CN1780007A - 硅光电器件及其制备方法和使用其的图像输入/输出装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制备硅光电器件的方法、通过该方法制备的硅光电器件以及具有该硅光电器件的图像输入和/或输出装置。所述方法包括：制备n型或p型硅基衬底；在所述衬底表面上的一个或多个区域形成多晶硅；对形成所述多晶硅处的衬底表面进行氧化以在所述表面上形成氧化硅层，在所述衬底和所述氧化硅层之间的界面上形成微缺陷弯曲图案，其中，通过在由穿过所述多晶硅中的晶界的氧而加速的氧化工艺期间的氧化，形成所述微缺陷弯曲图案；通过蚀刻所述氧化硅层而显露所述微缺陷弯曲图案；以及通过将所述显露的微缺陷弯曲图案掺杂为与所述衬底相反的类型来形成掺杂区。

Description

硅光电器件及其制备方法和使用其的图像输入/输出装置
技术领域
本发明涉及硅光电器件的制造方法、通过该方法制备的硅光电器件以及具有该硅光电器件的图像输入和/或输出装置。
背景技术
使用硅半导体衬底的优点在于，它提供了优异的可靠性，并且允许在衬底上高度集成逻辑器件、操作器件和驱动器件。此外，由于使用并不昂贵的硅，所以硅半导体材料可以较化合物半导体材料低得多的成本制造高集成度的电路。这就是为什么很多集成电路使用硅作为它们的基础材料的原因。
对此，当前对硅基发光器件制造的研究旨在使得它们与集成电路相兼容，且获得并不昂贵的光电器件。
本申请人已经在2002年4月16日递交的美国专利申请No.10/122,421中提出了一种硅光电器件。该硅光电器件包括超浅掺杂区域，以在硅基衬底的p-n结中形成量子结构。在该器件中，通过在特定的氧化条件下和特定的扩散工艺中的自组装来形成增强波长选择性的表面弯曲即微缺陷的周期。由于这个原因，均匀地制造和复制微缺陷就非常地困难。
如美国专利申请No.10/122,421中所述，硅光电器件由于通过超浅扩散工艺形成的量子结构而具有发光特性和/或光接收特性，其波长是由微缺陷的周期所决定，而该周期是微腔的长度。因此，微缺陷必须以特定周期重复地布置，从而选择所希望的波段。
发明内容
本发明提供了一种制备硅光电器件的方法，以通过控制微腔长度来增加波长选择性。本发明还提供了通过该方法制备的硅光电器件以及具有其的图像输入和/或输出装置。
根据本发明的一个方面，提供了一种制备硅光电器件的方法，包括：制备n型或p型硅基衬底；在所述衬底表面上的一个或多个区域形成多晶硅；对形成所述多晶硅处的衬底表面进行氧化以在所述表面上形成氧化硅层，在所述衬底和所述氧化硅层之间的界面上形成微缺陷弯曲图案，其中，通过在由穿过所述多晶硅中的晶界的氧而加速的氧化工艺期间的氧化，形成所述微缺陷弯曲图案；通过蚀刻所述氧化硅层而显露所述微缺陷弯曲图案；以及通过将所述显露的微缺陷弯曲图案掺杂为与所述衬底相反的类型来形成掺杂区。
形成所述多晶硅可以包括：通过将预定数量的预不定形材料(preamorphization material)注入到所述衬底的区域中来形成非晶硅层；以及通过高温工艺将所述非晶硅层转变为多晶硅。
所述预不定形材料可以是硅离子或惰性元素。
将微缺陷弯曲图案的微缺陷形成来具有用于发射和/或接收特定波长的光的约单一周期。
形成有多晶硅的区域是二维阵列，进行氧化工艺、蚀刻工艺和掺杂工艺来形成硅光电器件的二维阵列。
通过多次重复在所述衬底的多个区域上的多晶硅形成工艺来形成多个不同晶粒大小的多晶硅、由氧化工艺形成具有不同周期的多个微缺陷弯曲图案、和进行蚀刻工艺和掺杂工艺，将所述硅光电器件形成以包括发射和/或接收多个波长的光的多个硅光电元件。
在所述衬底上将一组多个多晶硅形成为二维阵列，进行氧化工艺、蚀刻工艺和掺杂工艺来形成发射和/或接收多个波长的光的硅光电元件的二维阵列。
通过注入不同量的预不定形材料来使所述多个多晶硅形成来具有不同晶粒大小。
预不定形材料是硅离子或惰性元素。
该方法还包括在掺杂区形成电极图案，以电连接到所述掺杂区。
该掺杂区形成来具有量子结构，用于通过在所述掺杂区和所述衬底之间的p-n结处的量子限制效应来产生光电转换效应。
根据本发明的另一个方面，提供了一种由上述方法制备的硅光电器件。
根据本发明的另一个方面，提供了一种输入和/或输出装置，包括：硅光电器件面板，通过将用于输入和/或输出图像的硅光电器件在n型或p型硅基衬底上布置为二维阵列形成，其中所述硅光电器件由上述方法制备的硅光电器件。
