專利名稱：提高靈敏度的光學(xué)半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)半導(dǎo)體器件，具體涉及靈敏度提高的光學(xué)半導(dǎo)體 器件。
背景技術(shù)：
為了實(shí)現(xiàn)記錄裝置中的高密度記錄，對藍(lán)色激光等短波長光的光 接收元件的開發(fā)一直在向前推進(jìn)。另一方面，當(dāng)作為光信號光源的半 導(dǎo)體激光器件的振蕩中心波長較短時(shí)，用于接收激光的半導(dǎo)體的光吸 收系數(shù)變大，同時(shí)半導(dǎo)體的侵入(invasive)長度變短。因此，為了有 效地獲得光生載流子，需要防止在半導(dǎo)體表面附近由于光生載流子復(fù) 合所導(dǎo)致的量子效率的降低。
日本特開專利公開(JP-P2004-87979A)公開了一種光接收元件及 其制造方法，以及一種電路內(nèi)置式光接收元件，該技術(shù)旨在獲得一種 對短波長光具有高靈敏度和高速響應(yīng)的光接收元件。圖1示出了現(xiàn)有 技術(shù)中電路內(nèi)置式光接收元件結(jié)構(gòu)的剖視圖。該電路內(nèi)置式光接收元 件120包含電阻率約為40Qcm的硅制P型半導(dǎo)體襯底101， P型高濃 度嵌入擴(kuò)散層102，具有100Qcm或更高電阻率的P型高電阻率外延 層103，以及具有約l至5Qcm電阻率的N型外延層106，以上各層依 上述順序疊層在P型半導(dǎo)體襯底101上。電路內(nèi)置式光接收元件120 包含光電二極管區(qū)，以及與之相鄰的雙極元件區(qū)。光電二極管區(qū)(在 圖中左側(cè))和晶體管元件區(qū)(在圖中右側(cè))由P型嵌入分離擴(kuò)散層104 和P型分離擴(kuò)散層107分隔，其中P型嵌入分離擴(kuò)散層104形成在P 型高電阻率外延層103中，以從與P型高濃度嵌入擴(kuò)散層102的邊界 到達(dá)與N型外延層106的邊界，其中P型分離擴(kuò)散層107形成為，從 與N型外延層106邊界的表面到達(dá)P型嵌入分離擴(kuò)散層104。
N型雜質(zhì)擴(kuò)散層108形成在光電二極管區(qū)中，其N型雜質(zhì)擴(kuò)散從 N型外延層106的表面的深度等于或小于0.3ixm (例如，0.3 wm)， 其雜質(zhì)峰值濃度低于lX102()cm-3，例如，約8X10^cm—3。
N型嵌入擴(kuò)散層105形成在晶體管元件區(qū)中，從而嵌入在P型高 電阻率外延層103的表面內(nèi)。N型阱擴(kuò)散層109和作為集電極層的N 型雜質(zhì)擴(kuò)散層108彼此相鄰地形成在N型嵌入擴(kuò)散層105上。基于P+ 的擴(kuò)散層111與基于P的擴(kuò)散層IIO相鄰地形成，且與基于P的擴(kuò)散 層110的兩側(cè)相鄰，該基于P+的擴(kuò)散層lll位于N型阱擴(kuò)散層109中。 N型發(fā)射極擴(kuò)散層112形成在基于P的擴(kuò)散層IIO的區(qū)域中。
如上所述，用于保護(hù)表面的絕緣膜形成在N型外延層106的整個(gè) 表面上方，在N型外延層106中，分別形成光電二極管區(qū)的每一層和 晶體管元件區(qū)的每一層。用于保護(hù)表面的絕緣膜具有開口，分別位于 光電二極管區(qū)的N型雜質(zhì)擴(kuò)散層108和P型分離擴(kuò)散層107、作為雙 極晶體管區(qū)集電極上拉層的N型雜質(zhì)擴(kuò)散層108、基于P+的擴(kuò)散層111、 以及N型發(fā)射極擴(kuò)散層U2的上方。硬接線(電極)金屬層114配置 在各個(gè)開口上。
