第二光子吸收层2，用于电连接第二收集电极42。示例性地，第二接触区30位于第二公共极区32。
第一接触区10延伸入第一光子吸收层1，并在Z轴的垂面内例如沿X轴方向与公共极层3被第一光子吸收层1隔开，X轴方向可称第二方向。第一接触区10可具有第一掺杂类型且掺杂浓度大于第一光子吸收层1的掺杂浓度，例如第一接触区具有P++型重掺杂。
示例性地，光电二极管100包括掺杂过渡区11，掺杂过渡区11具有可具有P型掺杂或P+型掺杂。掺杂过渡区11沿Z轴方向延伸入第一光子吸收层1的深度可与第二光子吸收层2的深度相同。第一接触区10延伸入掺杂过渡区11。
第二接触区30延伸入公共极层3，并在Z轴的垂面内例如沿X轴方向被公共极层3包围，第二接触区30与第一光子吸收层1被隔开，且其与第二光子吸收层2也被隔开。第二接触区30具有第二掺杂类型且掺杂浓度大于公共极层3的掺杂浓度。例如第二接触区30具有n++型重掺杂。
第三接触区20延伸入第二光子吸收层2，并在Z轴的垂面内例如沿X轴方向与公共极层3被第二光子吸收层2隔开。第三接触区20具有第一掺杂类型且掺杂浓度大于第二光子吸收层2的掺杂浓度。例如第三接触区20具有P++型重掺杂。
示例性地，光电二极管100包括第一钝化层(未示出)。第一钝化层位于第二光子吸收层2沿第一方向背向第一光子吸收层1的一侧，具体可位于电极层4沿第一方向背向第一光子吸收层1的一侧。第一钝化层可用于保护半导体材料，也可以作为光电二极管100的最外层。第一钝化层所在一面可以为光电二极管100的入光面。
示例性地，光电二极管100还包括第一增透膜系(未示出)。第一增透膜系可堆叠于前述第一钝化层与公共极层3之间，具体可位于第一钝化层与电极层4之间。第一增透膜系可包括至少一层膜层，用于提高光的透光率。
在示例性实施方式中，光电二极管100还包括埋层6。埋层6位于第一光子吸收层1内，埋层6具有第一掺杂类型且掺杂浓度大于第一光子吸收层1的掺杂浓度。例如埋层6具有P+型重掺杂。通过设置埋层6，可在Z轴方向尺寸有限的情况下，调制PN结的耗尽区宽度。
示例性地，埋层6沿Z轴方向的投影覆盖公共极层3。例如，埋层6沿X轴方向的尺寸大于公共极层3的尺寸，且两边均突出于公共极层3，以有效保证对PN结的调制范围。示例性地，埋层6投影覆盖掺杂过渡区11。
示例性地，埋层6可靠近衬底5，并可远离公共极层3，即埋层6与衬底5的距离可小于埋层6与公共极层3的距离。在另一些实施方式中，埋层6可远离衬底5，并可靠近公共极层3；或者埋层6位于衬底5和公共极层3的中央位置。第一光子吸收层1的位于埋层6与公共极层3之间的部分可用于吸收例如长波长光L2，有利于提高光生载流子向第一收集电极41的收集效率。该光电二极管100具有较宽的光谱响应范围，并且具有较高的量子效率及响应度。
如图2所示，图2示出了本发明的实施例中的光电二极管。在一些示例性实施方式中，光电二极管100包括第一光子吸收层1、第二光子吸收层2及公共极层3。公共极层3沿Z轴方向可延伸入第一光子吸收层1，第二光子吸收层2沿Z轴方向可延伸入公共极层3。该光电二极管100的上端可为背面，下端可为正面，继而该光电二极管100可为背面入射式光电二极管。如图2所示，第一光子吸收层1沿Z轴方向的下端、公共极层3的下端及第二光子吸收层2的下端可齐平。
示例性地，光电二极管100还包括第二钝化层(未示出)。第二钝化层位于第一光子吸收层1上侧，即第二钝化层位于第一光子吸收层1沿Z轴方向背向第二光子吸收层2的一侧。示例性地，光电二极管100还包括第二增透膜系(未示出)。第二增透膜系堆叠于第二钝化层和第一光子吸收层1之间。
示例性地，光电二极管100还包括钝化膜7，钝化膜7与第一光子吸收层1之间可包括浅层界面P+重掺杂区。该钝化膜7可位于前述第二增透膜系与第一光子吸收层1之间。钝化膜7可为SiO2介质层，示例性地，钝化膜7为SiO2/Al2O3复合钝化膜系。钝化膜7或第二增透膜系中可引入固定负电荷层。通过设置钝化膜7，可阻止短波长增强pn结的耗尽区接触钝化界面，降低界面态对光电二极管100暗电流性能的影响。
本发明提供的光电二极管100可用于吸收光并产生光电效应。如图2所示，该光电二极管100背面入射光可包括短波长光L1，该短波长光L1可在第一光子吸收层1处激发出光电流。光电二极管100正面入射的光可包括长波长光L2，该长波长光L2可在第二光子吸收层2处激发出光电流。