可以在所述衬底上形成电极图案用于根据硅光电器件面板每个像素来输入和/或输出图像。
硅光电器件可以包括用于接收和/或发射不同波长的光的多个硅光电元件，并且在所述硅光电面板的每个像素中包括一个硅光电器件。
附图说明
通过参考附图详细地说明本发明的示范性实施例，本发明的上述和其它特征和优点将变得更加清楚，在附图中：
图1到图7示出了根据本发明实施例的硅光电器件的制造工艺；
图8示出了多晶硅的表面；
图9是示出了预不定形材料的注入量和多晶硅晶粒的平均直径的曲线图；
图10示出了微缺陷弯曲图案和超浅掺杂的p-n结区的量子结构；
图11是用于接收和/或发射多个波长的硅光电器件中的一个硅光电器件部分的示意图，该硅光电器件由图1到图7所示的工艺制造；
图12是根据本发明实施例的图像输入和/或输出装置的示意图；
图13是根据本发明实施例的就输入和输出图像的图像输入和/或输出装置的示意图；
图14A和图14B示出根据本发明另一实施例的就输入和输出图像的图像输入和/或输出装置；
图15示出了使用根据本发明的图像输入和/或输出装置的数字电视。
具体实施方式
下面将参考附图对本发明进行更加全面地说明，在附图中示出了制造硅光电器件的方法、由该方法制备的硅光电器件、根据本发明的图像输入/输出装置的示范性实施例。
图1到图7示出了根据本发明实施例的硅光电器件的制造工艺。
参考图1，制备n型或p型硅基衬底1。衬底1可以由含硅的半导体材料，例如Si或SiC制成。衬底1掺杂了n型掺杂剂。硅基晶片可以被用作衬底1。或者，衬底1可以由金刚石制成。
接下来，根据图2A到2E中示出的制备工艺，将多晶硅形成在衬底1的表面的区域。图2A到2E示出了一种方法的实施例，其在衬底1的三个区域上形成具有不同晶粒大小的多晶硅，以获得用于发射和/或接收红、绿和蓝光的不同周期。
参考图2A，第一光致抗蚀剂层11形成在衬底1上以形成如图2E所示的第一多晶硅15。
第一光致抗蚀剂层11形成来在衬底所希望的区域中具有开口，以形成第一多晶硅15。该开口的大小是亚微米的。可以通过在衬底上形成光致抗蚀剂层并蚀刻对应于形成多晶硅区域的每个光致抗蚀剂区域来形成如图2A到2C所示的光致抗蚀剂11、21、31。
在衬底1上形成了光致抗蚀剂层11之后，第一非晶硅13通过将Si预不定形材料经光致抗蚀剂层11的开口注入到衬底1中的任何区域而形成。在形成第一非晶硅13之后，去除光致抗蚀剂层11。该预不定形材料可以基于注入方法而注入。
在去除第一光致抗蚀剂层11之后，第二光致抗蚀剂层21形成在形成有第一非晶硅13的衬底1上，如图2B所示。第二光致抗蚀剂层21也形成有开口，该开口与形成有图2E所示的第二多晶硅25的衬底1的区域相匹配。第二光致抗蚀剂层21的开口与在形成第一多晶硅15的区域中形成的第一非晶硅13间隔开。
形成光致抗蚀剂层21之后，通过光致抗蚀剂层21的开口将预不定形材料注入到衬底1的区域中，从而形成第二非晶硅23。如下面将说明的那样，所注入的用于第二非晶硅23的预不定形材料的量不同于用于第一非晶硅13的数量。在形成第二非晶硅23之后，去除第二光致抗蚀剂层21。
在去除第二光致抗蚀剂层21之后，在形成有第一和第二非晶硅13和23的衬底1上形成第三光致抗蚀剂层31，如图2C所示。第三光致抗蚀剂层31也形成有开口，该开口与形成图2E所示的第三多晶硅35的衬底1的区域相匹配。第三光致抗蚀剂层31的开口与在形成第一和第二多晶硅15和25的区域中形成的第一和第二非晶硅13和23间隔开。
形成光致抗蚀剂层31之后，通过光致抗蚀剂层31的开口将预不定形材料注入到衬底1的区域中，从而形成第三非晶硅33。如下面将说明的那样，所注入的用于第三非晶硅33的预不定形材料的数量不同于用于第一和第二非晶硅13和23的量。在形成第三非晶硅33之后，去除第三光致抗蚀剂层31。
如果去除第三光致抗蚀剂层31，那么就得到了形成第一、第二和第三非晶硅13、23和33的衬底，如图2D所示。如上所述，第一、第二和第三非晶硅13、23和33彼此间隔开。在该示例中，对于第一、第二和第三非晶硅13、23和33，所注入的预不定形材料的数量是不同的。
形成了非晶硅13、23和33之后，将衬底1放置在炉中，并且将炉温上升到例如约1150℃。参考图2E，第一、第二和第三非晶硅13、23和33通过该高温处理转变为了第一、第二和第三多晶硅15、25和35。