由于根據(jù)N型雜質(zhì)濃度梯度而產(chǎn)生的內(nèi)電場，使得N型雜質(zhì)擴(kuò)散 層108中產(chǎn)生的光生載流子向耗盡層移動，從而使光電流流動。但是， 當(dāng)N型雜質(zhì)擴(kuò)散層108中的雜質(zhì)濃度較高時(shí)，光生載流子的壽命變短， 且在到達(dá)耗盡層前就復(fù)合消失。因此，光生載流子不能對光電流的產(chǎn) 生作出貢獻(xiàn)，從而光接收元件的量子效率降低了。如上所述，當(dāng)光的 吸收系數(shù)根據(jù)光波長的變短而增加且光進(jìn)入半導(dǎo)體層的侵入長度變短 時(shí)，N型雜質(zhì)擴(kuò)散層108中產(chǎn)生的光生載流子增加了。因此，當(dāng)N型 雜質(zhì)擴(kuò)散層108中的雜質(zhì)濃度較高時(shí)，光接收元件量子效率的降低很 明顯地顯現(xiàn)出來。為了防止在高濃度雜質(zhì)和擴(kuò)散層中基于光生載流子 復(fù)合的量子效率的降低，對濃度分布曲線進(jìn)行了優(yōu)化。
第一種優(yōu)化方式是，當(dāng)N型雜質(zhì)擴(kuò)散層108中的雜質(zhì)濃度較高時(shí)，
通過較淺地形成N型雜質(zhì)擴(kuò)散層108而建立陡的擴(kuò)散分布曲線，從而 增強(qiáng)內(nèi)電場。結(jié)果，與較深地形成N型雜質(zhì)擴(kuò)散層108的情形相比， 光生載流子向耗盡層移動速度加快了，從而光生載流子能在復(fù)合前移 動到耗盡層內(nèi)。
第二種優(yōu)化方式是，當(dāng)較深地形成N型雜質(zhì)擴(kuò)散層108時(shí)，可通 過降低雜質(zhì)濃度來延長光生載流子的壽命。從而，光生載流子能在未 復(fù)合的情況下移動到耗盡層內(nèi)。
在上述的第一種和第二種方法中，都要求將峰值雜質(zhì)濃度設(shè)置在 半導(dǎo)體表面上或者盡可能設(shè)置在接近表面處，以便能抑制載流子在N 型雜質(zhì)擴(kuò)散層108中的復(fù)合。為了實(shí)現(xiàn)上述要求，需要采用通過氧化 膜的離子注入法。然而，隨著形成氧化膜，前置期被延長，因而增加 了生產(chǎn)成本。另外，由于需要對光接收部分以外的區(qū)域在高溫下進(jìn)行 熱處理，例如電路元件，從而很難精確地控制光接收部分的擴(kuò)散層。 因此，需要一項(xiàng)技術(shù)，其能以簡單的方式和低成本的工藝制造光接收 元件，且該光接收元件能高靈敏度和高速響應(yīng)地接收如藍(lán)色激光等的 短波長光。
結(jié)合上述描述，日本特開專利公開(JP-P2003-92424A)公開了一 種分開的光接收元件， 一種電路內(nèi)置式光接收元件，以及一種光盤裝 置。該分開的光接收元件包含多個(gè)形成在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層上的 第二導(dǎo)電類型擴(kuò)散層，而第二導(dǎo)電類型擴(kuò)散層與第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體 層相互保持預(yù)定的間隔；泄漏防止層，其至少形成在第一導(dǎo)電類型半 導(dǎo)體層上的多個(gè)第二導(dǎo)電類型擴(kuò)散層之間，且防止第二導(dǎo)電類型擴(kuò)散 層之間發(fā)生泄漏；以及絕緣層，其至少形成如下區(qū)域中，所述區(qū)域是 光進(jìn)入到包含第二導(dǎo)電類型擴(kuò)散層和防止?jié)B漏層的第一導(dǎo)電類型半導(dǎo) 體層上的區(qū)域。
日本特開專利公開(JP-A-Heisei 11-214668)公開了一種固體成像 裝置和一種光接收元件。該固體成像裝置包含第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體襯 底；多個(gè)形成在半導(dǎo)體襯底上的第二導(dǎo)電類型積累層，其用于積累入 射光產(chǎn)生的信號電荷；形成在積累層上側(cè)的絕緣層；形成在絕緣層上 側(cè)的光透明電極；電壓提供裝置，用于向光透明電極施加電勢，并在 位于下方的積累層表面上形成反向?qū)樱恍盘杺鬏斞b置，用于掃描積累 在積累層內(nèi)的信號電荷，并將其作為圖像信號向外部輸出。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供一種光學(xué)半導(dǎo)體器件，其能高靈敏度和 高速響應(yīng)地接收如藍(lán)色激光等波長較短的光。
