TW202018971A - 光電晶體及光電晶體陣列 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種光電晶體，主要包括一集極區、一基極區及一射極區，其中基極區設置在集極區內，而射極區則設置在基極區內，並以基極區隔開射極區及集極區。基極區包括一第一基極區及一第二基極區，其中第一基極區位於射極區的垂直投射位置，而第二基極區則設置在射極區的周圍。此外第一基極區的摻雜濃度大於第二基極區，使得光電晶體具有較高的崩潰電壓、較高的增益、較大的增益及較高的光靈敏度。
Description
本發明有關於一種光電晶體，主要使得不同區域的基極區具有不同的摻雜濃度，以使得光電晶體具有較高的崩潰電壓、較高的增益、較大的增益及較高的光靈敏度。
請參閱圖1為習用光電晶體的剖面示意圖，如圖所示，光電晶體10主要包括一集極區11、一基極區13及一射極區15，其中集極區11、基極區13及射極區15分別連接一集極電極111、基極電極131及射極電極151。
光電晶體10主要以集極區11作為基底，並於集極區11的上表面透過摻雜(doping)的方式形成基極區13，而後在於基極區13的上表面透過摻雜的方式形成射極區15，其中基極區13環繞設置在射極區15的周圍，並用以隔離集極區11及射極區15。
當光照射在光電晶體10的基極區13時會產生基極電流，其中基極電流是由光的強度所決定，當沒有光照射在基極區13時，光電晶體10將會是截止(off)狀態。
本發明之一目的，在於提供一種光電晶體，主要包括一集極區、一基極區及一射極區，其中基極區設置在集極區的上表面，而射極區則設置在基極區內，並以基極區隔開射極區及集極區。此外設置在不同區域的基極區具有不同的摻雜濃度，以使得光電晶體具有較高的崩潰電壓、較高的增益、較大的增益及較高的光靈敏度。
本發明之一目的，在於提出一種光電晶體，其中被射極區遮擋的第一基極區的摻雜濃度大於未被射極區遮擋的第二基極區。透過增加光電晶體中被射極區遮擋的第一基極區的摻雜濃度，將可在不影響光電晶體的光靈敏度的前題下，有效提高光電晶體的崩潰電壓。此外透過降低光電晶體中未被射極區遮擋的第二基極區的摻雜濃度，則可有效提高光電晶體的(電流)增益及光靈敏度。
本發明之一目的，在於提出一種光電晶體，其中被射極區遮擋的第一基極區的摻雜濃度大於未被射極區遮擋的第二基極區。此外可進一步減少射極區的設置面積及比例，以提高光電晶體的頻率響應。
為達成上述目的，本發明提供一種光電晶體，包括：一集極區，連接一集極電極；一基極區，連接一基極電極，基極區設置在集極區內，其中基極區包括一第一基極區及一第二基極區；及一射極區，連接一射極電極，射極區設置在基極區內，其中第一基極區設置在射極區的垂直投射位置，而第二基極區則設置在射極區的周圍，其中第一基極區的摻雜濃度大於第二基極區的摻雜濃度。
本發明還提供一種光電晶體陣列，包括：複數個光電晶體，以矩陣方式排列，其中各個光電晶體包括：一集極區，包括一第一表面及一第二表面，其中一集極電極連接集極區；一基極區，設置在集極區的第一表面上，並包括一第一基極區及一第二基極區，其中一基極電極連接基極區；及一射極區，設置於基極區內，其中第一基極區設置在射極區的垂直投射位置，而第二基極區則設置在射極區的周圍，其中第一基極區的摻雜濃度大於第二基極區的摻雜濃度，其中一射極電極連接射極區。
在本發明光電晶體一實施例中，包括一絕緣層設置在集極區的第一表面、射極區未設設置射極電極的表面及基極區未設置基極電極的表面。絕緣層可以是一抗反射層，絕緣層的材料與厚度會依據接收光的波長而做調整，例如絕緣層可包括但不侷限為二氧化鈦(TiO2
)、五氧化二鈮(Nb2
O5
)、五氧化二鉭(Ta2
O5
)、二氧化鋯(ZrO2
)、氧化釔(Y2
O3
)、二氧化矽(SiO2
)、氟化鎂(MgF2
)、氧化鎂(MgO)或氧化鋁(Al2
O3
)等。
