TW202425367A - 紫外光感測增強型感光二極體 - Google Patents

紫外光感測增強型感光二極體 Download PDF

Info

Publication number
TW202425367A
TW202425367A TW111147282A TW111147282A TW202425367A TW 202425367 A TW202425367 A TW 202425367A TW 111147282 A TW111147282 A TW 111147282A TW 111147282 A TW111147282 A TW 111147282A TW 202425367 A TW202425367 A TW 202425367A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
infrared light
photodiode
ultraviolet light
light
conversion layer
Prior art date
Application number
TW111147282A
Other languages
English (en)
Inventor
陳權威
曾彥鈞
Original Assignee
台亞半導體股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 台亞半導體股份有限公司 filed Critical 台亞半導體股份有限公司
Priority to TW111147282A priority Critical patent/TW202425367A/zh
Priority to CN202310910573.7A priority patent/CN118173639A/zh
Priority to US18/495,605 priority patent/US20240194804A1/en
Publication of TW202425367A publication Critical patent/TW202425367A/zh

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F30/00—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors
    • H10F30/20—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors
    • H10F30/21—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H10F30/22—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices having only one potential barrier, e.g. photodiodes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent materials, e.g. electroluminescent or chemiluminescent
    • C09K11/08—Luminescent materials, e.g. electroluminescent or chemiluminescent containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/66—Luminescent materials, e.g. electroluminescent or chemiluminescent containing inorganic luminescent materials containing germanium, tin or lead
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F30/00—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors
    • H10F30/20—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors
    • H10F30/21—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H10F30/22—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices having only one potential barrier, e.g. photodiodes
    • H10F30/221—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices having only one potential barrier, e.g. photodiodes the potential barrier being a PN homojunction
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/10—Semiconductor bodies
    • H10F77/12—Active materials
    • H10F77/122—Active materials comprising only Group IV materials
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/10—Semiconductor bodies
    • H10F77/12—Active materials
    • H10F77/122—Active materials comprising only Group IV materials
    • H10F77/1226—Active materials comprising only Group IV materials comprising multiple Group IV elements, e.g. SiC
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/10—Semiconductor bodies
    • H10F77/14—Shape of semiconductor bodies; Shapes, relative sizes or dispositions of semiconductor regions within semiconductor bodies
    • H10F77/143—Shape of semiconductor bodies; Shapes, relative sizes or dispositions of semiconductor regions within semiconductor bodies comprising quantum structures
    • H10F77/1433—Quantum dots
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/30—Coatings
    • H10F77/306—Coatings for devices having potential barriers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/30—Coatings
    • H10F77/306—Coatings for devices having potential barriers
    • H10F77/331—Coatings for devices having potential barriers for filtering or shielding light, e.g. multicolour filters for photodetectors
    • H10F77/334—Coatings for devices having potential barriers for filtering or shielding light, e.g. multicolour filters for photodetectors for shielding light, e.g. light blocking layers or cold shields for infrared detectors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/30—Coatings
    • H10F77/306—Coatings for devices having potential barriers
    • H10F77/331—Coatings for devices having potential barriers for filtering or shielding light, e.g. multicolour filters for photodetectors
    • H10F77/337—Coatings for devices having potential barriers for filtering or shielding light, e.g. multicolour filters for photodetectors using interference filters, e.g. multilayer dielectric filters
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/40—Optical elements or arrangements
    • H10F77/413—Optical elements or arrangements directly associated or integrated with the devices, e.g. back reflectors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/40—Optical elements or arrangements
    • H10F77/496—Luminescent members, e.g. fluorescent sheets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

一種紫外光感測增強型感光二極體，主要結構包括矽感光二極體以及設於矽感光二極體上接收一紫外光的表面上的紅外光轉換層。當紫外光射向紫外光感測增強型感光二極體，會先通過紅外光轉換層，由紅外光轉換層轉換而輻射出一紅外光，所形成的紅外光的第一部分將傳遞至矽感光二極體，由矽感光二極體轉換為光電流，而紅外光的第二部分可由紅外光轉換層吸收。還可包括一紅外光反射層，用於反射在紅外光轉換層生成的紅外光原本逃脫出去的第三部分，使之反射至矽感光二極體內。