本發(fā)明的另外一個(gè)目的是提供一種光學(xué)半導(dǎo)體器件，其能以簡單 的方式和低成本的工藝制造光接收元件，并能高靈敏度和高速響應(yīng)地 接收如藍(lán)色激光等波長較短的光。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)半導(dǎo)體器件包含光電二極管，其 包含第一導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層；以及第二導(dǎo)電類型的溝道層，其 從光接收區(qū)中第一半導(dǎo)體層的表面部分開始形成。溝道層和光接收區(qū) 中的第一半導(dǎo)體層形成p-n結(jié)區(qū)。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，提供了光學(xué)半導(dǎo)體器件的工作方法 以及光學(xué)半導(dǎo)體器件，其包括第一導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層；形成在 半導(dǎo)體層表面部分的第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層；形成在第一半導(dǎo) 體層下的第一導(dǎo)電類型的第三半導(dǎo)體層；穿透第一半導(dǎo)體層到達(dá)第三 半導(dǎo)體層形成的第一導(dǎo)電類型的第四半導(dǎo)體層；位于第二半導(dǎo)體層上 的第一電極；以及位于第四半導(dǎo)體層上的第二電極。光學(xué)半導(dǎo)體器件 的工作方法是，在第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層之間施加反向偏移電 壓，從而在第一半導(dǎo)體層表面部分形成第二導(dǎo)電類型的溝道層；以及
探測當(dāng)光射入形成有pn結(jié)區(qū)的光接收區(qū)時(shí)產(chǎn)生的光電流。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種具有高靈敏度和高速響應(yīng)的， 可作為藍(lán)色激光等短波長光接收元件的光學(xué)半導(dǎo)體器件。提供了一種 具有高靈敏度和高速響應(yīng)的，可作為短波長光接受元件的光學(xué)半導(dǎo)體 器件，且其能以簡單的方式和低成本的工藝制造。
通過下述結(jié)合附圖對一些優(yōu)選實(shí)施例的描述，本發(fā)明的上述以及 其它發(fā)明目的、優(yōu)點(diǎn)和特性將更加明顯易懂
圖1示出了傳統(tǒng)電路內(nèi)置式光接收元件結(jié)構(gòu)的剖視圖； 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光學(xué)半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)的剖視圖； 圖3示出了根據(jù)本發(fā)明該實(shí)施例的光學(xué)半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)的平面圖； 圖4示出了根據(jù)本發(fā)明該實(shí)施例的光學(xué)半導(dǎo)體器件工作原理的剖
視圖5A到5L示出了本發(fā)明該實(shí)施例的光學(xué)半導(dǎo)體器件制造方法的 剖視圖6示出了本發(fā)明該實(shí)施例的光學(xué)半導(dǎo)體的工作的流程圖；
