4 69 64 5 A7 B7 五、發明說明（1 ) 發明背景 1.發明範嘴： 本發明係關於一光感裝置，及一具有内部電路之光感裝 置，用於光學拾波器或支援書寫操作的類似品° .2.相關技藝説明 光學拾波器係用於光碟裝置，例如，CD-ROM或DVD (數位影碟）裝置。最近幾年，光碟裝置已經增加操作速 度，並已出現高速處理大量資料的趨勢，如移動影像資 料。面對這種背景，已經產生增加光學拾波器操作速度的 強烈需求。 過去幾年，已經發展能在光碟上書寫資料的光碟裝置， 如CD-R7RW及DVD-R/RAM »這種光碟装置具有書寫操作 能力，利用雷射感應加熱在光碟摻染產生相變化而將資料 寫入光碟。高能量的雷射光照射在光碟上，及反射光射入 光二極體。所以，書寫時比讀取時需要更大量的雷射光照 射光二極體。這種可書寫光碟媒質也符合快速操作的強烈 需求。 圖1A及1B顯示曰本發明公報No. 9-153605所揭露的一傳 統光二極體1 〇〇〇的結構。如圖1A所示，這光二極體1〇〇〇包 括一第二導電型外延層85位於一第一導電型半導體基板84 上。第二導電型外延層85由第一導電型的擴散層87及88分 割成複數個分區。在各分區與第一導電型半導體基板84的 下面部份連結處放置光二極體1000。 前述結構的傳統光二極體1000的回應速度爲CR時間常數 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝_________訂_________^ ! 經濟部智慧財產局貝工消费合作社印製 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 6 9 6 4 5 A7 ________ B7 五、發明說明（2 ) 的函數，CR時間常數則爲光二極體的電容（C)及電阻 (R)，及載體移動距離的函數，載體係在靠近基板84的空 乏層86的側面產生，經擴散移動。 所以，根根據這種傳統技術’第一導電型半導體基板84 内的雜質濃度规定爲小量如圖1B所示，即顯示圖1A沿切 線a-a'斷面的雜質濃度曲線，以便在第一導電型半導體基 板84内獲得大擴展的空乏層86。結果，光二極體1 〇〇〇的結 合電容減少，因而減少CR時間常數並增加光二極體ι〇〇〇 的回應速度。另外’因爲空乏層86伸展深入基板84，則在 基板84内相當深部份產生的載體無法經擴散移動大距離， 因而也增加光二極體丨000的回應速度。 決定光二極體回應速度的CR時間常數的分子c也可以由 增加基板84的電阻係數至適當値而減少。如此，如圖2所 示，光一極體的回應速度（即，截止頻率）可以改善直到基 板8 4的電阻係數達到該値。不過，基板8 4的電阻係數增加 至超過該値會造成陽極側串聯電阻增加（有助於分子尺增 加），導致光二極體的回應速度’作爲CR時間常數的函 數，減少而非增加，如圖2所示。 因此’爲了增加光二極體的回應速度，本發明公報N〇 61-154063，例如，建議一光感裝置2〇〇〇具有如圖3所示的 結構，其中光二極體係於一疊層基板上構成，疊層基板係 在P型低屯阻基板141上面形成一 P型高電阻晶體生長層 U2而獲得。 圖3所示的光感裝置2000包捂—\型外延層143，一p型分 -5- &紙張尺度適財家群（CNS)A4規格（210x297"^^" -- --I I ^ k ---.1 I--I ^ )111111! ^ (請先闓讀背面之注意事項再填寫本頁) 469645 A7 B7 五、發明說明（3 ) <請先閲讀背面之泫意事項再填寫本頁) 離擴散層144，一 N型接觸區145，一N型埋入區146，一；ρ 型基礎區1斗7，一 N型發射體區148，一氧化ί夕膜149，電極 配線層150a，150b，及150c，一光二極體結構部份18〇用 來檢測訊號光’及一電路結構部份190用來處理檢測的訊 號。 ft電阻晶體生長層142包括一自動摻染層142a，該層具 有一從低電阻基板141開始逐漸減少的雜質激度，及—具 有常數雜質濃度的層142b。根據這種傳統技術，高電阻晶 體生長層142容易使空乏層160伸展進入基板141，因而減 少連結電容。另外，陽極側的串聯電阻因p型低電阻基板 141而減少’該基板的位置遠低於空乏層ι6〇擴展。結果， 光二極體的分子C及分子R (取決於回應速度）都減少，光 感裝置2000的回應速度因而增加s 經濟部智慧財產局員工消费合作杜印製 爲了改善光二極體的回應速度使用前述疊層基板，需要 讓空乏層160充分擴展伸入高電阻晶體生長層ι42以減少連 結電容。所以，較理想，增加高電阻晶體生長層142的電 阻係數至1000 Ω cm，即相當於外部生長的最大可控制電 阻係數’並規定高電阻晶體生長層142的厚度爲约2〇 a m (其中高電阻層的常數雜質濃度部份丨42b的厚度爲約π " m)致使空乏層160完全在高電阻層的常數雜質濃度部份 142b内擴展。增加任何内部高電阻晶體生長層ι42不能擴 展的區域會造成陽極侧的串聯電阻增加，結果防礙回應速 度改善^ 如果是支援書寫操作的光拾波器，由雷射照射到光碟上 -6 - 本紙張尺度適用+國國家標本（CNS)A4規格（210 X 297公楚 469 645 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 五、發明說明（4 ) 的光量與書寫速度成比例增加，而從光碟反射及進入光二 極體的雷射光量也增加。如果進入二極體的光量超過適當 値’光二極體的回應速度便會下降。 圖4顯示具有圖1所示結構的光二極體根據入射光量的回 .應速度（即，截止頻率）的變化。如圖4所示，如果進入光 二極體的光量超過適當値，光二極體的的回應速度（即， 截止頻率）減少。另外也可看出回應速度減少會更凸顯基 板的電阻係數增加。 發明概述 根據本發明，提供一光感裝置包括：一第—導電型半導 體基板；一在半導體基板上形成的第一導電型半導體層並 具有比半導體基板所含較低的雜質濃度；一在第一導電型 半導體層上形成的第二導電型半導體層；及至少一從第二 導電型丰導體層表面形成的第—導電型擴散層以便到達第 一導電型半導體層的表面，該至少一擴散層分割第二導電 型半導體層成爲複數個第二導電型半導體區。其中用來轉 換訊號光成爲電訊號的至少一光二極體部份在至少複數個 第二導電型半導體區之一與第一導電型半導體層之間連結 處形成。及其中，如果供應一反向偏移電塾於該至少一光 二極體部份，第一導電型半導體層内會產生一空乏層具有 一電場強度約爲0.3 V/；u tn或更多。 在本發明的一具體實施例中，第一導電型丰導體層内形 成空乏層具有厚度爲約5 y m或更多3 在本發明的另外具體實施例中，第一導電型半導體層内 本纸張尺度適用中固國家標準（CNS)A4規格（2〗0 X 297公釐） ------- 1 I 鼠 ί k I ---Γ I I------ ί I 丨 I I^ (锖先閱讀背面之沒意事項再填寫本頁) --—----- A7 B7