Description

紫外光感測增強型感光二極體
揭露書公開一種感光二極體，特別是指一種通過紅外光轉換層內部轉換紫外光為紅外光以增強光感測的紫外光感測增強型感光二極體。
傳統以矽為基材製作的矽感光二極體（Si photodiode）可參考圖1所示的平面結構圖，其中顯示的感光二極體100的主要結構包括一個以矽為基底再摻雜半導體材料製作的感光區101，並以金屬材料製作陽極103與陰極105等接點。
習知的矽感光二極體在紫外光（UV）波段的光響應（optical response）極低，感光二極體的光響應圖可參考圖2，其中顯示在紫外光波段到紅外光波段（nm）的光響應值（A/W），一般來說，紫外光波段的光響應與紅外光波段有5倍以上的差異。習知技術中，通常提高紫外光的光響應只能在矽感光區（如圖1所示感光區101）的濃度及厚度調整，但提高光響應的效益有限。
揭露書提出一種紫外光感測增強型感光二極體，通過在矽感光二極體的結構上生成特定結構，能將光響應低的紫外光轉換為光響應較高的紅外光波段，實現對紫外光波段的光線增強感測能力的感光二極體。
根據紫外光感測增強型感光二極體的實施例，主要元件包括矽感光二極體與紅外光轉換層，紅外光轉換層設於矽感光二極體上接收紫外光的表面上。當紫外光射向紅外光轉換層，紅外光轉換層可以吸收紫外光，並轉換而輻射出一對矽感光二極體光響應較高的紅外光。
當紫外光進入紅外光轉換層而轉換紅外光時，其中紅外光之第一部分傳遞至矽感光二極體，由矽感光二極體轉換為光電流；紅外光之第二部分則由紅外光轉換層吸收。
進一步地，紫外光感測增強型感光二極體還可包括一紅外光反射層，紅外光反射層設於紅外光轉換層接收入射的紫外光的表面上。當紫外光射向紫外光感測增強型感光二極體時，可直接穿透此紅外光反射層，紫外光接著經紅外光轉換層轉換為紅外光，所述紅外光反射層則是用於反射紅外光原本逃脫的第三部分，使此紅外光之第三部分反射至矽感光二極體內，再由矽感光二極體轉換為光電流。
進一步地，所述紅外光反射層為一紅外光全反射堆疊層，紅外光全反射堆疊層由多個高折射係數材料與低折射係數材料形成的介電膜層交錯堆疊組成。
優選地，所述紅外光反射層設計僅反射750~950nm波段的光線，而對400~650nm的可見光波段和波長短於400nm紫外光波段的光線為高穿透性。
進一步地，紫外光感測增強型感光二極體還包括一紫外光抗反射層，紫外光抗反射層設於紫外光感測增強型感光二極體結構中的最上層，可使對入射至紫外光感測增強型感光二極體的紫外光又產生的反射光形成破壞性干涉。
進一步地，對應所述紫外光抗反射層，紫外光感測增強型感光二極體還可設置一紅外光抗反射層，此紅外光抗反射層設於紫外光感測增強型感光二極體結構中的紅外光轉換層和矽感光二極體之間，可使對入射至紫外光感測增強型感光二極體的紅外光又產生的反射光形成破壞性干涉。
在一實施方式中，紅外光轉換層與矽感光二極體為同質材料組成。其中藉由選擇不同的雜質材料，形成能階與電子傳導帶能階之間的能量差值，以調整輻射出光的波長至紅外光的波段。
在另一實施方案中，紅外光轉換層與矽感光二極體為異質的半導體材料組成，且紅外光轉換層的能隙相較於矽感光二極體小，可通過改變其中材料的比例以調整輻射出的光波長至紅外光的波段。
進一步地，上述紅外光轉換層為包含矽鍺 (SixGe1-x)量子點的結構；於紅外光全反射堆疊層中，通過微影蝕刻技術在介電材料或半導體材料上定義出二維週期性陣列式圖騰。
為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。
以下是通過特定的具體實施例來說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。
應當可以理解的是，雖然本文中可能會使用到"第一"、"第二"、"第三"等術語來描述各種元件或者訊號，但這些元件或者訊號不應受這些術語的限制。這些術語主要是用以區分一元件與另一元件，或者一訊號與另一訊號。另外，本文中所使用的術語"或"，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。