如上所述，通过高温处理将非晶硅转变为多晶硅。图8示出了多晶硅的表面。如图8所示，在多晶硅中有许多的晶粒。在后面的氧化工艺中，氧可以很容易地穿过晶粒的边界。即，由在多晶硅中存在晶粒加速了氧化过程。
预不定形材料可以是包括Si2+、Si3+或惰性元素的硅离子。
确定用于形成第一、第二和第三非晶硅13、23和33的预不定形材料的注入量，以使得通过后面高温处理所获得的第一、第二和第三多晶硅15、25和35具有适当的晶粒大小，从而形成的微缺陷具有对应于发射和/或待接收的光的波长的周期。
当注入大量预不定形材料时，多晶硅的晶粒变得较大。当多晶硅包括大的晶粒时，可以形成长周期的微缺陷弯曲图案。
图9是示出了预不定形材料的注入量和多晶硅晶粒的平均直径之间的关系的曲线图。图9的曲线图公开于Journal of Applied Physics 59(2)1986的第2422页。如图9所示，多晶硅中的晶粒大小与预不定形材料的注入量成比例变大。
所以，例如，当期望在第一、第二和第三非晶硅13、23和33的对应区域中形成分别具有发射和/或接收红光R、绿光G和蓝光B的周期的微缺陷弯曲图案时，将数量最大的预不定形材料注入到第一非晶硅13中，将数量最小的预不定形材料注入到第三非晶硅33中。在该示例中，形成在第一非晶硅13上的第一多晶硅15具有最大的晶粒大小，由此，形成具有最长周期的微缺陷弯曲图案用于发射和/或接收波长最长的红光。对此将在下面更加详细地说明。形成在第二非晶硅23上的第二多晶硅25可以形成有一尺寸，以用于形成具有发射和/或接收绿光的周期的微缺陷弯曲图案。形成在第三非晶硅33上的第三多晶硅35可以形成有一尺寸，以用于形成具有发射和/或接收蓝光的周期的微缺陷弯曲图案。
当硅光电器件形成为二维阵列时，第一、第二和第三非晶硅13、23和33的组形成为对应于硅光电器件的二维阵列的二维阵列结构。可以以多种方式对第一、第二和第三非晶硅13、23和33的区域的布置进行改变。可以通过形成二维阵列的第一、第二和第三非晶硅13、23和33，由高温过程来将非晶硅转变为多晶硅，并且进行氧化工艺、蚀刻工艺、掺杂工艺和电极图案化工艺，获得了用于输入和/或输出对应于基于像素单元的色彩图像信号的面板，对于上述工艺将在下面说明。
在形成了多晶硅之后，如图4所示，进行氧化工艺，即干氧化工艺来在形成有第一、第二和第三多晶硅15、25和35的衬底表面上形成氧化硅层(SiO2)40。
氧化工艺可以是在例如约1150℃的高温下，在含有O2和Cl2的气氛中的干氧化工艺。该干氧化工艺要进行几个小时到几十个小时。该氧化工艺也可以是湿氧化工艺。
对于该氧化工艺，基本上将氮气注入到真空腔中以设定真空腔的内压。该真空腔的内压通过使用氧气O2和氮气N2来设定。与氧气O2相比较少的例如约5％的氯气Cl2包括在该真空腔中。
在形成氧化硅层40时，由于氧气通过多晶硅中的晶界加快了氧化的进行，所以在氧化硅层40和衬底1之间的界面上形成了微缺陷弯曲图案。该与多晶硅的氧化相关的技术公开在“Silicon Processing for the VLSI，Era vol.1-Process Technology，page.298”。在该文献中，其假设在晶界存在的应力加速了氧化。
在干氧气工艺期间，氯气增加了氧化的速率。即，氯气加速了在氧化物层即氧化硅层40和硅层即衬底1之间的界面上的氧化剂的反应或扩散。氯气俘获和中和在被氧化层中的氮污染。氯气也吸收来自硅层的金属杂质和层错。如果在气氛中包括超过阈值浓度的氯气，那么由于累积气体氧化产物，所以导致在氧化物层和硅层之间的界面上形成了额外的相。所以，在氧化物层和硅层之间的界面(SiO2/Si)变得更加粗糙。
由于存在这些氯气则使得氧化物层和硅层之间的界面变得更加粗糙，确保能够获得微缺陷弯曲图案和形成高质量的氧化硅层40。
再次参考图3，第一、第二和第三多晶硅15、25和35具有不同的晶粒大小。图3的放大部分示例性地示出了这一工艺，当第一多晶硅15具有大的晶粒15a和第三多晶硅35具有小的晶粒35a时，通过经晶粒15a、25a和35a的边界的加速氧化，将氧化硅层40和衬底1之间的界面氧化来形成具有对应于晶粒大小的周期的微缺陷弯曲图案。如图3所示例性示出的，当第一多晶硅15具有大的晶粒15a和第三多晶硅35具有小的晶粒35a时，在形成有第一多晶硅15的界面处形成长周期的第一微缺陷弯曲图案51，在形成第三多晶硅35的界面处形成短周期的第三微缺陷弯曲图案53。第二多晶硅25例如可以具有小于第一多晶硅15而大于第三多晶硅35的晶粒大小。这里，省略了对于第二多晶硅25和在第二多晶硅25中通过晶界的氧化工艺的说明。