具體實(shí)施例方式
下面參考附圖對本發(fā)明的光學(xué)半導(dǎo)體器件進(jìn)行描述。圖2示出了 光學(xué)半導(dǎo)體器件的剖面圖作為根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)半導(dǎo)體器件構(gòu)造的例
子，其在同一半導(dǎo)體襯底上形成了光電二極管和MOS晶體管。參考圖 2，光電二極管區(qū)20包含P型半導(dǎo)體襯底1， P+型嵌入層2， P型外延 層3， P+型擴(kuò)散層4， N+型擴(kuò)散層5，反射防止膜6，場膜7，陽極8和 陰極9。另一方面，MOS晶體管區(qū)40包含N阱擴(kuò)散層33， P+型擴(kuò)散 層34，柵氧化膜+多晶硅柵35，保護(hù)絕緣膜36，以及漏/源電極37。另 外，在光電二極管區(qū)和MOS晶體管之間具有LOCOS (局部氧化硅)。
P型半導(dǎo)體襯底1例如是P型硅襯底。P+型嵌入層2被配置為覆蓋P型半導(dǎo)體襯底1。 P+型嵌入層2被被示例為具有高雜質(zhì)濃度的P型
硅層。P型外延層3被配置為覆蓋P+型嵌入層2。 P型外延層3被示例 為具有大于100Qcm的高電阻率且具有低雜質(zhì)濃度的硅層。P+型擴(kuò)散 層4被配置為在光接收區(qū)外的預(yù)定位置從P型外延層3的表面穿透至 P+型嵌入層2的表面。P型外延層3的雜質(zhì)濃度低于P+型嵌入層2和 P+型擴(kuò)散層4的雜質(zhì)濃度。P型外延層3被示例為具有高雜質(zhì)濃度的P 型硅層。在光接收區(qū)之外的預(yù)定位置上，N+型擴(kuò)散層5較淺地嵌在P 型外延層3表面中。N+型擴(kuò)散層5被示例為具有高雜質(zhì)濃度的N型硅 層。反射防止膜6被配置為覆蓋光接收區(qū)中的P型外延層3的表面(溝 道區(qū)30的表面)。防止反射層6包含例如氧化硅膜等的氧化膜6b，以 及例如氮化硅膜等的氮化膜6a。依照接收光的波長設(shè)置這些膜的厚度， 以防止反射。場膜7被配置為覆蓋除了光接收區(qū)以外的P型外延層3 的表面。場膜7包含例如氧化硅膜的氧化膜7b和例如氮化硅膜的氮化 膜7a。陽極8被配置為填充P+型擴(kuò)散層4上的場膜7的開口，并到達(dá) P+型擴(kuò)散層4。陰極9被配置為填充N+型擴(kuò)散層5上的場膜7的開口 ， 并到達(dá)N+型擴(kuò)散層5。
N型阱擴(kuò)散層33位于P型半導(dǎo)體襯底1中。P+型擴(kuò)散層34被配 置為在N型阱擴(kuò)散層33中。柵氧化膜+多晶硅柵35位于P型半導(dǎo)體襯 底1上，并嵌入在保護(hù)絕緣膜36中。漏/源電極37被配置為填充P+型 擴(kuò)散層34上的開口 ，并到達(dá)P+型擴(kuò)散層34。 LOCOS 32由氧化硅形成， 用于使光電二極管區(qū)20和MOS晶體管以及使多個(gè)MOS晶體管之間絕 緣。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光學(xué)半導(dǎo)體器件構(gòu)造中的光電二 極管區(qū)20的平面圖。在光電二極管區(qū)20中，陰極9和陽極8被配置 為圍繞具有反射防止膜6的光接收區(qū)。利用場膜7完成對陰極9、陽極 8P型以及外延層3的表面之間的絕緣。
下面描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光學(xué)半導(dǎo)體器件的工作。圖4示出
了本發(fā)明實(shí)施例中的光學(xué)半導(dǎo)體器件的工作原理的剖視圖。在本實(shí)施 例中，擴(kuò)散層并未形成在光接收區(qū)中，并且通過在陽極8和陰極9之
間施加反極性偏壓，從而在場膜7和反射防止膜6下面形成很淺的反 轉(zhuǎn)層io，該反轉(zhuǎn)層作為陰極擴(kuò)散層。下面將進(jìn)行更詳盡的描述。