有鑑於常見的矽感光二極體（Si photodiode）在紫外光（UV）波段的光響應（optical response）極低，揭露書提出一種紫外光感測增強型感光二極體，在感光二極體之上設計一紫外光轉紅外光（IR）波段的紅外光轉換層，紅外光轉換層能將入射的紫外光反轉成紅外光波段。因為矽感光二極體對原本入射的紫外光的光響應不佳，而轉換後的紅外光卻可以極高效率入射於矽感光二極體中，如此能在較高的光響應效率下形成靈敏度高的紫外光感光二極體（UV photodiode），實現所述的紫外光感測增強型感光二極體。
圖3顯示紫外光感測增強型感光二極體的主要結構實施例示意圖，根據以上描述，紫外光感測增強型感光二極體30主要結構包括能將光轉換為電能的矽感光二極體307，以及能夠將紫外光轉換為紅外光波段的光的紅外光轉換層305，可參考圖4所示紫外光感測增強型感光二極體欲達成目標的光響應圖，所提出的紫外光感測增強型感光二極體30可以有效將原本對矽感光二極體光響應較差的紫外光（如圖示的紫外光波段位置401）轉換為光響應較佳的紅外光，如圖示的紅外光波段位置402。
根據圖示顯示的實施例，紫外光感測增強型感光二極體30接收一入射的紫外光31，紫外光31通過紫外光抗反射層301與紅外光全反射堆疊層303進入紅外光轉換層305。進入紅外光轉換層305的紫外光31被吸收後再轉換為紅外光33，可以形成三個光線行進的途徑。其中紅外光33的第一部分進入矽感光二極體307，矽感光二極體307即可將感測到的光線轉換為電能，紅外光33的第二部分被紅外光轉換層305再次被吸收，或是被額外通道輸出。
進一步地，設於紫外光感測增強型感光二極體30在紫外光31入射的表面上的紅外光全反射堆疊層303反射紅外光33的第三部分，使之可以再次反射進入矽感光二極體307，可增加進入矽感光二極體307的紅外光。
進一步地，紫外光感測增強型感光二極體30結構的其中一層可以是紫外光抗反射層301，較佳地，紫外光抗反射層301設置於紫外光感測增強型感光二極體30整體結構的最上層，入射紫外光31直接射向此紫外光抗反射層301。此圖例顯示設於紫外光感測增強型感光二極體30結構接收入射的紫外光31的第一層，但實際實施並不限於這個位置。通過控制塗佈形成紫外光抗反射層301中的膜層厚度、材料與層數，使對入射至紫外光感測增強型感光二極體30的紫外光31又產生的反射光形成破壞性干涉，可以消除自紫外光感測增強型感光二極體30反射出來的光雜訊，如此可以增強光線進入紫外光感測增強型感光二極體30穿透的效果。
根據以上發明概念，以下列舉紫外光感測增強型感光二極體的三種實施例。
實施例一
圖5顯示紫外光感測增強型感光二極體的第一實施例示意圖，圖示的紫外光感測增強型感光二極體50結構主要包括矽感光二極體503以及紅外光轉換層501，紅外光轉換層501設於矽感光二極體503上接收紫外光的表面上，用以將入射的紫外光轉換為紅外光波段的光線。
當紫外光進入紅外光轉換層501，紅外光轉換層501會吸收紫外光後轉換並輻射出紅外光，而紅外光可以有三個光線行進途徑。第一途徑51表示紅外光的第一部分將傳遞至矽感光二極體503，由矽感光二極體503吸收後轉換成光電流；第二途徑52表示紅外光的第二部分將侷限在紅外光轉換層501內，由紅外光轉換層501再次吸收。
進一步地，輻射出的紅外光還可以包括第三部分，圖示第三途徑53表示紅外光的第三部分為逃脫出矽感光二極體503，可以是進入空氣中，或是進入紫外光感測增強型感光二極體50其他結構中。
其中，所述第一途徑51的紅外光在矽感光二極體503內有較佳的光響應，第二途徑52的紅外光因為侷限在紅外光轉換層501內，將無法順利入射至矽感光二極體503，則紅外光的光能量將隨著傳遞過程遞減。而第三途徑53的紅外光直接逃脫，也就減少矽感光二極體503吸收的機率。
實施例二
圖6顯示紫外光感測增強型感光二極體的第二實施例示意圖，此例顯示的紫外光感測增強型感光二極體60主要結構除了第一實施例顯示的矽感光二極體603與紅外光轉換層601以外，還設有紅外光反射層605，紅外光反射層605設於紅外光轉換層601接收入射的紫外光600的表面上。