当通过如上所述的氧化工艺将衬底1氧化至恒定厚度来形成衬底1和氧化硅层40的结构时，在形成第一、第二和第三多晶硅15、25和35处的氧化硅层40和衬底1之间的界面(SiO2/Si界面)上形成第一、第二和第三微缺陷弯曲图案51、52和53，如图4的放大部分所示。
由于第一、第二和第三多晶硅15、25和35的晶粒大小不同，所以微缺陷的周期，即在第一、第二和第三微缺陷弯曲图案中的微腔长度不同。
第一微缺陷弯曲图案51区域的微缺陷例如形成来具有发射和/或接收红光R波长区域的周期。第二微缺陷弯曲图案52区域的微缺陷例如形成来具有发射和/或接收绿光G波长区域的周期。第三微缺陷弯曲图案53区域的微缺陷例如形成来具有发射和/或接收蓝光B波长区域的周期。
在进行了如上所述的氧化工艺之后，进行蚀刻工艺，如图5A和5B所示。即，将形成第一、第二和第三多晶硅15、25和35处的氧化硅层40的区域蚀刻以显露出位于氧化硅层40和衬底1之间的界面上的第一、第二和第三微缺陷弯曲图案40a、40b和40c。所显露的区域比形成第一、第二和第三多晶硅15、25和35的区域要大。在图5A和5B中，夸大了第一、第二和第三微缺陷弯曲图案。
参考图5A，将光致抗蚀剂层60形成在氧化硅层上，并图案化来显露对应于氧化硅层40的第一、第二和第三多晶硅15、25和35的区域。在图案化之后，所将所显露的氧化硅层40的区域蚀刻，然后去除光致抗蚀剂层60。于是，这就获得了具有通过去除形成有第一、第二和第三多晶硅15、25和35处的氧化硅层40的区域所获得的具有开口40a、40b和40c的氧化硅层40的图案，如图5B所示。
参考图6，在对氧化硅层40图案化之后，采用与衬底1的类型相反的掺杂剂，并使用氧化硅层40作为掩模来将第一、第二和第三微缺陷弯曲图案51、52和53掺杂至10到20nm的深度，由此形成第一、第二和第三掺杂区71、73和75。
当例如通过非均衡扩散工艺经氧化硅层40的开口40a、40b和40c将比如硼或磷的掺杂剂注入到衬底1中时，沿第一、第二和第三微缺陷弯曲图案51、52和53的表面形成了与衬底1的类型相反的例如p+型的超浅掺杂区。
于是，在掺杂区和衬底1之间的p-n结处形成了具有量子结构的第一、第二和第三掺杂区71、73和75。在图6的放大部分示出了在衬底和第一掺杂区71之间的p-n结。在图6中，夸大了第一、第二和第三微缺陷弯曲图案51、52和53和第一、第二和第三掺杂区71、73和75。图10示出了微缺陷弯曲图案和超浅掺杂的掺杂区的p-n结的量子结构。
虽然这里使用非均衡扩散工艺来形成在p-n结具有量子结构的超浅掺杂区71、73和75，但是也可以使用比如注入的其它工艺，同时，掺杂区域可以形成至所希望的浅的深度。
衬底1可以掺杂为p型，而第一、第二和第三掺杂区71、73和75可以掺杂为n+型。
如上所述，当控制掺杂工艺使得掺杂区形成为超浅深度时，包括量子阱、量子点和量子线中至少一个的量子结构形成在衬底1的掺杂区域之间的界面，即p-n结处。所以，在p-n结处发生了量子限制相应，由此显示出光电转换效应。
量子阱大部分形成在p-n结区域。量子点或量子线可以形成在p-n结区域。包括量子阱、量子点和量子线中的两个或多个的复合结构也可以形成在p-n结处。
在p-n结的量子结构，相反导电类型的掺杂区域彼此交替。阱和势垒的大小分别例如是约2nm和1nm厚。
这些用于形成在p-n结的量子结构的超浅掺杂可以通过最优地控制扩散温度和由于微缺陷弯曲图案的结构而表面的变形的势能而实现。
通过在扩散期间适当的扩散温度和由于沿衬底的表面形成的微缺陷弯曲图案的变形的势能，可以将扩散分布的厚度调节至10-20nm。通过由此形成的超浅扩散分布，形成了量子结构。
如扩散技术领域所知的，当氧化硅层40超过适当的厚度例如几千埃()或扩散温度较低时，空位主要影响扩散，导致深的扩散。另一方面，当氧化硅层40比适当厚度要薄或扩散温度较高时，硅自间隙(self-interstitial)主要影响扩散，由此形成深的扩散。