P型外延層3采用高電阻率(高于100Qcm)的硅膜，并且在陽 極8和陰極9之間施加大于預(yù)定電壓的反向偏壓E。從而在P型外延層 3的表面(溝道層30)上方，緊鄰包含氧化膜7b和氮化膜7a的場膜7 以及包含氧化膜6b和氮化膜6a的反射防止膜6下方，形成很淺的反轉(zhuǎn) 層(N+溝道)10。該很淺的反轉(zhuǎn)層IO起陰極擴(kuò)散層的作用。也就是說， 當(dāng)接收到光時(shí)，由于在反轉(zhuǎn)層10內(nèi)部產(chǎn)生光生載流子，且由于濃度梯 度而產(chǎn)生的內(nèi)電場，所產(chǎn)生的光生載流子移動進(jìn)入耗盡層11，因此光 電流在P+型嵌入層2、 P+型擴(kuò)散層4和反轉(zhuǎn)層10之間流動通過p-n結(jié)。 此時(shí)，當(dāng)施加反向偏壓時(shí)，耗盡層11將延伸到高電阻率層一側(cè)。因此， 光電二極管(P+型嵌入層2、 P+型擴(kuò)散層4和反轉(zhuǎn)層(N+溝道)10)的 電容減小，從而能同時(shí)實(shí)現(xiàn)高速響應(yīng)。
眾所周知，"+ "電荷易于出現(xiàn)在場膜7和反射防止膜6的氧化膜 (Si02) 7b和6b中。因此，存在如下的情形，即，由于氧化膜7b和 6b中"+ "電荷對空穴的推動作用，因此導(dǎo)致在P型外延層3和氧化膜 7b和6b邊界附近的P型外延層3的表面上缺少空穴。從而，沿著邊界 形成了空穴濃度很低的層。在這種情況下，當(dāng)在陽極8和陰極9之間 施加反向偏壓E時(shí)，由于通過氧化膜7b和6b而施加的正電壓，因此 邊界附近的P型外延層3的P—區(qū)變成耗盡層。進(jìn)一步地，當(dāng)施加高強(qiáng) 度反向偏壓時(shí)，由于電子在邊界處聚集，從而出現(xiàn)了 N型反轉(zhuǎn)層10。 于是，在P+型嵌入膜2、 P+型擴(kuò)散層4以及反轉(zhuǎn)層10之間實(shí)現(xiàn)了 p-n 結(jié)。當(dāng)反轉(zhuǎn)層IO作為光接收元件的陰極擴(kuò)散層時(shí)，不需要通過如離子 注入等方法形成陰極擴(kuò)散層。另外，由于反轉(zhuǎn)層IO形成地很淺，可以 防止由于P型外延層3表面上的復(fù)合而導(dǎo)致的量子效率的降低，從而 能形成高靈敏度的光接受元件。因此，無需在光接收區(qū)形成很淺的擴(kuò)
散層。由于不形成擴(kuò)散層，就能防止在形成除光接收區(qū)之外的元件時(shí) 在高溫下進(jìn)行熱處理帶來的影響。
圖5A到5L示出了在本發(fā)明實(shí)施例中的光學(xué)半導(dǎo)體器件制造方法 的剖視圖。參考圖5A，首先制備p型硅的P型半導(dǎo)體襯底1，其電阻 率約為30Qcm (雜質(zhì)濃度4.44X10"cm—3)。然后，通過雜質(zhì)擴(kuò)散的 方法形成P+型嵌入層2，以便覆蓋P型半導(dǎo)體襯底1。 P+型嵌入層2的 表面電阻約為100Q/口。之后，通過外延生長的方法形成P型外延層3， 以便覆蓋P+型嵌入層2。此時(shí)，P型外延層3的電阻率約為100Qcm或 更高(雜質(zhì)濃度小于1.33X10"cm—3)。隨后，通過在P型外延層3 的表面進(jìn)行熱氧化而形成氧化硅的氧化膜12。
參考圖5B，形成光致抗蝕劑層13以覆蓋氧化膜12，并通過光刻 工藝在光致抗蝕劑13上實(shí)施圖案化。通過離子注入法或者雜質(zhì)擴(kuò)散法 形成P+型擴(kuò)散層4，從而在光致抗蝕劑13的開口中從P型外延層3的 表面向P型半導(dǎo)體襯底1延伸。此時(shí)，P+型擴(kuò)散層4的雜質(zhì)濃度約為 2.0X 1019cm-3。
參考圖5C，去除光致抗蝕劑13和氧化膜12后，通過熱處理工藝 使P+型擴(kuò)散層4中的P型雜質(zhì)和P+型嵌入層2中的P型雜質(zhì)相互擴(kuò)散， 并被活化。從而，P+型擴(kuò)散層4和P+型嵌入層2相連。