469645 五、發明說明（5 ) 形成空乏層具有厚度爲約13 至約17 mhv及電阻係教爲 約 100 Ώ cm 至約 1500 Ώ cm。 在本發明的同一另外具體實施例中，半導體基板具有電 阻係數爲约1 Ω cm至約20 Ω cm。 在本發明的同一另外具體實施例中’光感裝置另外包 括：一位於半導體基板背面的第一電極，一位於第二導電 型半導體層表面上的第二電極，其中第一及第二電極相互 電連結。 在本發明的同一另外具體實施例中，複數個第二導電型 半導體區包括至少一第一區界定該至少一光二極體部份及 至少一第二區與該至少一第一區分離’及一訊號處理電路 部份用來處理存在該至少一第二區内的電訊號s 在本發明的同一另外具體實施例申，光感裝置另外包括 一第一導電型高濃度擴散層在該至少一第二區與該第—等 電型半導體層之間的界面形成。 代之，提供一光感装置包括：一第一導電型半導體基 板；一在半導體基板上形成的第—導電型第一半導體層並 具有比半導體基板所含較高的雜質濃度；一在第一導電型 第一半導體層上形成的第一導電型第二半導體層並具有比 半導體基板所含較低的雜質濃度：一在第一導電型第二半 導體層上形成的第二導電型半導體層；及至少一從第二導 電型丰導體層表面形成的第一導電型擴散層以便到達第~ 導電型第二半導體層的表面’該至少一擴散層分割第二導 電型半導體層成爲複數個第二導電型半導體區。其中用來 -8 -* 本紙張尺度適用t國國家標準（CNS〉A4規格（2〗〇χ297公釐） -----------i i 襞 i flf先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 訂： 經濟部智慧財產局具工消费合作杜印製 4 69 64 5 A7 ____________B7_ 五、發明說明（6 ) 轉換訊號光成爲電訊號的至少一光二極體部份在至少複敷 個第二導電型半導體區之一與第一導電型第二半導禮層之 間連結處形成。 在本發明的一具體實施例中’如果供應一反向偏移電屢 於該至少一光二極體部份，第一導電型第二半導體層内备 產生一空乏層具有一電場強度約爲0.3 V/^m或更多。 在本發明的另外具體實施例中，第一導電型第二半導體 層具有厚度爲約9 a m至約17只m及電阻係數爲約1〇〇 Ω 至约 1500 Ω cm 3 在本發明的同一另外具體實施例中，半導體基板具有_ 雜質濃度等於或小於約1/100的第一導電型第一半導體層 的尖峰雜質濃度= 在本發明的同一另外具體實施例中，半導體基板係由CZ 法產生並具有電阻係數爲约20 Ω cm至約50 Ω ctn。 在本發明的同一另外具體實施例中，第一導電型第一半 導體層具有尖峰雜質濃度爲約1 X 10 17 cnT3或更多。 在本發明的同一另外具禮實施例中，第一導電型第一半 導體層具係由覆蓋膜及擴散形成。 在本發明的同一另外具體實施例中，第一導電型第一半 導體層具有一區從半導體基板向第二導電型丰導體層表面 增加雜質濃度，及一部份具有約1/100的全第一導電型第 —丰導體層的最高雜質濃度，位於離第二導電型半導體層 表面深約3 8 # m或較少之處。 在本發明的同一另外具體實施例中，複數個第二導電型 9- 本紙張尺度適用令困國家標準（CNSM4規格（210 * 297公« ) -----------^ !裝--- f請先閱謅背面之注意事項再填寫本頁) 訂- 經濟邨智慧財產局WC工消f合作社印製 4 69 64 5 A7 ___B7 五、發明說明（7 ) 半導體區包括至少一第一區界定該至少一去 艽一接體部份及 至少一第二區與該至少一第一區分離，及—.味南泊而 、， 久讯唬處理電路 部份用來處理存在該主少一第二區内的電訊發 在本發明的同一另外具體實施例中，糸咸 尤恐裝置另外包括 一第一導電型高濃度擴散層在該至少一第-E # 弟一區與該第一導 電型第二半導體層之間的界面形成。 如此，本文所述的本發明產生的可能優點爲（〇提供一 光感裝置用於支援光拾波器書寫操作以便該光感裝置在閲 讀操作接收少量光時及在書寫操作接收大量光^提供改i 的回應速度；及（2)提供一光感裝置具有内部電路。 以下，爲本發明效果的説明。 經濟部智慧財產局員工消费合作社 ---1111111„ ' -裝·--ΓΙ — 訂· (锖先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 根據本發明的一光感裝置結合一疊層基板，包括在基板 上形成的一第一導電型半導體基板及一第一導電型半導體 層，及具有比半導體基板所含較低的雜質濃度。結果，光 一極體電容及陽極電阻減少’因而改善閲讀操作中接收小 量光時間的回應速度。爲了防止傳統上因書寫操作中接收 大量光產生扁平電勢分配造成回應速度減少，空乏層的厚 度係藉由減少第一導電型半導體層的厚度控制，因而增加 空乏層内的電場強度。考慮接收大量光時的回應速度要求 (如，6x速度書窝操作中），空乏層内的電場強度規定爲 約0.3 V/μ m或更多，支援書寫操作的光二極體必須滿足此 項要求。另外，考慮接收小量光時的回應速度要求（如， 32x速度閱讀操作中），空乏層的厚度規定爲約5 或更 多’支援書寫操作的光二極體必須滿足此項要求= -10- 本紙張尺度適用t國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公釐） 469 645 A7 B7 經濟部智慧財產肩®工消货合作杜印製 五、發明說明（8) 爲了達成這些要求，較理想，第一導電型半導體層具有 厚度（包括自動掺染層）爲約13 至約17 及電阻係數 爲約 100 Ώ cm至約 1 500 〇 cm。 爲了藉由減少陽極電阻改善回應速度，較理想，減少基 板的電阻係數。不過，過小的基板電阻係數會造成在第二 導電型半導體層的晶體生長過程中自動摻染雜質從基板進 入第一導電型半導體層，因而減少回應速度。這種自動摻 染的影響可藉由確保半導體基板具有電阻係數爲約1 Ω cm 至約20 Ω cm而減少至可忽略量。 與只提供一陽極電極在光感裝置表面的情況比較，藉由 提供一陽極電極在半導體基板的背面，該陽極電極電連接 位於靠近表面分離擴散層的一陽接電極，則陽極電阻可以 進一步減少。 根據本發明的另外特徵’使用_疊層基板包括一第一導 電型半導體基板及一在半導體基权上形成的第一導電型第 一半導體層並具有比半導體基板所含較高的雜質濃度，及 另外包括一在第一導電型第一半導體層上形成的第一導電 型弟二半導體層並具有比半導體基板所含較低的雜質濃 度。因爲從基板觀看第一導電型第一半導體層可作爲電勢 阻棺層’第一導電型第一半導體層的基板侧產生的載體不 能超控第一導電型第一丰導體層到達PN連結，及在基板 内經再連結而消失。結果，基板内產生的載體的慢電流分 子消除，因而增加回應速度。