扩散机制主要包括通过自间隙的踢出(kick-out)机制和通过空位的空位机制。氧化硅层40起到提供影响扩散的自间隙的源的作用。当氧化硅层40较薄时，扩散主要由通过自间隙的踢出机制产生，当氧化硅层40较厚时，由于自间隙的供应量很少，所以扩散主要通过空位机制而产生。在上述两种情形中，当Si的自间隙或空位的效应表现得强烈时，那么产生深的扩散。
但是，当氧化硅层40形成至适当的厚度以产生相似比率的Si自间隙和空位时，Si自间隙和空位的组合不会加速掺杂剂的扩散。于是，完成了超浅掺杂。这里所使用的空位和自间隙的物理性质在扩散技术领域中是公知的，并因此省略了对它们的详细说明。
当满足空位和硅自间隙不会影响掺杂剂扩散的条件满足时，可以完成几十个nm深的超浅掺杂深度。
通过上述的掺杂工艺，第一、第二和第三掺杂区71、73和75通过氧化硅40图案的开口40a、40b和40c形成在第一、第二和第三微缺陷弯曲图案51、52和53的区域。在该示例中，由于第一、第二和第三微缺陷弯曲图案51、52和53具有不同的周期，所以第一、第二和第三掺杂区71、73和75形成来具有接收和/或发射例如红R、绿G和蓝B波长的光的周期。
最后，如图7所示，当第一电极图案81形成在衬底1上以电连接到第一、第二和第三掺杂区71、73和75时，可以获得如图7所示的硅光电器件。如图所示，硅光电器件包括用于发射和/或接收三种不同波长的三种硅光电元件的阵列，比如第一硅光电元件I用于红光，第二硅光电元件II用于绿光，第三硅光电元件III用于蓝光。在衬底1的底部上，形成了第二电极(未示出)，即，公共电极。
在根据本发明的硅光电器件的制造方法中，氧化工艺是在形成晶粒大小不同的第一、第二和第三多晶硅15、25和35之后进行的。所以，可以容易地控制微腔长度，并且单一氧化工艺就可以形成具有用于红光波长、绿光波长和蓝光波长的微腔的微缺陷弯曲图案。所以，可以在单一晶片中形成RGB光电器件。另一方面，在通过控制氧化工艺来自然形成微缺陷弯曲图案的传统方法中，难于控制微腔长度，并且用于不同颜色微缺陷弯曲图案必须形成在不同晶片上，这种方法在美国专利申请No.10/122,421中公开了。此外，必须进行三个氧化工艺以形成用于红、绿和蓝光的微缺陷弯曲图案。因此，传统方法花费了本发明三倍的时间来进行氧化工艺。因此，由于需要长时间的氧化工艺的数量减少了，所以根据本发明的方法可以快速地制造硅光电器件。
而且，在通过控制氧化工艺的条件使微缺陷弯曲图案沿衬底的表面自组装的情形中，R、G和B的样品必须分开制备，然后组装起来以提供白光，如美国专利申请No.10/122,421中公开的。在本发明中，用于R、G和B的硅光电器件可以在单一晶片上以图案形式实现。
在上面示出和说明了制造用于在衬底1上接收和/或发射红、绿和蓝光的三种相邻的硅光电器件或三种硅光电器件的二维阵列结构。但是，可以多种方式对衬底1上的硅光电器件的布置进行改变。
此外，可以在衬底1上形成至少一个用于单色光的硅光电器件或其二维阵列结构。例如，通过控制注入到衬底1中用于形成具有对应于所希望的彩色光的晶粒大小的非晶硅的预不定形材料的数量，可以在衬底1上形成用于红、绿或蓝光的硅光电器件。
当在衬底1上形成至少一个用于单色光的硅光电器件或其二维阵列结构时，可以省略如图2B和2C所示的工艺，因为仅形成了一类非晶硅。
图11是用于接收和/或发射多个波长的硅光电器件中的一个硅光电器件部分的示意图，该硅光电器件由图1到图7所示的工艺制造。
参考图11，在形成有掺杂区71、73和75的衬底1的表面上形成第一电极81，而在衬底1的底部上形成第二电极85。对于上述附图共同的参考标号基本上指示相同的构成元件。图11示出了第一电极81由不透明金属形成并且与掺杂区71、73和75的外侧接触。第一电极81也可以由比如氧化铟锡(ITO)的透明电极材料形成。在该情形中，第一电极81可以形成在掺杂区71、73和75的整个表面上。
在图11所示的硅光电器件中，掺杂区71、73和75通过在氧化硅层40和衬底1之间的界面上形成微缺陷弯曲图案来形成，而形成微缺陷弯曲图案则是通过在氧化工艺期间加速通过晶界的氧化，由蚀刻工艺显露所得到的微缺陷弯曲图案，并且超浅掺杂所显露的微缺陷弯曲图案。
由于在掺杂区71、73和75和衬底1之间形成的p-n结具有其中产生和复合电子-空穴对的量子结构，所以本发明的硅光电器件可以用作发光器件和/或接收光的器件。