在本發明光電晶體陣列一實施例中，包括一間隔通道位於相鄰的光電晶體之間，並用以隔離相鄰的光電晶體的第二基極區。
在本發明光電晶體陣列一實施例中，其中相鄰的光電晶體共用第二基極區。
在本發明光電晶體及光電晶體陣列一實施例中，其中該基極區隔離該集極區及該射極區，而該基極電極則連接該第二基極區。
在本發明光電晶體及光電晶體陣列一實施例中，其中第一基極區的摻雜濃度為第二基極區的摻雜濃度的10到1000倍。
在本發明光電晶體及光電晶體陣列一實施例中，其中第二基極區的厚度大於第一基極區的厚度。
請參閱圖2，為本發明光電晶體一實施例的剖面示意圖。如圖所示，本發明實施例所述的光電晶體20包括一集極區(collector region)21、一基極區(base region)23及一射極區(emitter region)25，其中集極區21、基極區23及射極區25分別連接一集極電極211、一基極電極231及一射極電極251。
集極區21可以是第一型的半導體基板，並可透過摻雜的方式在集極區21內形成基極區23，其中基極區23可以是第二型的半導體。本發明的基極區23包括第一基極區233及一第二基極區235，其中第二基極區235環繞在第一基極區233的周圍。
射極區25設置在基極區23內，並以基極區23隔離集極區21及射極區25，其中射極區25可以是第一型的半導體。在本發明一實施例中，射極區25設置在第一基極區233的上方或垂直投射位置，其中射極區25可覆蓋第一基極區233。第二基極區235環繞設置在射極區25的周圍，並使得基極電極231連接第二基極區235，其中射極區25未覆蓋第二基極區235。在本發明一實施例中，集極區21、基極區23及射極區25可分別為N型半導體、P型半導體及N型半導體，亦可分別為P型半導體、N型半導體及P型半導體。
如先前技術所述，當光照射在光電晶體10/20的基極區13/23時會產生基極電流，其中基極電流是由光的強度所決定。
在理想的狀況下會希望光電晶體10具有較高的崩潰電壓、較高的增益及較高的光靈敏度，然而在實際應用時光電晶體10的崩潰電壓、增益及光靈敏度會受到基極區13的摻雜濃度所影響。具體來說，當光電晶體10的基極區13的摻雜濃度較高時，光電晶體10的崩潰電壓(VCEO)將會隨著增加，然而光電晶體10的增益或電流增益(Hfe)則會下降，此外光電晶體10的光靈敏度(photo responsivity)亦會下降。
反之，當光電晶體10的基極區13的摻雜濃度較低時，光電晶體10的增益或電流增益則會提高，此外光電晶體10的光靈敏度亦會提高，然而光電晶體10的崩潰電壓則會降低。
由上述的內容可知，基極區13的摻雜濃度會對光電晶體10的特性造成相當大的影響，並使得習用技術所描述的光電晶體10明顯有其應用上的限制及缺陷。
為了解決習用技術的光電晶體10的缺陷，本發明進一步提出一種新穎的光電晶體20，其中將基極區23區分為兩個區域，例如第一基極區233及第二基極區235，並使得兩個區域的摻雜濃度不同，其中第一基極區233的摻雜濃度大於第二基極區235的摻雜濃度。
具體來說，設置在射極區25下方或垂直投射位置的第一基極區233的摻雜濃度大於環繞設置在射極區25周圍的第二基極區235，換言之，被射極區25遮擋的第一基極區233的摻雜濃度大於未被射極區遮擋的第二基極區235。例如第一基極區233的摻雜濃度約為10的14次方，而第二基極區235的摻雜濃度約為10的11次方到13次方，使得第一基極區233的摻雜濃度約為第二基極區235的10到1000倍。
另外在本發明一實施例中，第二基極區235在垂直方向上的厚度H2可大於第一基極區233在垂直方向的厚度H1。當然上述第一基極區233及第二基極區235的摻雜濃度及厚度關係，僅為本發明一實施方式，而非本發明權利範圍的限制。
