TW202010141A - 檢光二極體及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

一種檢光二極體，係包括：一基板，該基板之側面為一呈斜面之入光面；以及一磊晶層，係設置於該基板之上方。本發明亦同時提出一種檢光二極體之製造方法，係包括：提供一基板；形成一磊晶層於該基板上；以及使該基板側邊形成一呈斜面之入光面。本發明另提出一種檢光二極體之製造方法，係包括：提供一基板；形成一蝕刻停止層於該基板上；形成一磊晶層於該蝕刻停止層上；以及以一藥劑蝕刻該基板側邊以形成一呈斜面之入光面。藉此，本發明之檢光二極體在側面耦光時具有優良之響應度。

Description

檢光二極體及其製造方法
本發明係關於一種檢光二極體及其製造方法，特別是一種可增加側面收光之響應度的檢光二極體及其製造方法。
檢光二極體(Photodiode)是一種將光訊號轉變為電訊號的半導體元件，常見應用有太陽能電池、電荷耦合元件(CCD)等。常見的檢光二極體有PN型、PIN型、雪崩型(Avalanche)等型式。
以PN型的檢光二極體為例，其工作原理是將一PN接面施以一反向偏壓以及內建一電場，當光照射在PN接面之空乏區，則光子中的能量可給予一受束縛之電子，使其克服能隙(energy gap)，從價帶(valence band)躍升至傳導帶(conduction band)。電子進入傳導帶之後，價帶中則產生電洞，形成一組電子電洞對，電子電洞受到電場的驅動便產生光電流，並可在外接電路與負載上輸出電壓，完成了光訊號轉換成電訊號的過程。
然而，習知之檢光二極體多為正面耦光及背面耦 光，而雖有部分檢光二極體可從側面耦光，惟仍有收光面積小造成響應度不足的缺點，因此做為光感測器時，未能有效轉換來自側面的光線。
因此，有必要提出一種發明以改善上述問題。
本發明為解決習知技術之問題所採用之技術手段為提供一種檢光二極體，係包括：一基板，該基板之側面為一呈斜面之入光面；以及一磊晶層，係設置於該基板之上方。
在本發明的檢光二極體的一實施例中，其中該入光面與該基板之法線之夾角為25度至75度。
在本發明的檢光二極體的一實施例中，其中該入光面與該基板之法線之夾角為30度至60度。
在本發明的檢光二極體的一實施例中，其中該入光面與該基板之法線之夾角為45度。
在本發明的檢光二極體的一實施例中，更包括一蝕刻停止層，該蝕刻停止層係設置於該基板及該磊晶層之間。
在本發明的檢光二極體的一實施例中，更包括一抗反射層，係設置於該磊晶層上方，且該抗反射層係為金屬合金。
在本發明的檢光二極體的一實施例中，其中該金屬合金包括Ti、Pt、Au及AuGeNi。
本發明亦提供一種檢光二極體之製造方法，係包 括：提供一基板；形成一磊晶層於該基板上；以及使該基板側邊形成一呈斜面之入光面。
在上述製造方法之一實施例中，其中形成該呈斜面之入光面的方式係以機械加工切割而成。
在上述製造方法之一實施例中，其中形成該呈斜面之入光面的方式為先以機械加工切割該磊晶層之P型半導體層至一預定深度，而後加入一藥劑以蝕刻形成該入光面。
在上述製造方法之一實施例中，其中該入光面與該基板之法線之夾角為25度至75度。
在上述製造方法之一實施例中，其中該入光面與該基板之法線之夾角為30度至60度。
在上述製造方法之一實施例中，其中該入光面與該基板之法線之夾角為45度。
在上述製造方法之一實施例中，更包括形成一抗反射層於該磊晶層上，且該抗反射層係為金屬合金。
在上述製造方法之一實施例中，其中該金屬合金包括Ti、Pt、Au及AuGeNi。
本發明另提供一種檢光二極體之製造方法，係包括：提供一基板；形成一蝕刻停止層於該基板上；形成一磊晶層於該蝕刻停止層上；以及以一藥劑蝕刻該基板側邊以形成一呈斜面之入光面。
在上述製造方法之一實施例中，其中該入光面與 該基板之法線之夾角為25度至75度。
在上述製造方法之一實施例中，其中該入光面與該基板之法線之夾角為30度至60度。
在上述製造方法之一實施例中，其中該入光面與該基板之法線之夾角為45度。
在上述製造方法之一實施例中，更包括形成一抗反射層於該磊晶層上，且該抗反射層係為金屬合金。
在上述製造方法之一實施例中，其中該金屬合金包括Ti、Pt、Au及AuGeNi。