硅光电器件可以作为如下的发光器件。例如，如果在第一电极81和第二电极85之间施加电源(电压源或电流源)，那么载流子，即电子和空穴被注入到p-n结的量子阱中并在量子阱的子带能级复合(湮灭)。在这种情形中，根据载流子的复合状态，发生在许多波长的电致发光(EL)，由于微缺陷弯曲51、53和55的微缺陷周期(微腔长度)，所以只有特定波长的光被放大和发射。所产生的光的量根据施加在第一电极81和第二电极85之间的电压或电流而变化。
该硅光电器件也可以作为如下的光接收器件。当只有根据人工形成的微缺陷弯曲图案的微缺陷周期的特定波段的光入射在p-n结上，并且在量子阱的p-n结中吸收光子时，激发了在量子阱的子带能级的空穴和电子。所以，当例如负载电阻的外部电路(未示出)连接到输出端子时，输出了与所接收的光的量成比例的电流。
所述的根据本发明的硅光电器件具有高的量子效率，因为在超浅掺杂区71、73和75的p-n结处的电荷分布的势能局部变化导致出现量子限制效应，以及在量子阱中形成了子带能级。
如上所述，用于在不同掺杂区域发射和/或接收红、绿和蓝光的硅光电器件可以如此获得：通过形成第一、第二和第三多晶硅15、25和35，进行氧化工艺以在氧化硅层40和衬底1之间的界面上形成具有对应于红、绿和蓝光波段的第一、第二和第三微缺陷弯曲图案51、52和53，并且进行蚀刻工艺和掺杂工艺。
为了实现彩色图像，通常需要发射和/或接收红、绿和蓝光的硅光电器件。鉴于该要求，在上述的本发明中，图示和描述了用于红、绿和蓝光的硅光电器件的制造方法。但是，这仅仅是一个示例。即，通过控制注入的预不定形材料的数量和进行上述工艺，形成具有不同晶粒大小的多种多晶硅，本发明可以应用于制造用于不只三种波长的硅光电器件。
根据本发明，因为具有所希望的微腔长度的微缺陷弯曲图案可以形成在衬底1上，所以硅光电器件可以制造来具有优异的选择和放大特定波段的特性。
如上所述，在美国专利申请No.10/122,421中公开的传统方法中，并不容易控制微腔长度，因为微腔在工艺期间是自组装的。容易导致用于不同波长的微腔混合，并且不容易定义选择特定波长的工艺条件。
但是，在本发明中，由于通过控制注入的预不定形材料的数量来形成非晶硅，并且通过高温工艺将非晶硅转变为多晶硅，因此获得了具有对应于所希望的波段的晶粒大小的多晶硅。在形成了多晶硅之后，微缺陷弯曲图案形成来具有所希望的微腔长度，因为在氧化工艺期间，经多晶硅的晶界加速氧化。所以，用于特定波段的硅光电器件可以很容易地制造，并且均匀性和再现性得以提高。
特别地，因为在根据本发明实施例的硅光电器件的表面上可以形成具有规则形成的微缺陷的微缺陷弯曲图案，所以可以只过滤特定波段的光。与具有非规则微缺陷图案或平面的结构相比，通过在如上所述的硅光电器件的表面上规则地形成微缺陷，也可以放大特定波段的光或减弱不想要的波段的光。
下面，将说明图像输入和/或输出装置，以作为根据本发明具有硅光电器件阵列的器件的实施例。
图12是根据本发明实施例的图像输入和/或输出装置的示意图。
参考图12，根据本发明实施例的图像输入和/或输出装置包括硅光电器件面板250，其具有形成在n型或p型硅基单一衬底1上的硅光电器件200的二维阵列，每个硅光电器件都导致图像的输入和输出。这里所使用的术语“图像输出”基本上表示图像显示。这里所使用的术语“图像输入”基本上表示通过摄像机拍摄物体来产生电子图像信号。
硅光电器件200包括第一、第二和第三硅光电元件I、II和III，它们根据如图1到图7所示的制造工艺形成，用于发射和/或接收红R、绿G和蓝B光。
因为微缺陷图案的微腔长度以及通过量子限制效应在掺杂区的p-n结处发生电子-空穴对的产生和复合，该掺杂区沿着微缺陷弯曲图案的表面掺杂，所以硅光电器件200的硅光电元件I、II和III的每个都作为特定波段的发射和/或接收器件。
因此，经一系列的半导体制造工艺在单一衬底1上形成硅光电器件200的二维阵列，可以制造用于输入和输出图像的硅光电器件面板250。
在该情形中，在用作硅光电器件面板250的基底的衬底1上构图电极，从而可以在硅光电器件面板250中基于逐个像素来进行图像的输入和/或输出，并因此将所拍摄物体的图像转变为电子图像信号和/或显示二维图像。
因此，通过使用其中以二维阵列布置硅光电器件200的硅光电器件面板250，可以输入和/或输出二维彩色图像。在该情形中，具有用于红、绿和蓝光的第一、第二和第三硅光电元件I、II和III的硅光电器件200包括在每个像素中。
如上所述，在硅光电器件面板250中，对于每个像素p在衬底上构图用于输入和/或输出图像的电极。