本发明提供的光电二极管可对短波长光和长波长光均实现有效的吸收，此外，结构简洁易于制造。背面入射式光电二极管具有较大的入射面积，具有较高的光谱响应度及量子效率。
如图3所示，本发明提供一种光电二极管100，该光电二极管100包括第一光子吸收层1、公共极层3及第二光子吸收层2。
第一光子吸收层1与第二光子吸收层2电连接，二者可以直接电连接或间接电连接。示例性地，光电二极管100包括掺杂过渡区11，掺杂过渡区11沿第一方向延伸入第一光子吸收层1，并与第二光子吸收层形成一体式结构。示例性地，第一光子吸收层1通过掺杂过渡区11电连接于第二光子吸收层2。掺杂过渡区11具有第一掺杂类型，其掺杂浓度大于第一光子吸收层1的掺杂浓度。
本发明提供的光电二极管100具有简洁的结构，有助于降低外接电路的复杂程度。
示例性地，光电二极管100可包括第一收集电极41和公共电极43。公共电极43电连接于公共极层3，第一收集电极41与第一光子吸收层1电连接，第一收集电极41还与第二光子吸收层2电连接。
示例性地，公共电极43电连接在公共极层3的第二公共极区32。示例性地，第一收集电极41电连接在掺杂过渡区11处。在一些实施方式中，光电二极管100包括第一接触区10和第二接触区30，第一接触区10用于与第一收集电极41欧姆接触，第二接触区30用于与公共电极43欧姆接触。光电二极管100还可包括埋层6、衬底5及未示出的第一增透膜系和第一钝化层等功能层。
在一些实施例中，图3所示的光电二极管100的各功能层可具有如图4所示的投影关系。掺杂过渡区11位于第二光子吸收层2沿X轴方向的一侧，且二者可通过同一步离子注入工艺形成一体式结构。公共极层3在XY面内的尺寸大于第二光子吸收层2，继而公共极层3的第二公共极区32未被第二光子吸收层2覆盖。第一收集电极41可包括多个金属触点，公共电极43可包括多个金属触点。第二公共极区32及公共电极43三面环绕第二光子吸收层2，有助于保证光电流的传输。
埋层6投影覆盖公共极层3，并投影覆盖掺杂过渡区11。埋层6可完全位于第一光子吸收层1内。
在一些实施例中，图3所示的光电二极管100的各功能层可具有如图5所示的投影关系。第二公共极区32未被第二光子吸收层2覆盖，公共电极43可电连接在第二公共极区32处。掺杂过渡区11可与第二光子吸收层2形成为一体式结构，掺杂过渡区11环绕第二光子吸收层2和公共极层3。第二光子吸收层2具有较大的感光区域。
如图6所示，本发明还提供一种背面射入式的光电二极管。示例性地，光电二极管100可包括第一光子吸收层1、第二光子吸收层2及公共极层3。第一光子吸收层1和第二光子吸收层2电连接。第一光子吸收层1用于吸收短波长光，第二光子吸收层2用于吸收长波长光。
示例性地，图6所示的光电二极管100包括钝化膜7，以改善第一光子吸收层1的界面态。光电二极管100包括第一收集电极41、公共电极43及掺杂过渡区11。掺杂过渡区11可与第二光子吸收层2形成一体式结构，第一收集电极41电连接在掺杂过渡区处，公共电极43电连接在公共极层3的第二公共极区32处。光电二极管100还可包括第一接触区10、第二接触区30及未示出的第一钝化层、第二增透膜系及第二钝化层。
参考图7，图7示出了本发明的实施方式提供的电子元件。在一些实施方式中，电子元件300包括光电二极管100和电路200。光电二极管100和电路200电连接，例如光电二极管的第一收集电极41、第二收集电极42及公共电极43可分别与电路电连接。该电子元件可具有较宽的光谱响应范围，较高的光谱响应度，可避免后端的图像加权融合，并可避免不同波段响应度的较大差异造成的信息丢失或图像失真问题。
示例性地，可通过配置电路200实现对光电二极管100的控制。该电路200可受控地短接公共极层3与第一光子吸收层1，或者，受控地短接公共极层3与第二光子吸收层2。
示例性地，以正面入射式的光电二极管为例，光电二极管100的第一收集电极41和公共电极43可被短接，继而该光电二极管100可用于吸收短波长光；光电二极管100的第二收集电极42和公共电极43可被短接，继而该光电二极管100可用于吸收长波长光。以背面入射式的光电二极管为例，光电二极管100的第一收集电极41和公共电极43可被短接，继而该光电二极管100可用于吸收长波长光；光电二极管100的第二收集电极42和公共电极43可被短接，继而该光电二极管100可用于吸收短波长光。本发明提供的光电二极管100可用于使电子元件300实现分别提取不同谱段的光电流信号。