透過本發明之技術手段，提出一種檢光二極體及其製造方法，利用位於該基板側面形成的呈斜面之入光面，使得檢光二極體從側面耦光時亦具有十分高的響應度，具有更加廣泛之應用層面。
100‧‧‧檢光二極體
1‧‧‧基板
11‧‧‧入光面
2‧‧‧磊晶層
3‧‧‧蝕刻停止層
41‧‧‧電極
42‧‧‧電極
5‧‧‧抗反射層
6‧‧‧鈍化層
A1~A3‧‧‧步驟
B1~B4‧‧‧步驟
θ‧‧‧夾角
L‧‧‧光線
第1A圖係為本發明之檢光二極體之一實施例之示意圖。
第1B圖係為本發明之檢光二極體之另一實施例之示意圖。
第2A圖係為本發明之檢光二極體側面耦光之示意圖。
第2B圖係為本發明之具有另一種傾斜方式的入光面之檢光二極體之側面耦光之示意圖。
第3圖係為本發明之檢光二極體之製造方法之一實施例之流程圖。
第4圖係為本發明之檢光二極體之製造方法之另一實施例之流程圖。
以下根據第1A圖至第4圖說明本發明的實施方式。該圖式以及說明僅為輔助理解本發明，而為本發明之實施例的一種，並非為限制本發明的實施方式。
請參閱第1A圖所示，所揭露的是一種檢光二極體100，係包括：一基板1以及一磊晶層2。
該基板1之材質可為化合物半導體，如：InP、GaAs。
該磊晶層2設置於該基板1上方，包括有P型半導體層及N型半導體層，該磊晶層2之材質可為AlGaAs、AlAs、InGaAs或GaAsP。在一個實施方式中，該P型半導體層是以擴散製程形成於該N型半導體層中。
該基板1之側面為有一呈斜面之入光面11。如第1A圖及第1B圖所示，該入光面11與該基板1之法線之夾角θ為25度至75度。較佳地，該入光面11與該基板1之法線之夾角θ為30度至60度。
該呈斜面之入光面11可使得該檢光二極體100在側面耦光的情形下(如第2A圖所示)具有優良的響應度。檢光二極體之響應度定義為輸入每單位功率之光能所能產生之電流，單位為A/W。一般的習知檢光二極體，其基板未做任何 角度改變，也就是入光面與基板法線為平行0度時，響應度為0.01A/W，而本發明之檢光二極體100，如第2A圖所示，具有呈斜面之入光面11，光線L入射該入光面11之後，會產生折射並於內部反射並到達該磊晶層2中的光吸收層，產生光電流。進一步說明，當該夾角θ為60度時，響應度可達0.5A/W以上；而當該夾角θ為45度時，響應度可達0.65A/W以上。
需詳細說明的是，該呈斜面之入光面11可向兩種方向傾斜，以該基板1指向該磊晶層2之方向為參考，該呈斜面之入光面11可向左傾斜(如第2A圖所示)，或者向右傾斜(如第2B圖所示)。為求表示上的方便，本說明書均以夾角θ表示該呈斜面之入光面11與基板1法線所夾之角度，兩種不同傾斜方式的該夾角θ位置如圖式中所示。
當該入光面11為如第2A圖所示向左傾斜的形式，則從左方入射之光線L折射之後落於中、後(靠近光源)的位置。當該入光面11為如第2B圖所示向右傾斜的形式，則從左方入射之光線L折射之後落於中、前(遠離光源)的位置。本說明書之所提之位置、傾斜方向、光源位置之用語為表示圖式中彼此之相對位置，非侷限於此用語。
該基板1之入光面11可使用機械加工成形。在一個實施例中，係以鑽石刀在該基板1切割出該入光面11。使用機械加工的優點在於容易形成所需之角度，穩定性較高，較不會有均勻性的問題，外觀平整不易有缺陷、膜脫落等問題。
選擇地，該基板1之入光面11亦可使用藥劑蝕刻的方式成形。當選擇以藥劑蝕刻的方式成形該入光面11時，較佳地，如第1B圖所示，該檢光二極體100更包括一蝕刻停止層3，該蝕刻停止層3係形成於該基板1及該磊晶層2之間。該蝕刻停止層3具有保護作用，避免蝕刻的過程深淺不均而破壞該磊晶層2之結構。在一些實施例中，該蝕刻停止層3之材質為InGaAs、InGaP或InGaAsP。
該磊晶層2以及該蝕刻停止層3的成形方式可利用有機金屬化學氣相沉積(metal organic chemical vapor deposition，MOCVD)、原子層沉積(atomic layer deposition，ALD)或者上述方法之組合。
在一些實施例中，蝕刻基板1所採用之藥劑可為HCl、HBr、HNO3、H3PO4、NH4OH、H2O2、H2SO4等，並根據該基板1不同之材料性質(如晶格方向)選擇不同的藥劑蝕刻該基板1。例如，當使用InP材料作為基板1時，可使用配比為1：3之HCl與H3PO4進行蝕刻；當使用GaAs材料作為基板1時，可使用配比為1：1：1的NH4OH、H2O2及H2O蝕刻該基板1。