在本發明一實施例中，集極區21可包括一第一表面213及一第二表面215，其中基極區23及射極區25設置在集極區21的第一表面213，而集極電極211則設置在集極區21的第二表面215，例如第一表面213為集極區21的上表面，而第二表面215則為集極區21的下表面。此外亦可於集極區21、基極區23及射極區25的上表面(第一表面213)設置一絕緣層27，例如絕緣層27設置在集極區21的第一表面213、射極區25未設設置射極電極251的表面及基極區23(第二基極區235)未設置基極電極231的表面。
絕緣層27除了用以絕緣之外，亦可以是一抗反射層，使得光可以穿透絕緣層27，並照射在光電晶體20的基極區23。在本發明一實施例中，絕緣層27的材料及厚度可依據光的波長而做調整，例如絕緣層27可包括但不侷限為二氧化鈦(TiO2
)、五氧化二鈮(Nb2
O5
)、五氧化二鉭(Ta2
O5
)、二氧化鋯(ZrO2
)、氧化釔(Y2
O3
)、二氧化矽(SiO2
)、氟化鎂(MgF2
)、氧化鎂(MgO)或氧化鋁(Al2
O3
)等。
由於第一基極區233位於射極區25的下方，因此投射在光電晶體20的光將會被射極區25所遮擋，而不會投射在第一基極區233。當光照射在光電晶體20時，第一基極區233基本上並不會產生基極電流。為此本發明增加光電晶體20中被射極區25遮擋的第一基極區233的摻雜濃度，基本上並不會對光電晶體20的光靈敏度造成太大的影響。另外透過提高第一基極區233的摻雜濃度，將可使得本發明的光電晶體20具有較高的崩潰電壓。
由於第二基極區235未被射極區25遮擋，因此光會照射光電晶體20的第二基極區235，使得第二基極區253產生基極電流。由於本發明未被射極區25遮擋的第二基極區235的摻雜濃度較低，因此當光電晶體20的第二基極區235被光照射之後，會很快的產生基極電流，使得本發明所述的光電晶體20可具有較大的(電流)增益及較高的光靈敏度。
綜上所述，本發明的光電晶體20使得不同區域的基極區23具有不同的摻雜濃度，使得光電晶體20可以同時具有較高的崩潰電壓、較高的增益、較大的(電流)增益及較高的光靈敏度，並可有效改善習用的光電晶體10的缺點。
請參閱圖3及圖4，分別為本發明光電晶體陣列一實施例的剖面示意圖及俯視圖。如圖所示，本發明實施例所述的光電晶體陣列30包括複數個光電晶體20，其中光電晶體20的詳細構造如圖2所示，並包括一集極區21、一基極區23及一射極區25，其中集極區21、基極區23及射極區25分別連接一射極電極211、一基極電極231及一射極電極251。
基極區23包括第一基極區233及第二基極區235，其中設置在射極區25下方或垂直投射位置的第一基極區233的摻雜濃度大於環繞設置在射極區25周圍的第二基極區235。
在本發明實施例中，光電晶體陣列30中各個光電晶體20以相鄰的方式排列，例如複數個光電晶體20以矩陣的方式排列，如圖4所示。此外相鄰的光電晶體20可共用基極區23，例如相鄰的光電晶體20共用第二基極區235，如圖3所示。
在不同實施例中，相鄰的光電晶體20亦可不共用基極區23，例如相鄰的光電晶體20的第二基極區235為獨立的，並於相鄰的光電晶體20之間設置一間隔通道22，並以間隔通道22隔離相鄰的光電晶體20的第二基極區235，如圖5及圖6所示。
具體來說本發明的光電晶體20主要使得不同區域的基極區23具有不同的摻雜濃度，使得光電晶體20具有較高的崩潰電壓、較高的增益、較大的(電流)增益及較高的光靈敏度。此外更可進一步縮小射極區25的設置面積，或者是減少射極區25與基極區23的比例，使得基極區23(第二基極區235)具有較大的面積或比例，以提高光電晶體20產生基極電流的頻率響應(frequency response)。
以上所述者，僅為本發明之一較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，即凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。