示例性地，第一收集电极41和第二收集电极42可分别独立设置偏置电压，以提取光电流信号。偏置电压的独立设置，使短(长)波长增强型pn结分别工作在具有最佳光谱响应曲线的工作点。
如图8所示，本发明提供一种用于制造光电二极管的方法1000，该方法1000可包括下述步骤S101至步骤S105。
步骤S101，形成第一光子吸收层。参考图1，第一光子吸收层1具有第一掺杂类型，其可为在衬底5上形成的外延层。需要说明的是，该方法1000每一步形成的结构，在后续步骤中仍可继续进行改造，继而每步形成的结构可视为后步中的预制结构。
步骤S102，形成公共极层。可对第一光子吸收层1进行离子注入，也可以是刻蚀沟槽后填充。公共极层3沿第一方向延伸入第一光子吸收层1，具有第二掺杂类型。
步骤S103，形成第二光子吸收层。第二光子吸收层2沿第一方向延伸入公共极层3，具有第一掺杂类型。可对公共极层3进行离子注入。示例性地，可同步在第一光子吸收层1形成掺杂过渡区11。
本发明提供的用于制造光电二极管的方法形成的光电二极管表面平整，结构稳定、性能稳定。该方法易于实施且可良好地与后道的表面平坦化、3D互连及封装等工序匹配。
在另一些实施方式中，可通过两步外延形成堆叠结构，其中第一介质层具有第一掺杂类型，第一介质层上的第二介质层具有第二掺杂类型。然后对第二介质层的外周部进行离子注入，形成具有第一掺杂类型的阱区，并基于中心部得到公共极层。阱区与第一介质层电连接，共同用于形成第一光子吸收层。
示例性地，用于制造光电二极管的方法1000还包括：通过例如离子注入工艺形成第一接触区10和第三接触区20；及通过例如离子注入工艺形成第二接触区30。
示例性地，步骤S104包括：形成电极层。电极层4可以为多层结构。
步骤S105包括：形成钝化层，具体可包括：形成依次堆叠于电极层第一增透膜系和第一钝化层。
用于制造光电二极管的方法1000还可包括：形成埋层6。示例性地，可通过图形化的掩模进行离子注入工艺，形成埋层6。可通过原位掺杂工艺形成预制埋层；继而通过深阱注入或深沟槽隔离结构将预制埋层分隔出至少一个埋层6。预制埋层可涵盖整个晶圆，而整个晶圆可用于制造至少一个光电二极管100。
在另一些实施方式中，可在前道工艺的基础上制造背面入射式光电二极管，例如步骤S106包括：去除衬底。继而，步骤S106之后执行的步骤S105可以为：依次形成第二增透膜系和第二钝化层。示例性地，步骤S105之前还包括形成钝化膜7的步骤。
示例性地，发明提供的用于制造光电二极管的方法可用于形成如图3所示的光电二极管100。步骤S103包括：通过离子注入工艺形成一体式的掺杂层。该掺杂层包括延伸入公共极层3的第二光子吸收层2和延伸入第一光子吸收层1的掺杂过渡区11。该方法执行简单，适于制造结构简洁的光电二极管100。
以上公开的各实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上公开的实施例中，除非另有明确的规定和限定，否则不限制各步骤的执行顺序，例如可以并行执行，也可以不同次序地先后执行。各步骤的子步骤还可以交错地执行。可以使用上述各种形式的流程，还可重新排序、增加或删除步骤，只要能够实现本发明提供的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
以上公开的实施例仅表达了本发明创造的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明创造的专利保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明创造要求的专利保护范围。因此，本发明创造的专利保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.光电二极管，其特征在于，包括：
第一光子吸收层(1)，具有第一掺杂类型；
公共极层(3)，沿第一方向延伸入所述第一光子吸收层(1)，具有第二掺杂类型；以及
第二光子吸收层(2)，沿所述第一方向延伸入所述公共极层(3)，具有所述第一掺杂类型。