因爲第一導電型第一半導體 層與第一導電型第二半導體層之間的濃度差増加，電場強 -11 - —— — — — — I — I I 1 I - I I (請先閱讀背面之江意事項再填骂本頁) 上«. 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 169 64 5 A7 ______B7 _五、發明說明（9 ) 度增加，導致回應速設獲得改善。 空乏層内電場強度，較理想’考慮接收大量光時的回應 速度要求（如’ 速度書寫操作時），規定爲約〇.3V/^m 或更多，因此需要一支援書寫操作的光二極體。 另外，第一導電型第二半導體層的厚度，較理想，規定 値爲約9 μΐη至約17 之間，及第一導電型第二半導體層 的的電阻係數，較理想，考慮接收大量光時的回應速度要 求（如，12 X速度書窝操作時），規定値爲約1 00 Ω cm至約 1500 Ω cm之間，因此需要一支援書寫操作的光二極體。 空乏層的厚度，較理想，考慮接收小量光時的回應速度要 求，規定爲約3 或更多。 藉由規定第一導電型半導體基板t的雜質濃度爲約 1/100或較少的第一導電型第一半導體層内的尖峰雜質濃 度，便可充分減少在接收大量光時第一導電型第一半導體 層基板側上產生的載體數目，並超控第一導電型第一半導 體層到達PN連結。 較理想，由使用CZ方法產生第一導電型丰導體基板，便 不致於產生有瑕疵產品。藉由規定基板電阻係數爲由CZ 方法獲得的最高可能電阻係數’如，約20 Ω cm至約50 Ω cm ，便可增加第一導電型第一半導體看側的電勢阻擋層。結 果，便可充分減少基板内產生的載體數目，並超控第一導 電型第一半導體層，因而增加回應速度。 較理想，第一導電型第一半導體層具有尖峰雜質濃度爲 約1 X 10! 7 -cm-3或更多，以便保持比基板充分的高雜質濃 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) " ~~ (請先閱讀背面之注¾事項再填寫本頁) 裝 ="· 經濟部智慧財產局貝工消费合作社印製 4 6 9 6 4 5 A7 _____B7__五、發明說明（1Q) 度（100倍或更大）。 較理想，第一導電型第一半導體層係由覆蓋膜然後擴散 產生，該種技術不致於產生有瑕疵產品。 在第一導電型第一半導體層内從半導體基板向表面增加 雜質濃度的區域内，爲了改善回應速度的理由，有效確保 位於表面下深度爲約38 或較小之處的整個第一導電型 第一半導體層具有1/1 〇〇的最高雜質濃度》 根據本發明一種具有内部電路的光感裝置包括一訊號處 理電路部份用於處理檢測的訊號，該訊號在第二導電型半 導體層的區内與光二極體部份分離由第一導電型擴散層提 供。結果，整個拾波器系統可以縮小尺寸。 藉由提供一位於訊號處理電路部份之下的第一導電型高 濃度擴散區及P型分離擴散層連結光二極體部份附近的陽 極電極，從第一導電型的第一或第二半導體層表面，便能 規定一低陽極電阻，即用來達成接收大量光時的回應速度 所需，即需要一支援書寫操作的光二極體。另外也能防止 電路閉鎖現象。 本發明的這些及其他優點在熟悉本技藝者閱讀及了解下 到詳細説明及參考附圖後便成爲明顯=> 圖式簡單説明 圖1A爲一斷面圖顯示一傳統光二極體。 圖1B爲一曲線顯示圖1A中沿切線a-a，的雜質濃度分佈。 圖2爲一曲線顯示傳統光感裝置的基板電阻係數與回應 速度（截止頻率）之間的關係。 -13- -----------^ ^---- Jr---訂 * (請先閱讚背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中g國家標準（CNS)A4規格<210>< 297公« ) 4 6 9 64 5 經濟部智慧財產局貝工消费合作杜印製 A7 ----- B7_______ 五、發明說明（11 ) 圖3爲一斷面圖顯示一傳統光感裝置。 圖4爲一實驗獲得的曲線顯示具有圖丨八及1B所示結構的 光一椏體根據入射光量的回應速度（截止頻率）變化。 圖5爲一曲線顯示具有圖以及18所示結構的光感裝置的 光二極體内電勢量瞬間變化的模擬結果，根據小量光由光 二極體接收的情況。 圖6爲一曲線顯示具有圖以及18所示結構的光感装置的 光二極體内電勢量瞬間變化的模擬結果，根據大量光由光 二極體接收的情況。 圖7爲一曲線顯示具有圖丨八及18所示結構的光感裝置的 光一極體内載體缶度分佈瞬間變化的模擬結果，根據小量 光由光二極體接收的情況a 圖8 A爲一斷面圖顯示根據本發明一光二極體，由發明者 用來進行模擬。 圖8B爲一曲線顯示圖8A中沿切線a_a，的雜質濃度分佈。 圖8C爲一斷面圖顯示根據本發明實例1的光感裝置。 圖9爲一曲線顯示模擬結果及實際測量光二極體的空乏 層内電場強度與回應時間之間的關係。 圖10A及10B爲曲線顯示載體密度分佈的瞬間變化，根據 具有圖8A所示結構的光感裝置的光二極體。 圖11 A及11B爲曲線各顯示無光照射及脈衡光照射後立即 電場強度分佈曲線，根據具有圖8A所示結構的光感裝置 的光二極體。 圖12爲曲線顯示根據空乏層厚度的回應速度（截止頻率） '14- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格<210 X 297公楚） (锖先閱讀背面之注意事項再填寫本I) 裝 訂· 469645 A7 ___ B7__ 五、發明說明（12 ) 變化，根據具有圖8C所示結構的光感裝置的光二極體接 收小量光的情況。 圖13A爲一斷面圖顯示根據本發明實例2的光感裝置。 圖13B爲一曲線顯示圖13A中沿切線a-a’的雜質濃度分 圖14A至14 C爲曲線各顯示沿光二極體深度方向的雜質 濃度分佈用於根據圖13A及圖13B所示的光感裝置的模擬 研究。 圖15 A爲具有圖14C所示雜質濃度曲線的光二極體在脈衝 光（脈衝寬度：1 〇 A sec)照射後2 nsec完成的載體平面分佈 圖。 圖15B爲具有圖14B所示雜質濃度曲線的光二極體在脈衝 光（脈衝寬度：10 "sec)照射後2 nsec完成的載體平面分佈 圖。 圖16A爲具有P型外延層厚度爲15 的光二極體在脈衝 光（脈衝寬度：i 0 A sec)照射時完成的載體平面分佈圖。 圖16B爲具有P型外延層厚度爲2〇 的光二極體在脈衝 光（脈衝寬度：10 A sec)照射時完成的載體平面分佈圖。 經濟部智慧財產局具工消费合作社印製 -----------1 丨-裝ilf----訂· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖17爲一曲線顯示空乏層内電場強度及光二極體的回應 速度模擬結果，根據圖13A及13B所示的光感裝置，其中 接收大量光。 圖18爲一曲線類示因雜質濃度遞減率產生的擴散層與雜 質滬度之間的關係。 