此例中，當紫外光600射向紫外光感測增強型感光二極體60時，直接穿透紅外光反射層605，紫外光600經紅外光轉換層601經吸收後轉換為紅外光，輻射出的紅外光可能有三個途徑，其中第一途徑61將繼續傳遞至矽感光二極體603，並可順利轉換為光電流，第二途徑62的紅外光則是被紅外光轉換層601吸收，或通過特定途徑射出。
而所述紅外光反射層605是一種針對紅外光波段的光線有高反射性的結構，根據實施例，紅外光反射層605的材料與結構設計可以僅反射750~950nm波段的光線，而對其餘波段的光線，如400~650nm的可見光波段和波長短於400nm紫外光波段的光線為高穿透性。因此，紅外光反射層605可用於反射紅外光原本逃脫的第三部分，如圖示的第三途徑63，減少逃脫的紅外光，又使紅外光之第三部分反射至矽感光二極體603內，再由矽感光二極體603轉換為光電流。
進一步地，根據實施例之一，所述紅外光反射層605可為一種紅外光全反射堆疊層，可參考圖10顯示的實施例示意圖，紅外光全反射堆疊層由多個高折射係數材料H與低折射係數材料L形成的介電膜層交錯堆疊組成。
根據實施例，其中高折射係數（n H）材料H中介電膜層的厚度（d H）可設計為λ/4n H；低折射係數（n L）材料L的介電膜層厚度（d L）可設計為λ/4n L，其中λ為依照要反射的波段的光線波長，n H為高折射係數，n L為低折射係數。舉例來說，以目標反射波段為800nm到1000nm為例，假如禁制帶寬為200nm，中心波長（λ）可設計於900nm。
實施例三
圖7顯示紫外光感測增強型感光二極體的第三實施例示意圖，此例顯示的紫外光感測增強型感光二極體70主要結構包括矽感光二極體703、設於矽感光二極體703接收紫外光700的表面上的紅外光轉換層701與紅外光反射層705，並可設置紅外光抗反射層707。
其中紫外光700入射至紅外光轉換層701，經紅外光轉換層701吸收並轉換而輻射出紅外光，輻射出的紅外光可以包括三個途徑，第一途徑71的紅外光被矽感光二極體703吸收後轉換為光電流；第二途徑72的紅外光被紅外光轉換層701；原本要逃脫的第三途徑73的紅外光則被紅外光反射層705反射後，進入矽感光二極體703，同樣被吸收而轉換為光電流。
進一步地，設置於紫外光感測增強型感光二極體70中特定膜層位置的紅外光抗反射層707，用以搭配上述圖3描述的實施例中的紫外光抗反射層（如圖3，紫外光抗反射層301）。在紫外光感測增強型感光二極體結構中，於紅外光轉換層701和矽感光二極體703之間還可設置紅外光抗反射層707，同理，紅外光抗反射層707通過膜層厚度、材料與層數的設計，可使入射至紫外光感測增強型感光二極體的紅外光又產生的反射光形成破壞性干涉中。
根據實施例，所述紅外光抗反射層707的態樣可以是，紅外光抗反射層中層膜的折射係數可選擇接近(n CV/n IR -r)*√n S，其中n CV為紅外光轉換層等效折射係數，n IR -r為紅外光轉換層的等效折射係數，n S為矽感光二極體的折射係數。
根據上述實施例，紫外光感測增強型感光二極體中的結構可以依照實際需要選擇上述實施例之一，進一步地，結構中的紅外光轉換層與矽感光二極體可為同質（homogenous）材料，也就是說，紅外光轉換層和矽感光二極體可同為矽材料，矽屬於間接能隙，其能隙大小為1.12eV (X- Г)。可針對所述紅外光轉換層的矽材料進行雜質植入，如植入P型半導體雜質或N型半導體雜質，形成淺層（shallow-level）或深層（deep-level）的雜質能階（impurity level）。
以植入P型半導體雜質為例，入射至紫外光感測增強型感光二極體的紫外光激發的電子將與P型半導體雜質能隙的電洞復合，可使等效能階降低，形成P型雜質能隙於所述紅外光轉換層中，以幅射出波長較紫外光更長的光。相反地，以植入N型半導體雜質為例，經紫外光激發的電子與N型半導體雜質能隙的電子復合，形成淺層或深層的雜質能階，經紫外光激發的電洞與N型半導體雜質能隙的電子復合，使等效能階降低，形成N型雜質能隙於紅外光轉換層中，以幅射出波長較該紫外光更長的光。因此，可藉由選擇不同的雜質能階與電子傳導帶能階之間的能量差值，調整輻射出光的波長至紅外光波段。
在此一提的是，上述不同實施例所揭露的紫外光感測增強型感光二極體結構並非用於限制發明適用的範圍，其中的各層結構可以相互搭配與置換。