2.根据权利要求1所述的光电二极管，其中，所述第二光子吸收层(2)与所述第一光子吸收层(1)被所述公共极层(3)隔开，所述公共极层(3)包括与所述第二光子吸收层(2)堆叠的第一公共极区(31)和与所述第二光子吸收层(2)并列的第二公共极区(32)；
所述光电二极管还包括第一收集电极(41)、第二收集电极(42)及公共电极(43)，所述第一收集电极(41)、所述第二收集电极(42)及所述公共电极(43)位于所述第二光子吸收层(2)沿所述第一方向背向所述第一光子吸收层(1)的一侧；
所述第一收集电极(41)与所述第一光子吸收层(1)电连接，所述第二收集电极(42)与所述第二光子吸收层(2)电连接，所述公共电极(43)与所述公共极层(3)的第二公共极区(32)电连接。
3.根据权利要求1所述的光电二极管，其中，所述第二光子吸收层(2)与所述第一光子吸收层(1)电连接，所述公共极层(3)包括与所述第二光子吸收层(2)堆叠的第一公共极区(31)和与所述第二光子吸收层(2)并列的第二公共极区(32)；
所述光电二极管还包括第一收集电极(41)及公共电极(43)，所述第一收集电极(41)与所述第一光子吸收层(1)电连接，所述公共电极(43)与所述公共极层(3)的第二公共极区(32)电连接。
4.根据权利要求2或3所述的光电二极管，其中，还包括掺杂过渡区(11)，所述掺杂过渡区(11)沿所述第一方向延伸入所述第一光子吸收层(1)，且所述掺杂过渡区(11)与所述第二光子吸收层(2)形成一体式结构，所述掺杂过渡区(11)具有所述第一掺杂类型；
所述第一收集电极(41)电连接在所述掺杂过渡区(11)处。
5.根据权利要求4所述的光电二极管，其中，还包括衬底(5)、第一增透膜系及第一钝化层，所述衬底(5)位于所述第一光子吸收层(1)沿所述第一方向背向所述第二光子吸收层(2)的一侧，
所述第一增透膜系和所述第一钝化层依次堆叠于所述公共电极(43)沿所述第一方向背向所述第一光子吸收层(1)的一侧。
6.根据权利要求5所述的光电二极管，其中，还包括埋层(6)，所述埋层(6)位于所述第一光子吸收层(1)内，所述埋层(6)具有所述第一掺杂类型且掺杂浓度大于所述第一光子吸收层(1)的掺杂浓度。
7.根据权利要求6所述的光电二极管，其中，所述埋层(6)沿所述第一方向的投影覆盖所述公共极层(3)及所述掺杂过渡区(11)。
8.根据权利要求1所述的光电二极管，其中，还包括钝化膜(7)，所述钝化膜(7)位于所述第一光子吸收层(1)沿所述第一方向背向所述第二光子吸收层(2)的一侧。
9.根据权利要求8所述的光电二极管，其中，还包括第二增透膜系及第二钝化层，所述第二增透膜系和所述第二钝化层依次堆叠于所述钝化膜(7)沿所述第一方向背向所述第二光子吸收层(2)的一侧。
10.电子元件，其特征在于，包括：
电路(200)；及
如权利要求1至9中任一项所述的光电二极管(100)，与所述电路(200)电连接。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311039052.5A CN117012845A (zh) | 2023-08-16 | 2023-08-16 | 光电二极管、电子元件 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202311039052.5A CN117012845A (zh) | 2023-08-16 | 2023-08-16 | 光电二极管、电子元件 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| CN202311039052.5A Pending CN117012845A (zh) | 2023-08-16 | 2023-08-16 | 光电二极管、电子元件 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117012845A (zh) |
-
2023
- 2023-08-16 CN CN202311039052.5A patent/CN117012845A/zh active Pending
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