圖19爲一斷面圖顯示根據本發明一具體實施例具有内部 -15- 本紙張尺度適用中g國家標华（CNS)A4規格（21Q x 2g7公爱） 經濟部智慧財產局異工消费合作社印製 469645 A7 __87 —_ 五、發明說明（13 ) 電路的光感裝置的結構。 較佳具體實施例説明 以下’本發明將以顯示實例及參考附圖的方式説明。 如先前所述’如果一傳統光二極體具有圏1或3所示的結 .構用來作爲書寫操作用的光二接體，當接收大量光時會有 回應速度下降的問題β 發明者已經由裝置模擬分析，當大量光由光二極體接收 時載體密度及電勢瞬間變化。模擬的結果，發現發生回應 速度減少如下述°接收大量光時產生的大部份載體累積在 連結的附近，導致電勢分佈變成扁平並因而產生較弱力量 驅動載體朝向連結，致使載體移動，既使全部，只經由擴 散。圖5及6顯示大部份内電勢量瞬間變化的模擬結果，根 據光二極體在閱讀操作中接收小量光的情況（圖5)，及光 二極體在6x速度的書寫操作中接收大量光的情況（圖6)。 圖7顯示根據光二極體接收大量光的情況載體密度瞬間變 化的模擬結果。注意圖5至7所獲得得的模擬結果係使用如 圖1所示的傳統結構。 如圖5所示，當接收小量光時，連結附近沒有電勢變化 發生。另一方面，如圖6所示，基板電勢隨光入射經歷的 時間而增加。另外，圖7顯示如果接收大量光，在ΡΝ連結 附近及基板内累積載體3這是因爲當接收大量光時在空乏 層及基板内產生大量載體，因而增加基板電勢。因爲連結 附近的電場強度減少，較少力量驅動載體，造成較多載禮 累積，導致基板電勢再減少。經由這種重覆，連結附近的 -16- 本紙張尺度適用令國國家標準（CNS)A4規格（210 * 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 . A7 4 69 64 5 ____B7 五、發明說明（14 ) 電勢分佈變成爲平，致使載體必須經過擴散作長距離移 動，此即爲回應速度減少的原因c (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 以下，將説明發明者如何分析載體累積的原因及達成本 發明。 如上述從圖4起，可以發現，如果基板的電阻係數變 低，接收大量光時的回應速度的減少率變爲較小a因爲供 應相同的反向偏電壓，如果基板的電阻係數變低，空乏層 的厚度變爲較小，導致整個空乏層供應較強烈的電場。因 爲供應較強烈的電場，有較強的力量驅動載體離開連結附 近，因而防止載體累積。這是可能的理由何以在接收大量 光時因爲基板的電阻係數減少提供較快回應速度，而不管 空乏層的厚度減少。 經濟部智慧財屋局員工消费合作杜印製 所以，發明者冗成一装置模擬，根據光二極體接收大量 光（350 μ w)時的回應速度檢查空乏層内的電場強度的效 果°尤成這種模擬係使用具有圖8 Α所示結構及圖(相當 圖8A中切線b-b，）所示雜質濃度曲線的光二極體1〇〇。光二 極禮100具有一叠層結構包括在一 p型低電阻基板181上形 成的一 P型高電阻層182，及一在該p型高電阻層182上形成 的N型半導體層183。N型半導體層183由p型分散層ΐ84及 185分割成複數個區。因爲光二極體具有雜質濃度曲線如 圖8Β所示，導致ρ型低電阻基板181與卩型高電阻層182之間 的濃度成階梯狀變化，一空乏層向基板181及ρ型高電阻層 1 82之間的介面擴展。基板的電阻係數非常低使得陽極電 阻的影響可以忽略。 -17- 本紙張尺度+ @ S家標半（CNS)A4規袼（210 X 297公;S ) 469 64 5 A7 ________B7____ 五、發明說明（15 ) 由模擬獲得文到大量脈衝光照射時光二極體1〇〇的回 應’及由改變供應的反向偏電壓研究根據電場強度的回應 速度屬性。圖9顯示根據電場強度的回應時間tf ( 9〇% — 10%)變化的模擬結果.，其中回應時間tf ( 9〇% —丨〇% )的定 義爲脈衝光照射光二極體1 〇〇後光電流從最大値的9〇0/。減 少到10%所需要的時間周期。如圖9所示，光二極體的 回應速度隨空 < 層内的電場強度減少而減少。 另外，爲了研究回應速度減少的原因，發明者在脈衝光 (脈衝寬度：10 " sec)照射後沿深度方向檢查光二極體100 内載體密度分佈的瞬間變化。結果如圖1〇 A及1 0B所示。 圖10A顯示的情況其中空乏層内存在的電場強度爲〇16 v/^m 。圖1 0 β顯示的情況其中空乏層内存在的電場強度爲〇·4 V/ ν m。如圖10 Α所示，在空乏層内存在低強度電場的情況 下脈衝光照射後立即有大量的載體在連結（深度約2〆m)附 近累積3例如，1012 cm-3載體在連結附近累積。事實上， 驅動累積載體向N型半導體層需要較長時間（如，l〇ns或 更多）證明回應速度降低=另一方面，如圖10B所示，空乏 層附近的載體密度很難改變，顯示沒有載體累積。 經濟部智慧財產局員工消费合作杜印製 - ----------^ »· illhi--訂_ (諳先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖11A及11B各顯示沒有光照射及脈衝光（脈衝寬度：10 ju sec)照射後立即的電場強度分佈曲線。如圖11A所示，在 電場強度而空乏層内有載體累積的情況下，連 結附近的電場強度由於載體累積而更加減少*減小的力量 驅動累積載體向N型半導體層證明回應速度的減少較大。 另一方面，如圖11B所示，在電場強度爲0.4 V//im而空乏 -18- 本紙張尺度適用中國國家標準<CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 4 69 645 _________B7___ 一 五、發明說明（16 ) 層内無載體累積的情況下，空乏層内的電場強度幾乎相 等，不論是否有光照射》 -----------ί i 裝-----r---訂. {锖先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 如此，發現接收大量光時（即，書窝操作期間）減少回應 速度的原因爲載體在連結附近累積，累積的載體藉由辦加 空乏層内的電場強度便可移動。 在實際的光二極體中，不過，增加供應的反向偏電签以 便增加空乏層内的電場強度也增加因供應電壓波動造成的 噪音。所以’供應電壓不能大幅改變，爲何供應電壓不能 大幅改變的其他理由爲事實上該種光二極體與LSI裝置， 如有，共同分擔裝置内的同一電源。 (實例1) 圖8C顯示根據本發明實例1的一光感裝置200。本例單元 與圖3所示光感裝置2000的相對單元使用相同參考號碼。 光感裝置200具有一 P型外延層242，也包括一具有從低電 阻基板141開始逐漸減少雜質濃度的自動摻染層242a及一 具有常數雜質濃度的層242b。