通过使用硅光电器件面板250，在没有额外滤色器的情形下就可以提供彩色图像。
在硅光电器件面板250的前表面上还可以包括滤色器(未示出)，以提供清晰的彩色图像。
就输入和/或输出图像而言，本发明的图像输入和/或输出装置可以从如下的多个方面进行修改。就输入和/或输出图像而言，图像输入和/或输出装置的各种变化来源于对控制输入和/或输出图像的电路构造的改变。
即，使用如图13所示的交替布置的图像输入像素和图像输出像素，根据本发明的图像输入和/或输出装置可以形成来输出和输出图像。图13中，由斜线表示的像素是其中本发明的硅光电器件200用作光接收器件的图像输入像素。由空白方块表示的像素是其中本发明的硅光电器件200用作发光器件的图像输出像素。
如图13所示，本发明的图像输入和/或输出装置以如此的方法形成，使得硅光电器件面板250的一些硅光电器件200输入图像，而其它的则输出图像。
图像输入像素和图像输出像素可以有各种布置。例如，设置在硅光电器件面板250的某些区域的像素可以被用作图像输入像素，而其它像素可以被用作图像输出像素。
由于硅光电器件200可以被用作发光和光接收器件，所以在根据本发明的图像输入和/或输出装置中当需要时，图像输入像素和图像输出像素可以切换，并且图像输入像素和图像输出像素的数目也可以改变，在该装置中图像的输入和输出是通过如图13所示的不同硅光电器件200来进行的。这可以通过适当地指定根据本发明的图像输入和/或输出装置的驱动和/或控制电路以及算法，使得图像输入像素和图像输出像素根据需要而变化。
根据本发明的图像输入和/或输出装置可以这样的方式形成，使得通过硅光电器件面板250的同一硅光电器件200在不同时刻进行图像的输入和输出，如图14A和图14B所示。图14A示出了根据本发明的图像输入和/或输出装置的硅光电器件面板250的图像输入状态，而图14B示出了根据本发明的图像输入和/或输出装置的硅光电器件面板250的图像输出状态。
尽管已经参考本发明的示范性实施例具体地示出和说明了根据本发明的图像输入和/或输出装置，但是可以对其进行各种变化而不同脱离本发明的范围。
由于如上所述的根据本发明的图像输入和/或输出装置可以通过屏幕直接输出光学信息，所以它可以用于互动视觉通信和/或双向信息传递的设备中，比如计算机监视器、电视，或具体而言数字电视和手持终端。
在这种情形中，由于根据本发明的图像输入和/或输出装置允许在单一面板中进行图像的输入和输出，所以不需要用于视觉通信的单独的摄像机。
手持终端可以是各种便携通信设备，比如移动电话和个人数字助理(PDA)。
另外，由于根据本发明的图像输入和/或输出装置允许在单一面板中进行图像的输入和输出，所以可以摄影和传输操作者的整个脸。因此，可以提高视觉通信的鲜明性。
迄今为止，已经参考包括具有硅光电器件的二维阵列的单一硅光电器件面板的图像输入和/或输出装置对本发明进行了说明，但是本发明并不限于此。即，根据本发明的图像输入和/或输出装置可以包括多个硅光电器件面板的组合以提供更大的屏幕。
图15示出了使用根据本发明的图像输入和/或输出装置的数字电视。
参考图15，根据本发明的图像输入和/或输出装置可以用在数字电视300中，数字电视300允许使用光学无线遥控器350将信息输入到屏幕300并且选择菜单。该光学无线遥控器350在特定区域内发射一束光，类似于光标。当光信号照射到屏幕310的特定区域例如菜单330上时，在该区域的硅光电器件接收该光信号。根据所接收的光信号，可以改变数字电视的频道或在互联网上工作。
此外，根据本发明的图像输入和/或输出装置可以应用于各种需要双向光信息传输的设备。
由上述说明可以知道，因为在形成不同晶粒大小的多个多晶硅来形成具有对应于所需波长的不同微腔长度的微缺陷弯曲图案之后进行氧化工艺，所以根据本发明能够容易地控制微腔长度。因此，根据本发明，实现了具有高波长选择性的硅光电器件。
此外，根据本发明，在通过控制多个区域注入的不定形材料的数量形成不同晶粒大小的多晶硅之后，通过氧化工艺、蚀刻工艺和掺杂工艺可以实现在相邻区域中发射和/或接收不同波长的光的硅光电器件。
因此，由于可以容易地控制微腔长度，并且适于红、绿和蓝光的微缺陷图案可以通过单一氧化工艺形成，所以用于发射和/或接收红、绿和蓝光的硅光电器件可以在单一晶片上实现。