選擇地，該基板1之入光面11亦可依序使用機械加工與蝕刻成形，在成形該入光面11前以先機械加工切割該磊晶層2之P型半導體層至一預定深度，而後加入藥劑以蝕刻形成該入光面11，此法的優點在於不須成形該蝕刻停止層3，且又能夠節省蝕刻所需的時間。
如第1A圖及第1B圖所示，本發明之檢光二極體100另形成有電極41、42，以供一外接電路連接而輸出由光線產生之電壓。在一個實施例中，本發明之檢光二極體100包含一抗反射層5，係設置於該磊晶層2上，例如係設置於該磊晶層2之P型半導體層上，該抗反射層5作用在於降低已進入半導體的光再次反射出去，讓光有效地在磊晶層2中的光吸收層內做轉換，使響應度增加。習知的檢光二極體的抗反射層通常為SiO2、SiNx等氧化物所組成，而本發明之檢光二極體100中之抗反射層5係為金屬合金，在一個實施例中，該金屬合金包括Ti、Pt、Au及AuGeNi，能夠讓光形成二次吸收，使得本發明之檢光二極體100相較於習知的檢光二極體具有更高之響應度。
如第1A圖及第1B圖所示，本發明之檢光二極體100包含一鈍化層6，係設置於該磊晶層2之部分表面，該部分表面包括未與該抗反射層5連接的其他表面，而電極41係設置於該鈍化層6上並部分連接該磊晶層2。
再者，本發明亦提出了一種檢光二極體之製造方法，可製造出一種具有優良響應度之檢光二極體，如第3圖中所示之流程並請同時參閱第1A圖，該檢光二極體之製造方法係包括：步驟A1：提供一基板1；步驟A2：形成一磊晶層2於該基板1上；以及步驟A3：使該基板1側邊形成一呈斜面之入光面11。
該基板1、磊晶層2之材質與成形方式於前文中已有敘述，故在此不再另行敘述。
步驟A3中該入光面11之成形方式可使用機械加工成形，如前所述，在本發明的一個實施例中，係以鑽石刀在該基板1之側面切割出該入光面11。在一個實施例中，該入光面11與該基板1之法線之夾角為25度至75度。較佳地，該入光面11與該基板1之法線之夾角為30度至60度。如前所述，當該夾角θ為60度時，響應度可達0.5A/W以上；而當該夾角θ為45度時，響應度可達0.65A/W以上。
如前所述，本發明之檢光二極體之製造方法更包括形成一抗反射層5於該磊晶層2上，且該抗反射層5係為金屬合金。在一個實施例中，該金屬合金包括Ti、Pt、Au及AuGeNi。
此外，本發明另提出了一種檢光二極體之製造方法，可製造出一種具有優良響應度之檢光二極體，如第4圖中所示之流程並請同時參閱第1B圖，該檢光二極體之製造方法係包括：步驟B1：提供一基板1；步驟B2：形成一蝕刻停止層3於該基板1上；步驟B3：形成一磊晶層2於該蝕刻停止層3上；以及步驟B4：以一藥劑蝕刻該基板1側邊以形成一呈斜面之入光面11。
該基板1、磊晶層2及該蝕刻停止層3之材質與成形方式於前文中已有敘述，故在此不再另行敘述。
步驟B4中蝕刻該入光面11所使用之藥劑如前所 述，不再另行敘述。在一個實施例中，該入光面11與該基板1之法線之夾角為25度至75度。較佳地，該入光面11與該基板1之法線之夾角為30度至60度。如前所述，當該夾角θ為60度時，響應度可達0.5A/W以上；而當該夾角θ為45度時，響應度可達0.65A/W以上。
如前所述，本發明之檢光二極體之製造方法更包括形成一抗反射層5於該磊晶層2上，且該抗反射層5係為金屬合金。在一個實施例中，該金屬合金包括Ti、Pt、Au及AuGeNi。
此外，在上述兩種製造方法中，更包括形成一鈍化層6於該磊晶層2上，並蝕刻部分該鈍化層6以裸露該磊晶層2，於一實施例中，係裸露該磊晶層2之P型半導體層區域，而該抗反射層5及該電極41則分別或同時形成於該磊晶層2之P型半導體層上，其中該電極41部分延伸至該鈍化層6上。
綜合上述實施方式，本發明提出之檢光二極體及其製造方法，利用位於該基板側面形成的呈斜面之入光面，使得該檢光二極體從側面耦光時亦具有十分高的響應度，應用方式更加廣泛。
以上所述僅為本發明之較佳可行實施例，非因此即侷限本發明之專利範圍，舉凡運用本發明說明書及圖式內容所為之等效結構變化，均理同包含於本發明之範圍內，合予陳明。
100‧‧‧檢光二極體
1‧‧‧基板
11‧‧‧入光面
2‧‧‧磊晶層
41‧‧‧電極
42‧‧‧電極
5‧‧‧抗反射層
6‧‧‧鈍化層
θ‧‧‧夾角

Claims (21)