10:光電晶體11:集極區111:集極電極13:基極區131:基極電極15:射極區151:射極電極20:光電晶體21:集極區211:集極電極213:第一表面215:第二表面22:間隔通道23:基極區231:基極電極233:第一基極區235:第二基極區25:射極區251:射極電極27:絕緣層30:光電晶體陣列H1:厚度H2:厚度
圖1：為習用光電晶體的剖面示意圖。
圖2：為本發明光電晶體一實施例的剖面示意圖。
圖3：為本發明光電晶體陣列一實施例的剖面示意圖。
圖4：為本發明光電晶體陣列一實施例的俯視圖。
圖5：為本發明光電晶體陣列又一實施例的剖面示意圖。
圖6：為本發明光電晶體陣列又一實施例的俯視圖。
20:光電晶體
21:集極區
211:集極電極
213:第一表面
215:第二表面
23:基極區
231:基極電極
233:第一基極區
235:第二基極區
25:射極區
251:射極電極
27:絕緣層
H1:厚度
H2:厚度
Claims (11)
- 一種光電晶體，包括： 一集極區，連接一集極電極； 一基極區，連接一基極電極，該基極區設置在該集極區內，其中該基極區包括一第一基極區及一第二基極區；及 一射極區，連接一射極電極，該射極區設置在該基極區內，其中該第一基極區設置在該射極區的垂直投射位置，而該第二基極區則設置在該射極區的周圍，其中該第一基極區的摻雜濃度大於該第二基極區的摻雜濃度。
- 如申請專利範圍第1項所述的光電晶體，其中該基極區隔離該集極區及該射極區，而該基極電極則連接該第二基極區。
- 如申請專利範圍第1項所述的光電晶體，其中該第一基極區的摻雜濃度為該第二基極區的摻雜濃度的10到1000倍。
- 如申請專利範圍第1項所述的光電晶體，其中該第二基極區的厚度大於該第一基極區的厚度。
- 如申請專利範圍第1項所述的光電晶體，包括一絕緣層設置在該集極區的該第一表面、該射極區未設設置該射極電極的表面及該基極區未設置該基極電極的表面。
- 一種光電晶體陣列，包括： 複數個光電晶體，以矩陣方式排列，其中該各個光電晶體包括： 一集極區，包括一第一表面及一第二表面，其中一集極電極連接該集極區； 一基極區，設置在該集極區的該第一表面上，並包括一第一基極區及一第二基極區，其中一基極電極連接該基極區；及 一射極區，設置於該基極區內，其中該第一基極區設置在該射極區的垂直投射位置，而該第二基極區則設置在該射極區的周圍，其中該第一基極區的摻雜濃度大於該第二基極區的摻雜濃度，其中一射極電極連接該射極區。
- 如申請專利範圍第6項所述的光電晶體陣列，其中相鄰的該光電晶體共用該第二基極區。
- 如申請專利範圍第6項所述的光電晶體陣列，包括一間隔通道位於相鄰的該光電晶體之間，並用以隔離相鄰的該光電晶體的該第二基極區。
- 如申請專利範圍第6項所述的光電晶體陣列，其中該基極區隔離該集極區及該射極區，而該基極電極則連接該第二基極區。
- 如申請專利範圍第6項所述的光電晶體陣列，其中該第一基極區的摻雜濃度為該第二基極區的摻雜濃度的10到1000倍。
- 如申請專利範圍第6項所述的光電晶體陣列，其中該第二基極區的厚度大於該第一基極區。
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|---|---|---|---|
| TW107138951A TW202018971A (zh) | 2018-11-02 | 2018-11-02 | 光電晶體及光電晶體陣列 |
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| TW107138951A TW202018971A (zh) | 2018-11-02 | 2018-11-02 | 光電晶體及光電晶體陣列 |
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