而且，由于根据本发明的硅光电器件可以用作发光器和光接收器件，所以可以在制造能够在单一面板上显示图像和/或输入图像或光学信息的图像输入和/或输出装置。
尽管已经参考本发明的示例性实施例具体示出和描述了本发明，但是本领域的普通技术人员可以理解，可以进行各种不脱离权利要求所定义的本发明的范围的各种形式和细节上的修改。
本申请要求于2004年11月24日向韩国知识产权局递交的韩国专利申请第10-2004-0097007号的优先权，将该申请所公开的内容以引用方式结合于此。

Claims (24)

1、一种制备硅光电器件的方法，包括：
制备n型或p型硅基衬底；
在所述衬底表面上的一个或多个区域形成多晶硅；
对形成所述多晶硅处的衬底表面进行氧化以在所述表面上形成氧化硅层，在所述衬底和所述氧化硅层之间的界面上形成微缺陷弯曲图案，其中，通过在由穿过所述多晶硅中的晶界的氧而加速的氧化工艺期间的氧化，形成所述微缺陷弯曲图案；
通过蚀刻所述氧化硅层而显露所述微缺陷弯曲图案；以及
通过将所述显露的微缺陷弯曲图案掺杂为与所述衬底相反的类型来形成掺杂区。
2、根据权利要求1的方法，其中形成所述多晶硅包括：
通过将预定数量的预不定形材料注入到所述衬底的区域中来形成非晶硅层；以及
通过高温工艺将所述非晶硅层转变为多晶硅。
3、根据权利要求2的方法，其中所述预不定形材料是硅离子或惰性元素。
4、根据权利要求2的方法，其中所述微缺陷弯曲图案的微缺陷形成来具有用于发射和/或接收特定波长的光的约单一周期。
5、根据权利要求4的方法，其中形成有所述多晶硅的区域是二维阵列，进行氧化工艺、蚀刻工艺和掺杂工艺来形成硅光电器件的二维阵列。
6、根据权利要求2的方法，其中通过多次重复在所述衬底的多个区域上的多晶硅形成工艺来形成多个不同晶粒大小的多晶硅、由氧化工艺形成具有不同周期的多个微缺陷弯曲图案、和进行蚀刻工艺和掺杂工艺，将所述硅光电器件形成以包括发射和/或接收多个波长的光的多个硅光电元件。
7、根据权利要求6的方法，其中在所述衬底上将一组多个多晶硅形成为二维阵列，进行氧化工艺、蚀刻工艺和掺杂工艺来形成发射和/或接收多个波长的光的硅光电元件的二维阵列。
8、根据权利要求6的方法，其中通过注入不同量的预不定形材料来使所述多个多晶硅形成来具有不同晶粒大小。
9、根据权利要求8的方法，其中所述预不定形材料是硅离子或惰性元素。
10、根据权利要求6的方法，其中所述预不定形材料是硅离子或惰性元素。
11、根据权利要求6的方法，其中所述氧化工艺在含有氧气和氯气的气氛中进行。
12、根据权利要求1的方法，其中所述氧化工艺在含有氧气和氯气的气氛中进行。
13、根据权利要求1到12中任一的方法，还包括在掺杂区形成电极图案，以电连接到所述掺杂区。
14、根据权利要求1到12中任一的方法，其中所述掺杂区形成来具有量子结构，用于通过在所述掺杂区和所述衬底之间的p-n结处的量子限制效应产生光电转换效应。
15、根据权利要求14的方法，其中所述掺杂区使通过掺杂剂的非均衡性形成的。
16、一种根据权利要求1到12中任一的方法所制备的硅光电器件。
17、根据权利要求16的硅光电器件，其中所述掺杂区形成来具有量子结构，用于通过在所述掺杂区和所述衬底之间的p-n结处的量子限制效应产生光电转换效应。
18、根据权利要求17的硅光电器件，其中所述掺杂区通过掺杂剂的非均衡性形成。
19、根据权利要求16的硅光电器件，还包括在掺杂区形成电极图案，以电连接到所述掺杂区。
20、一种输入和/或输出装置，包括：
硅光电器件面板，通过将用于输入和/或输出图像的硅光电器件在n型或p型硅基衬底上布置为二维阵列形成，
其中，所述硅光电器件是根据权利要求16的硅光电器件。
21、根据权利要求20的输入和/或输出装置，其中所述掺杂区形成来具有量子结构，用于通过在所述掺杂区和所述衬底之间的p-n结处的量子限制效应产生光电转换效应。
22、根据权利要求21的输入和/或输出装置，其中所述掺杂区使通过掺杂剂的非均衡性形成的。
23、根据权利要求20的输入和/或输出装置，其中在所述衬底上形成电极图案以从硅光电器件面板根据每个像素输入和/或输出图像。
24、根据权利要求20的输入和/或输出装置，其中所述硅光电器件包括用于接收和/或发射不同波长的光的多个硅光电元件，并且在所述硅光电面板的每个像素中包括一个硅光电器件。
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