根據光感裝置200，P型外延 層242形成的厚度比圖3所示傳統光感裝置2000的相對部份 較薄’空乏層厚度因而受到限制而空乏層内的電場強度則 增強。 經濟部智慧財產局員工消f合作社印製 爲了使用前述疊層基板141改善回應速度，需要讓空乏 層160充分擴展伸入高電阻層242以便減少連結電容。所 以’較理想，增加P型外延層2 4 2的電阻係數至約1 0 0 0 Ω cm，相當於外延生長下最大可控制電阻係數，及規定 高P型外延層242的厚度爲約20 "m (其中高電阻層的常數 -19- 本紙張尺度適用_國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 4 6 9 6 4 5 五、發明說明（17 ) 雜質濃度部份242b的厚度爲約1 3 v m)。任何增加P型外延 層242内空乏層不能擴展的區域會造成陽極側串聯電阻增 加’因而防礙回應速度的改善。 如圖8C所示的眞實製造的光感裝置200的回應，其中p型 外延層242的厚度可變，係根據接收大量光的情況及接收 小量光的情況測量。其結果如下列表1所示。表1也顯示在 不同厚度的P型外延層242中空乏層厚度及空乏層内的電場 強度。 表1 -- - - -- -----一 、 · I — (請先閱讀背面之注f項再填寫本頁) P型高電阻 空乏層 空乏層内 外延層厚度 厚度 電場強度 小量光 (10μ W) 大量光 (350 μ W) fc(-l dB) tf(90%->10%) [β m] O m] iy/μ m] [Hz] [ns] 12.5 4.7 0.55 10M 4.1 15 6.5 0.40 18M 4.8 17.5 7.9 0.33 20M 7.6 20 9 0.29 28M 10.5 22.5 10 0.26 38M 12.3 要求能力(6 X速度，32 X速度讀） 15M以上 8或以下 訂- 經濟部智慧財產局霣工消费合作社印製 因爲P型外延層242包括一具有可變雜質濃度區（即，自 動摻染層242a)，空乏層厚度變爲比P型外延層242的厚度 較小如表1所示3 圖9顯示實際測量値表示大量接收光時回應速度與根據 表1測量條件空乏層内電場強度之間的關係。如圖9所示， 回應速度隨空乏層内電場強度増加而增加，具有符合前述 -20- 本紙張尺度適用令國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公* ) 469645 A7 _____B7____ 五、發明說明（18 ) <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 模擬結果的變化量。如此，彳以發現，接收大量光時的回 應速度大部份由空乏層内電場強度決定，而非空乏層厚 度。這也符合載體累積主要根據連結附近電場強度的假 設，因爲載體累積在連結附近發生（深度約2 " in)如圖10A 所示（顯示載體分佈狀況其中回應速度在前述模擬中下 降）。 另一方面，如上述表1所示，接收小量光時的回應速度 隨空乏層厚度減少而減少這是因爲空乏層厚度減少造成 電容分子增加及在空乏層下方產生的載體經由擴散而移動 的距離增加。 如以上討論，具有圖8C所示結構光感器200接收大量光 時的回應速度可藉由減少P型外延層242厚度增加空乏層内 電場強度而改善。不過，P型外延層242厚度過度減少會造 成接收小量光時的回應速度減少。所以，需要適當決定P 型外延層242厚度符合接收大量光時（書窝操作）要求的回 應速度及接收小量光時（閲讀操作）要求的回應速度。 圖8C所示光感器200的結構將詳細説明如下。 經濟部智慧財產局貝工消费合作社印製 根據本發明本實例的光感器200可以用生產具有圖3所示 結構的傳統光感器2000的相同方法製造。根據本實例的光 感器200的特性差異在於P型外延層（p型高電阻晶體生長 層）242的厚度及電阻係數。P型外延層242的厚度及電阻係 數的設定須滿足下列公式： £d 2 0.3 V/jurn 其中Ed代表空乏層160内產生的平均電場強度，其間光 -21 - 本紙度適用令國國家標準（CNS)A4規格（21(^297公釐) 469645 A7 經濟部智慧財產局員X.消费合作社印製 ____— B7五、發明說明（19 ) 感器200接受一操作反向偏電壓。 在上述狀況下規定空乏層内的電場強度的理由如下a藉 由增加空乏層内的七％強度’以便増加力量驅動連結附近 現有的光載體以便降低因光感器200接收大黃光時累積載 體產生的回應速度減少。目前，一 6x速度書寫能力是支 援書寫操作CD光拾波器的要求。如上述的圖9所示，6>< 逮度書窝能力需要的回應速度可以由規定空乏層内的電場 強度爲約0.3 V/# tn或更多而獲得。 另外’不只書寫操作時的回應速度而且閱讀操作時的回 應速度對於支援書窝操作的光二極體也同樣重要。目前， 32X速度閱讀能力是一種要求。圖12顯示由上述表1實驗 資料估計的空乏層厚度與接收小量光時的回應速度之間的 關係。爲了獲得32倍較快的回應速度，需要的回應頻率爲 23 MHz或以上，益要求光二極體的頻率特性下降在頻率 不低於15 MHz爲ldB。根據圖12的曲線，32 X速度閲讀能 力需要的回應速度可由規定空乏層厚度爲約5 或以上 而獲得。 爲了完全滿足上述書寫操作及閱讀操作的回應速度要 求，較理想，空乏層内電場強度爲約0,3 V/jum或以上及空 乏層厚度爲約5 μιη或以上。這樣也要求P型外延層242的 厚度，較理想，爲約13 μ m與17 μ m之間，及P型外延層 242的電阻係數，較理想，爲約1〇〇 Ω cm與1500 Ω cm之 間。這些較理想的範圍係根據發明者獲得的賓驗結果而決 定。 -22- ----------? 1-裝-----r---訂- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4规格（210 X 297公釐） 4 6 9 64 5 A7 _____ B7 五、發明說明（20 ) 另外’較理想，ί>型半導體基板141的雜質濃度不超過p 型外延層242表面雜質濃度的1〇〇〇倍之値，以防止在形成ν 型外延層的步驟中由基板離散的雜質產生一自動摻染層並 黏結在基板上形成的Ρ型外延層242 (或常數雜質濃度層 242b)的表面。例如，如果ρ型外延層242形成並具有高電 阻係數爲約1 kD，P型半導體基板141的雜質濃度爲約i Ω cm因爲任何在Ρ型外延層2U表面形成的自動摻染層的雜 質濃度與Ρ型半導體基板141的雜質濃度的比例一般爲1 : 1000。所以’確保Ρ型半導體基板141的雜質濃度不超過ρ 型外延層242表面規定雜質濃度的1〇〇〇倍之値，既使自動 摻染產生雜質’ Ρ型外延層242表面的雜質濃度將不會超過 預定設計値。