上述紅外光轉換層的設計可參考圖8所示的實施例示意圖，圖中紫外光感測增強型感光二極體80顯示有矽感光二極體803與紅外光轉換層801兩個主要結構，此例顯示的紅外光轉換層801可以是與矽感光二極體803異質的半導體結構，例如紅外光轉換層801可以是矽鍺（Si xGe 1-x），這類矽鍺材料的能隙相較於矽的能隙小，屬於直接能隙。因此，紅外光轉換層與矽感光二極體可為異質的半導體材料組成，且紅外光轉換層的能隙相較於矽感光二極體小，通過改變其中材料的比例（即改變矽（Si）與鍺（Ge）的比例）以調整輻射出的光波長至紅外光的波段。
圖9繼續顯示紫外光感測增強型感光二極體的紅外光轉換層實施例示意圖之，此圖例顯示的紫外光感測增強型感光二極體90主要結構為矽感光二極體903與紅外光轉換層901，特別的是，此圖例顯示紅外光轉換層901為包含矽鍺（Si xGe 1-x）量子點的結構，藉由量子侷限效應，可進一步提升紅外光轉換層的轉換效率。
進一步地，紅外光轉換層901其他可能的材料不限於特定無機材料，例如為矽、鍺等半導體材料，也可以是有機材料，例如為Ca 14-x/yZn 6Al 10-zO 35: Mnz, Ndx/Yby，其中x, y, z各自的範圍可以是：x=0.00～0.40；y=0.0～1.2；z=0.0～1.0，或介電材料，如：Yb 2O 3摻雜透明40SrO-20TiO 2-40SiO 2玻璃。
圖11接著顯示紫外光感測增強型感光二極體中的紅外光全反射堆疊層採用二維週期性陣列式圖騰的實施例示意圖。
此例顯示可於紅外光全反射堆疊層中，通過微影蝕刻技術在介電材料或半導體材料上定義出二維週期性陣列式圖騰，如此圖例顯示的二維週期性陣列式圖騰111，此種二維週期性結構可經由設計（使週期約與反射波長相近）反射紅外光波段的光。
綜上所述，根據揭露書提出紫外光感測增強型感光二極體中的實施例，相關結構可以將習知矽感光二極體在紫外光波段的極弱光響應提升到與紅外光的光響應相當的水準。
以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。
100:感光二極體 101:感光區 103:陽極 105:陰極 30:紫外光感測增強型感光二極體 301:紫外光抗反射層 303:紅外光全反射堆疊層 305:紅外光轉換層 307:感光二極體 31:紫外光 33:紅外光 50:紫外光感測增強型感光二極體 503:矽感光二極體 501:紅外光轉換層 500:紫外光 51:第一途徑 52:第二途徑 53:第三途徑 60:紫外光感測增強型感光二極體 603:矽感光二極體 601:紅外光轉換層 605:紅外光反射層 600:紫外光 61:第一途徑 62:第二途徑 63:第三途徑 70:紫外光感測增強型感光二極體 703:矽感光二極體 701:紅外光轉換層 705:紅外光反射層 707:紅外光抗反射層 700:紫外光 71:第一途徑 72:第二途徑 73:第三途徑 80:紫外光感測增強型感光二極體 803:矽感光二極體 801:紅外光轉換層 90:紫外光感測增強型感光二極體 903:矽感光二極體 901:紅外光轉換層 H:高折射係數材料 L:低折射係數材料 111:二維週期性陣列式圖騰
圖1顯示習知感光二極體的平面結構圖； 圖2顯示發光二極體的光響應圖； 圖3顯示紫外光感測增強型感光二極體的結構實施例示意圖； 圖4顯示紫外光感測增強型感光二極體欲達成目標的光響應圖； 圖5顯示紫外光感測增強型感光二極體的第一實施例示意圖； 圖6顯示紫外光感測增強型感光二極體的第二實施例示意圖； 圖7顯示紫外光感測增強型感光二極體的第三實施例示意圖； 圖8顯示紫外光感測增強型感光二極體的紅外光轉換層實施例示意圖之一； 圖9顯示紫外光感測增強型感光二極體的紅外光轉換層實施例示意圖之二； 圖10顯示紫外光感測增強型感光二極體中的紅外光全反射堆疊層實施例示意圖；以及 圖11顯示紫外光感測增強型感光二極體中的紅外光全反射堆疊層採用二維週期性陣列式圖騰的實施例示意圖。
30:紫外光感測增強型感光二極體
301:紫外光抗反射層
303:紅外光全反射堆疊層
305:紅外光轉換層
307:感光二極體
31:紫外光
33:紅外光