  1. 一種檢光二極體，係包括：一基板，該基板之側面為一呈斜面之入光面；以及一磊晶層，係設置於該基板之上方。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之檢光二極體，其中該入光面與該基板之法線之夾角為25度至75度。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之檢光二極體，其中該入光面與該基板之法線之夾角為30度至60度。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之檢光二極體，其中該入光面與該基板之法線之夾角為45度。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之檢光二極體，更包括一蝕刻停止層，該蝕刻停止層係設置於該基板及該磊晶層之間。
  6. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之檢光二極體，更包括一抗反射層，係設置於該磊晶層上方，且該抗反射層係為金屬合金。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之檢光二極體，其中該金屬合金包括Ti、Pt、Au及AuGeNi。
  8. 一種檢光二極體之製造方法，係包括：提供一基板；形成一磊晶層於該基板上；以及使該基板側邊形成一呈斜面之入光面。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之檢光二極體之製造方法，其中形成該呈斜面之入光面的方式係以機械加工切割而成。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之檢光二極體之製造方法，其中形成該呈斜面之入光面的方式為先以機械加工切割該磊晶層之P型半導體層至一預定深度，而後加入一藥劑以蝕刻形成該入光面。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之檢光二極體之製造方法，其中該入光面與該基板之法線之夾角為25度至75度。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之檢光二極體之製造方法，其中該入光面與該基板之法線之夾角為30度至60度。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之檢光二極體之製造方法，其中該入光面與該基板之法線之夾角為45度。
  14. 如申請專利範圍第8至13項中任一項所述之檢光二極體之製造方法，更包括形成一抗反射層於該磊晶層上，且該抗反射層係為金屬合金。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之檢光二極體之製造方法，其中該金屬合金包括Ti、Pt、Au及AuGeNi。
  16. 一種檢光二極體之製造方法，係包括：提供一基板；形成一蝕刻停止層於該基板上；形成一磊晶層於該蝕刻停止層上；以及以一藥劑蝕刻該基板側邊以形成一呈斜面之入光面。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之檢光二極體之製造方法，其中該入光面與該基板之法線之夾角為25度至75度。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之檢光二極體之製造方法，其中該入光面與該基板之法線之夾角為30度至60度。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之檢光二極體之製造方法，其中該入光面與該基板之法線之夾角為45度。
  20. 如申請專利範圍第16至19項中任一項所述之檢光二極體之製造方法，更包括形成一抗反射層於該磊晶層上，且該抗反射層係為金屬合金。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之檢光二極體之製造方法，其中該金屬合金包括Ti、Pt、Au及AuGeNi。
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