考慮減少陽極電阻，只要不發生自動摻染， 較理想’基板電阻係數應儘可能低a例如，如果基板電阻 係數的低限爲約1 Ω cm ’則其上限，較理想，爲約2〇 Ω cm 或較小以確保穩定的光感裝置的大量生產。 另外，在基板的底部表面上提供一陽極電極151 (圖8(；) 及電連接陽極電極151至光感裝置200上部表面的分離擴散 層144上的一陽極電極152 ’這樣與只有上部表面提供—陽 極電極的狀況比較，陽極電阻可以更進一步減少。結果， 回應速度便可進一步改善s (實例2) 圖I3 A及13B爲根據本發明實例2的光感裝置300的結構斷 面圖。圖13A中省略了陽極電極，陰極電極，配線，保護 膜及其他。 ^23- 本紙張尺度適用t國國家標準（CNS)A4規格（210x297公釐〉 "I I --------^ !^'-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -5J· 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 A7 469645 ______B7______ 五、發明說明（21 ) (請先閱讀背面V注意事項再填寫本頁) 如圖13A所示，光感裝置300具有一疊層結構包括一P型 埋入擴散層109，一 P型外延層1〇4，及一:N型外延層11〇在 一 P型丰導體基板103上形成。N型外延層110由P型分離擴 散層107及P型分離埋入擴散層ι〇8分割成複數個區。在各 分割區及P型外延層104底部之間的連結提供一光二極體結 構3如圖13B顯示沿圖13 A中切線c-c’的雜質曲線，P型外 延層104包拓一自動摻染（蠕變）層丨〇4a及一具有常數電阻 係數看104b 3 光感裝置300與根據實例1光感裝置200的主要差異爲卩型 埋入擴散層109係在與P型外延層1〇4之間提供。光感裝置 3 00可如下產生：硼擴散在p型半導體基板ι〇3上導致產生 型埋入擴散層109，及經由晶體生長形成p型外延層j 〇4， 以後執行的步驟與傳統的方法相同。 根據實例1光感裝置200，最高只達6 X速度書寫能力及 32x速度閲讀能力可藉由適當調整p型外延層2 U的厚度及 電阻係數獲得。這是因爲減少空乏層厚度及增加電場強度 造成電容分子增加及載體（在基板内相當深的部份產生）經 擴散層移動的距離增加。這樣不僅在閲讀操作也在書窝操 作的回應速度造成限制。 經濟部智慧財產局員工消费合作钍印製 所以’根據本實例，P型埋入擴散層1〇9係在p型半導體 基板l〇j及P型外延層104之間形成致使P型埋入擴散層1〇9 成爲電勢阻擋層阻止基板内相當深的部位上產生的載體， 因而改善光感装置300的回應迷度。 首先，進行一裝置模擬以便研究P型埋入擴散層1〇9如何 ，24 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 469645 Λ7 B7 五、發明說明（22 ) ----------(：裝—— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 作用。表2顯示使用脈衝光（780 nm，300 MW)的1%回應時 間tf ( 90%— 1%)(即，光電流從9〇%減少到的最大値所 需要的時間周期），根據圖14a，14B及14C所示光二極禮 部份的濃度曲線的三種結構。表2中，埋入層厚度的定義 爲從P型埋入擴散層109尖峰雜質濃度的位置至靠近表面濃 度爲10 cm 3的位置其間的距離9 表2 曲線 基板電阻係數 [Ω cm] 埋入層厚度 [μ m] tf (90%—1%) [ns] a 4 16 28 b 4 8 15 c 40 8 7.9 如本文使用，1 %回應時間係由從基板内經擴散層移動 的載體決定。在具有圖14 A及14B所示的濃度曲線的結構 之間，只有P型埋入擴散層109的厚度改變而P型半導體基 板103，P型埋入擴散層109，及P型外延層104的雜質濃度 則保持不變3 經濟部智慧財產局WX消费合作社印製 在具有圖14A及14B所示的濃度曲線的結構之間，具有圖 14B所示的濃度曲線的結構提供改較大改善的回應速度。 如此，便可發現，回應速度的改善效果不可能在P型埋入 擴散層109具有大厚度而由P型埋入擴散層1〇9產生的電勢 阻擋層沒有大遞減率的情況下獲得。 在具有圖14B及14C所示的濃度曲線的結構之間，只有半 導體基板103雜質濃度改變而濃度曲線的其餘項目保持不 -25- 本紙張尺度適用中困國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公爱） 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 4 6 9 645 a? ____B7_____ 五、發明說明（23 ) 變。從圖14B及14C，便可發現，因應速度較大的改變係 根據半導體基板1〇3的濃度。 圖1 5 A顯示具有圖14C濃度曲線的結構在照射脈衝光（脈 衝寬度：10 "sec)後2 nsec的電子濃度分佈。圖15B顯示具 有圖14 B濃度曲線的結構在照射脈衝光（脈衝寬度： ysec)後2nsec的電子濃度分佈。圖15八及158各顯示光二極 體部份的斷面’其中點表示電子’點的密度較高的面積代 表較咼的電子密度。各圖中實線代表P型埋入擴散層109的 尖峰濃度。整個表面附近的較高電子濃度係因形成用來減 少陰極電阻的N型高濃度移植層所致。 如圖15A顯示具有圖14C濃度曲線的結構，其中基板具有 高電阻係數及電勢阻擋層具有足夠的高度’位於比p型埋 入擴散層109深的載體不能超控載體導致載體累積。另一 方面，如圖15 B顯示具有圖14B濃度曲線的結構，其中電 勢阻擋層不具有足夠高度，載體流向表面以致在p型埋入 擴散層109的尖峰濃度附近分佈，如此，具有圖14B濃度曲 線的結構的回應速度減少係因P型埋入擴散層1 〇9的基板側 產生的載體超控電勢阻擋層作爲一慢電流分子。 如此’圖13所示光感裝置包含p型埋入擴散層1〇9，p型 埋入擴散層109作爲電勢阻擒層阻止p型埋入擴散層1〇9基 板侧產生的載體。結果，P型埋入擴散層1 〇9基板側產生的 載禮被阻止超過&勢阻擔屠而向表面移動，並經由基板内 再結合而消失3另外，在從P型埋入擴散層1〇9尖峰濃度部 份至2乏層106區域内產生的載體由p型埋入擴散層1〇9的 -26- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4思格（210 X 297公爱） ---------- ，裝 — 訂---------r (請先閱讀背面之法意事項再填罵本頁) 4 6 9 6 4 5 a7 ______ B7 五、發明說明（24 ) :----------{ '!裝--- (请先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 大濃度遞減率而產生的内電場加速，因而移動經至空乏層 106端要比經擴散層較快。