Claims (10)

  1. 一種紫外光感測增強型感光二極體，包括： 一矽感光二極體；以及 一紅外光轉換層，設於該矽感光二極體上接收一紫外光的表面上； 當該紫外光射向該紅外光轉換層，該紅外光轉換層吸收該紫外光，轉換而輻射出一紅外光，其中該紅外光之一第一部分傳遞至該矽感光二極體，由該矽感光二極體轉換為一光電流，該紅外光之一第二部分由該紅外光轉換層吸收。
  2. 如請求項1所述的紫外光感測增強型感光二極體，還包括一紅外光反射層，設於該紅外光轉換層接收入射的該紫外光的表面上；當該紫外光射向該紫外光感測增強型感光二極體時，直接穿透該紅外光反射層，該紫外光經該紅外光轉換層吸收後轉換為該紅外光，該紅外光反射層用於反射該紅外光原本逃脫的一第三部分，使該紅外光之該第三部分反射至該矽感光二極體內，再由該矽感光二極體轉換為該光電流。
  3. 如請求項2所述的紫外光感測增強型感光二極體，其中該紅外光反射層為一紅外光全反射堆疊層，該紅外光全反射堆疊層由多個高折射係數材料與低折射係數材料形成的介電膜層交錯堆疊組成。
  4. 如請求項2所述的紫外光感測增強型感光二極體，還包括一紫外光抗反射層，設於該紫外光感測增強型感光二極體結構中的最上層，使對入射至該紫外光感測增強型感光二極體的該紫外光又產生的反射光形成破壞性干涉。
  5. 如請求項2所述的紫外光感測增強型感光二極體，還包括一紅外光抗反射層，設置於該紅外光轉換層與該矽感光二極體之間，使入射至該紫外光感測增強型感光二極體的該紅外光又產生的反射光形成破壞性干涉。
  6. 如請求項1所述的紫外光感測增強型感光二極體，其中，對該紅外光轉換層的矽材料植入P型半導體雜質，形成淺層或深層的雜質能階，經該紫外光激發的電子與該P型半導體雜質能隙的電洞復合，使等效能階降低，以幅射出波長較該紫外光更長的光。
  7. 如請求項1所述的紫外光感測增強型感光二極體，其中，對該紅外光轉換層的矽材料植入N型半導體雜質，形成淺層或深層的雜質能階，經該紫外光激發的電洞與該N型半導體雜質能隙的電子復合，使等效能階降低，以幅射出波長較該紫外光更長的光。
  8. 如請求項6或7所述的紫外光感測增強型感光二極體，其中藉由選擇不同的雜質材料，形成能階與電子傳導帶能階之間的能量差值，以調整輻射出光的波長至該紅外光的波段。
  9. 如請求項1所述的紫外光感測增強型感光二極體，其中該紅外光轉換層與該矽感光二極體為異質的半導體材料組成，且該紅外光轉換層的能隙相較於該矽感光二極體小，通過改變其中材料的比例以調整輻射出的光波長至該紅外光的波段。
  10. 如請求項1所述的紫外光感測增強型感光二極體，其中該紅外光轉換層為包含矽鍺（SixGe1-x）量子點的結構；以及，於該紅外光全反射堆疊層中，通過微影蝕刻技術在一介電材料或一半導體材料上定義出二維週期性陣列式圖騰。
TW111147282A 2022-12-08 2022-12-08 紫外光感測增強型感光二極體 TW202425367A (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW111147282A TW202425367A (zh) 2022-12-08 2022-12-08 紫外光感測增強型感光二極體
CN202310910573.7A CN118173639A (zh) 2022-12-08 2023-07-24 紫外光感测增强型感光二极管
US18/495,605 US20240194804A1 (en) 2022-12-08 2023-10-26 Structure of ultraviolet light sensing-enhanced photodiode