如此，支援書寫操作的光二極 體書窝操作回應速度及閱讀操作回應速度都可改善。這種 回應速度的改善效果可以由p型埋入擴散層1〇9與？型半導 體基板丨03相比，具有充分的濃度差及遞減率而進一步加 強。 其次’發明者進行一種模擬係根據藉由改變p型外延層 104的厚度而改變空乏層ι〇6的厚度所獲得的曲線。表3顯 示使用：》50 " W光照射的回應時間tf (即，光電流從9〇。/0減 少到10%的最大値所需要的時間周期），根據圖丨4B所示光 二極體邵份濃度曲線結構，其中p型高電阻外延層1 〇4的厚 度改變。 表3 P型高電阻 外延層厚度 空乏層厚度 空乏層内 電場強度 大量光(350 " W) tf(90%-^10%) [β in] [μ ml [V/ u ml [ns】 13 3 0.70 1.8 15 5 0.42 1.9 17 7 0.30 2.9 20 10 0.21 6.4 -— 規定的能力Π2χ速彦書宣） 4或以下 經濟部智«財產局員工消费合作社印製 圖16A顯—種結構的光二極體部份的電子濃度分佈， 其P型外延層104具有厚度爲15" m及在空乏層丨〇6内脈衝光 (脈衝寬度：10 μ sec)照射時具有電場強度爲〇 42 v/^斑。 圖I6B顯示一種結構的光二極體部份的電予濃度分佈，其 -27- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格<210 X 297 ---- 469645 A7 _____B7__ 五、發明說明（25 ) P型外延層104具有厚度爲20 及在空乏層106内脈衝光 (脈衝寬度：10 A sec)照射時具有電場強度爲0.21 v/y m。 圖16A及16B各顯示光二極體部份的斷面，其中點表示電 子，點的密度較高的面積代表較高的電子密度。圖16A及 16B各圖中實線代表p型埋入擴散層1 〇9的尖峰濃度。整個 表面附近的較高電子濃度係因供應N型高濃度移植層所 致，以便減少陰極電阻。 如圖16B顯示的結構，其P型外延層104的厚度爲20 jum ’載體累積在空乏層106附近《如此，空乏層變爲較擴散 及空乏層内的電場強度隨P型外延層104的厚度增加而減 少，因而造成電荷累積及較低的回應速度。 圖17顯示空乏層106内的電場強度及使用脈衝光（780 nm，3 00 a W)的10%回應時間tf(0% — 90% )(即，陰極電流 減少至10%的最大値所需要的時間周期）之間關係。如圖 17所示，由規定p型外延層1〇4的厚度及電阻係數以便滿足 下列公式’ 1 2 X速度書寫能力（tf s 4 ns)，這種能力將成 爲下一代支援書寫操作光二極體的要求：
Ed' > 0.3 V/^m 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ----------ί '.裝—l·—訂_ {請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁> 其中Ed'代表平均電場強度，即當光感装置300接受一操 作反向偏電壓供應時在空乏層106内產生。在上述狀態下 规定P型外延層1 〇4的厚度及電阻係數的理由如下。藉由增 加空乏層内電場強度，增加力量驅動存在連結附近的光載 體以便降低因載體累積而減少接收大量光時回應速度。 爲了獲得空乏層内電場強度爲0.3 V/# m或更高以便達到 -28 - 本纸張尺度適用令國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局興工消费合作社印製 469 64 5 A7 五、發明說明（26 ) 前述的書寫能力並降低光二極體增加的電容，較理想，p 型外延層104具有厚度爲約9 " m及17〆m之間及電阻係數 爲約100 Ω cm及1 500 Ω cm之間=較佳的P5|外延看1 〇4厚度 範圍由表3所示的模擬資料決定，及較佳的p型外延層丨〇4 的電阻係數由發明者執行的模擬結果決定。較佳的p型外 延層104厚度的下限設定爲約9 a ^，因爲，如圖14B所 示，N型外延層110及P型外延層104之間連結部份的濃度會 因自動掺染層104a的影響而增加，如果P型外延層1〇4的厚 度小於9 μιη時，將產生増加的連結電容及較低回應速 度。 另外，爲了讓根據本實例的Ρ型埋入擴散層1〇9完全作爲 電勢阻擋層，較理想’ ρ型埋入擴散層109的尖峰雜質濃度 等於或大於100倍的Ρ型半導體基板103的雜質濃度，理由 如下。 比較Ρ型半導體基板103 ’如果Ρ型埋入擴教層不具有 充分高度的擴散部份，在Ρ型埋入擴散層1〇9基板側產生的 載體因熱能超控Ρ型埋入擴散層109並到達ΡΝ連結，因而 造成回應速度減少。在操作溫度範圍，即，約〖〇»c至約 10(TC，的熱能範圍爲約0.03 ev至0‘04 eV。所以，需要提 供充分的高擴教電勢以便抵消該熱能。爲了確保丨〇%或更 少載體超控P型埋入擴散層109以便防止基板1〇3產生的載 體流向光感裝置300的表面，相對P型半導體基板1〇3 , |>型 埋入擴散層109需要具有約爲0,1 V或以上的電勢a這是因 爲具有熱能£e (eV)的電子超控電勢Eb (eV)的或然率ρ爲： -29- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4峴格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 4 β 9 6 4 5 Α7 Β7___ 五、發明說明（27 ) p = Exp (-Eb/Ee)， 導致： (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁>
p - Exp (-Eb/0.04) < Q, I