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW111147282A TW202425367A (zh) 2022-12-08 2022-12-08 紫外光感測增強型感光二極體

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW202425367A true TW202425367A (zh) 2024-06-16

Family

ID=91347753

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW111147282A TW202425367A (zh) 2022-12-08 2022-12-08 紫外光感測增強型感光二極體

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20240194804A1 (zh)
CN (1) CN118173639A (zh)
TW (1) TW202425367A (zh)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI656631B (zh) * 2014-03-28 2019-04-11 日商半導體能源研究所股份有限公司 攝像裝置
KR102725510B1 (ko) * 2018-12-17 2024-11-04 킹 압둘라 유니버시티 오브 사이언스 앤드 테크놀로지 고속 파장 변환층을 가지는 자외선 감지
US12344784B2 (en) * 2020-08-31 2025-07-01 Quantum Advanced Solutions Limited Stabilized perovskite quantum dot material
CN215869409U (zh) * 2021-07-29 2022-02-18 扬州艾笛森光电有限公司 光电二极管封装

Also Published As

Publication number Publication date
US20240194804A1 (en) 2024-06-13
CN118173639A (zh) 2024-06-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11302835B2 (en) Semiconductor photodetector assembly
US12501724B2 (en) Shallow trench textured regions and associated methods
US8194303B2 (en) Optical image modulator, optical apparatus including the same, and methods of manufacturing and operating the optical image modulator
KR20080061434A (ko) 화합물 반도체 이미지 센서
JP7280532B2 (ja) 受光素子
JP5123830B2 (ja) 反射防止膜、反射防止膜の製造方法、及び反射防止膜を用いた半導体装置
JP5362727B2 (ja) 放射放出コンポーネント
TW202425367A (zh) 紫外光感測增強型感光二極體
US8044443B2 (en) Photosensitive integrated circuit equipped with a reflective layer and corresponding method of production
KR101434716B1 (ko) 적층형 이미지 센서 및 그의 형성 방법
CN114141903A (zh) 双pn结式硅基光电二极管及其制备方法
CN119300576B (zh) Dbr结构、发光二极管及发光装置
US20250151456A1 (en) Photocell device having responsivity amplifying structure
TWI912885B (zh) 光電二極體及其製造方法
US20240363772A1 (en) Apparatus and method for absorbing electromagnetic radiation, system for use in an image sensor, as well as a method for manufacturing an apparatus for absorbing electromagnetic radiation
US20260052798A1 (en) Photodiode and manufacturing method thereof
KR102734367B1 (ko) 금속 초박막을 구비한 실리콘 기반의 광 검출기 및 이의 제조 방법
CN115084116B (zh) 一种AlInGaN发光和探测集成芯片
CN102637715B (zh) 图像传感器
JP5731754B2 (ja) 赤外線センサ
TWI292952B (zh)
CN121665701A (zh) 一种非对称光学谐振的雪崩光电二极管及感光阵列
TW202435469A (zh) 光偵測元件
JPH04322467A (ja) 固体撮像装置
WO2018173712A1 (ja) レーザーレーダー装置