Eb > -0.04 x 1 〇g(0.1) = o.i 現在，雜質滚度與擴散電勢之間的關係由圖18顯示。如 圖18所示，爲了確保P型埋入擴散層109及P型半導體基板 103之間的電勢差爲約0,1 V或更多，需要規定P型埋入擴 散層109的尖峰雜質濃度等於或大於1〇〇倍的p型半導體基 板103的雜質濃度。換言之，藉由規定P型埋入擴散層1〇9 的尖峰雜質濃度等於或大於100倍的P型半導體基板103的 雜質濃度，便可能改善因P型埋入擴散層109基板側產生的 載體造成的回應速度減少= 經濟部智慧財產局員工消f合作社印製 另外，如果P型半導體基板103與P型埋入擴散層109之間 的尖峰雜質濃度差很大，P型埋入擴散層109作爲電勢阻擋 層更爲有效。採用FZ (浮動區）技術生產的基板更有利於 減少基板雜質濃度，但是會造成晶圓機械強度較差導致產 品故障及因而減少收率。採用CZ (Czochral ski)技術生產的 基板較佳，因爲排除產品故障及減少收率的問題。因爲使 用CZ技術可以獲得基板可能達到的最高電阻係數爲約5 0 Ω cm，較理想，使用具有電阻係數爲約20 Ω cm至50 Ω cm 的CZ基板=因爲，爲了確保穩定的大量生產光感裝置， 需要假設電阻係數的上限爲約5 0 Ω c m，低限爲約2 0 Ω cm ° 爲了比P型半導體基板103提供更充分的高雜質濃度（100 -30- 本紙張又度適用中國國家標準（CNS)A4現格（210 X 297公釐） 4 69 64 5 A7 ____87__ 五、發明說明（28 ) 倍或更大），較理想，P型埋入擴散層109的尖峰雜質渡度 爲約1 X 1017 cm—3或更大。 由離子移.値形成P型埋入擴散層109對膜厚度及電阻係數 的可控制性有利。不過，如果在高濃度爲約1 x 1〇n 或 更大的狀況下移植離子會因產品故障而減少收率。爲了防 止因該種瑕疵而減少收率，較理想，f>型埋入擴散層1 〇9由 覆蓋膜然後擴散形成。 爲了改善根據脈衝光的1 %回應時間，較理想，規定P开，丨 埋入擴散層109的濃度曲線如下：
Xu <38 μ m 其中Xu代表厚度從光二極體表面至p型埋入擴散層1〇9基 板側具有1/100的P型埋入擴散層109尖峰雜質濃度的位 置3這樣的濃度曲線較爲理想，因爲，只有如果電勢阻擔 層在比吸收的入射光降到1 %或更小亮度的地方更淺的部 份形成’便能充分消除具有慢速回應的載體，導致無法獲 得回應速度充分改善的效果。現在，如果具有波長78〇 nm 的光入射到矽上，光會逐漸衰弱達到約1%或更小的光 度，其深度約爲38 m。所以，較理想，規定厚度爲Xu， 即定義該厚度從光二極體表面至p型埋入擴散層1〇9基板侧 具有1/100的P型埋入擴散層109尖峰雜質濃度，約38 # m 或更小，的位置。
在一種應用類似如圖8C所示根據本發明實例1的光感裝 置200的情沉下’具有内部電路光感裝置可以應用根據本 發明實例2的光感裝置300而獲得，造成訊號處理電路在N -31 - 本紙張尺度適用中賴家標準仰5认4规格（210»< 297公；5|) <請先閱讚背面之注意事項再填寫本頁) 裝 經濟部智慧財產局霣工消费合作钍印焚 4 6 9 6 4 5 A7 B7 五、發明說明（29 ) ----! I--丨丨一 1 I . I I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 土外延層區内形成而與同基板上的P型分離擴散層107及P 型分離埋入擴散層1〇8的光二極體部份隔離。結果，整個 拾波器系統的尺寸可以減小，及生產成本因而減少。 圖19顯示根據本發明—具體實施例的一種光感装置 400。 ^ 如圖19所示的光感裝置4〇〇包括一ρ型丰導體基板1，一ρ 型南電阻外延層30 , — ρ型高濃度埋入擴散層4，_ ρ型分 離埋入擴散層7，一空乏層5, 一Ν型收集器區6, Ν型外延 層8 ’ Ρ型分離擴散層9，一 Ν型收集器接觸區1〇，一ρ型基 礎區11，一 Ν型發射體區12，一覆蓋膜14，一陰極接點 15’ 一陽極接點16，電晶體接點17，一陰極接點區22，一 光一極體結構部份8〇 ,及一電路結構部份9〇。ρ型高電阻 外延層30包括_常數電阻係數層2及一自動摻染層3 a 在具有内部電路的光感装置中，如圖19的光感裝置400 的情況，較理想，從P型外延層30的表面開始形成ρ型高濃 度埋入擴散層4。結果’陽極電阻可以由減少ρ型分離埋入 擴散層7下方的電阻而減少，因而更進一步增加光二極體 的回應速度3也可能由減少電路部份的基板電阻而防止閉 鎖現象發生。 經濟部智慧財產局異工消费合作社印製 在圖8C或13A所示的光感裝置200或300中，較理想，也 從P型外延層242或P型埋入擴散層109的表面開始分別形成 前述P型高濃度埋入擴散層。 雖然前述實例顯示P型爲第一導電型及N型爲第二導電 型，但可以想像，N型亦可作爲第一導電型及ρ型爲第二 -32- 本紙張尺度適用妒國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公龙） 4 6 9 6 4 5 A7 B7___ 五、發明說明（30 ) 導電型3 雖然在根據本發明的光感裝置中，較理想，形成複數個 光二極體部份’本發明也應用於其中只提供一光二極體部 份的具體實施例。 如上所述，根據本發明，使用一疊層板，其中包括—第 一導電型半導體基板及在其上形成的第一導電型半導體層 並具有比使用的半導體基板所含較低的雜質濃度以便在其 上形成一光二極體。空乏層厚度藉由調整第一導電型半導 體層的厚度及電阻係數而減少，而且空乏層内電場強度可 以增加及不必改變供應光二極體的偏電壓。結果，因電場 存在而增加力量驅動連結附近的載體，而且可以防上因接 收大量光時累積載體造成的回應速度減少。 不過，較小的空乏層厚度導致電容分子增加及空乏層下 方產生的載體經擴散移動的距離較長，因而造成接收小量 光時回應速度減少。所以，爲了滿足閲讀操作時接收小量 光的回應速度要求及書寫操作時接收大量光的回應速度要 求’調整第一導電型半導體層的厚度及電限係數以便達成 希望的裝置規格= 經濟部智慧財產局貝工消费合作杜印製 -----------/ '-裝-----r---訂· {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 另外’根據本發明，一具有相當高雜質濃度的第一導電 型第一半導體層係在一第一導電型半導體基板及一第一導 電型第二半導體層之間形成，其雜質濃比半導體基板所含 較低。如此，第一導電型第一半導體層可作爲防止基板側 產生載體的電勢阻擋層，因而消除經擴散移動長距離的慢 電流分予。因爲載體產生的部份比第一導電型第一半導體 -33- 本紙張尺度3用中國國家標準（CNS)a4規格（210 X 297公釐） 469 64 5 A7 ____ B7 五、發明說明（31) 層的尖峰雜質濃度部份接近表面而由第一導電型第—丰導 體層内的内部電場加速，載體移動經空乏層至空乏層瑞比 經擴散較快。結果，回應速度可進一步改善。 如上述，根據本發明，提供一光感裝置支援書寫操作， 及一具有内部電路的光感裝置，以便防止書窝操作中因接 收大量光時載體累積造成回應速度減少，而且可以改善閱 讀操作中接收小量光的回應速度及書寫操作中接收大量光 的回應速度。 熟悉本技藝者對此會有各種其他修改並能立即執行而不 背離本發明的精神及範圍。因此，所附的申請專利範圍並 不限於上述的説明，而是該申請專利範圍應作廣泛解釋。 ----------{;裝----l·——訂. (諳先M讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局貝工消费合作社印製 -34- 本紙張尺度適用宁國國家標準（CNS)A4規格（210 * 297公爱）