參考圖5D，通過對P型外延層3和P+型擴(kuò)散層4的表面進(jìn)行熱氧 化，從而形成了氧化硅的氧化膜14。參考圖5E，形成光致抗蝕劑層15 以覆蓋氧化膜14，并通過光刻工藝在光致抗蝕劑層15上形成圖案。通 過這一工藝，在光致抗蝕劑15中形成開口 16。參考圖5F，通過離子 注入法或者雜質(zhì)擴(kuò)散法，在光致抗蝕劑層15的開口 16中，在P型外 延層3的表面區(qū)域中形成N+型擴(kuò)散層5。此時(shí)，N+型擴(kuò)散層5的雜質(zhì) 濃度約為2.0X1019cm-3o
參考圖5G，隨后，去除光致抗蝕劑15和氧化膜14后，通過熱處 理工藝使N+型擴(kuò)散層5中的n型雜質(zhì)擴(kuò)散并活化。之后，通過對P型 外延層3和P+型擴(kuò)散層4的表面進(jìn)行熱氧化，形成了氧化硅的氧化膜 7b。此時(shí)，氧化膜7b的膜厚約為50nm。氧化在1050"C和5%的H2的 氣體中采用ISSG (現(xiàn)場蒸氣產(chǎn)生技術(shù))方法進(jìn)行。隨后，通過CVD 方法形成氮化硅的氮化膜7a，以覆蓋氧化膜7b。此時(shí)，氮化膜7a的膜 厚約為180nm。
參考圖5H，形成光致抗蝕劑層17以覆蓋氮化膜7a，并通過光刻 工藝對光致抗蝕劑層17進(jìn)行圖案化。通過利用干蝕刻，在光致抗蝕劑 層17的開口 18中去除氮化膜7a和氧化膜7b。于是，在開口 18處，P 型外延層3的表面暴露。該暴露的區(qū)域就是光接收區(qū)。另外，場膜7 被形成為氧化膜7b和氮化膜7a的層疊膜。
參考圖51，之后，通過CVD方法形成氧化硅的氧化膜6b以覆蓋 P型外延層3的暴露區(qū)域。此時(shí)，氧化膜6b的膜厚約為10nm。隨后， 通過CVD方法形成氮化硅的氮化膜6a以覆蓋氧化膜6b。此時(shí)，氮化 膜6a的膜厚約為40nm。之后，通過去除光致抗蝕劑層17，也去除了 光致抗蝕劑層17上的氧化膜6b和氮化膜6a。結(jié)果，在光接收區(qū)中形 成了反射防止膜6，其作為氧化膜6b和氮化膜6a組成的層疊膜。氧化 膜6b和氮化膜6a的膜厚根據(jù)待接收光的波長事先確定。
參考圖5J，形成光致抗蝕劑層19，以便覆蓋場膜7和反射防止膜 6，并通過光刻工藝對光致抗蝕劑19進(jìn)行圖案化。由此，在光致抗蝕 劑19中形成開口 24和21。參考圖5K，進(jìn)而，在光致抗蝕劑層19的 開口24和21內(nèi)，通過干蝕刻在場膜7中形成通孔22和23。此時(shí)，通 孔22形成在N+型擴(kuò)散層5上，從而可以暴露N+型擴(kuò)散層5。通孔23 形成在P+型擴(kuò)散層4上，從而可以暴露P+型擴(kuò)散層4。參考圖5L，之 后，通過光刻工藝、金屬膜成形工藝以及光致抗蝕劑去除工藝，配置 陰極9以填充開口部分22并到達(dá)N+型擴(kuò)散層5，以及配置陽極8以填
充開口部分23并到達(dá)P+型擴(kuò)散層4。
通過上述工藝，制造出光電二極管區(qū)20。
下面描述本發(fā)明的光學(xué)半導(dǎo)體器件的工作方法。圖6示出了本發(fā) 明實(shí)施例中光學(xué)半導(dǎo)體器件工作的流程圖。首先，制備光學(xué)半導(dǎo)體器 件(圖2)(步驟SOl)。之后，通過在陽極8和陰極9之間施加反向 偏壓E，光學(xué)半導(dǎo)體器件(圖4)被設(shè)置為準(zhǔn)備就緒等待測量的狀態(tài)(步 驟S02)。由此，在緊鄰場膜7和反射防止膜6之下的P型外延層3 表面上，，形成了很淺的反轉(zhuǎn)層(N+溝道)10。該很淺的反轉(zhuǎn)層10起 陰極擴(kuò)散層的作用。通過照射待測量光，光學(xué)半導(dǎo)體器件(圖4)接收 光(步驟03)。當(dāng)光到達(dá)P型外延層3表面，由于接收到光，因此在 反轉(zhuǎn)層10內(nèi)部產(chǎn)生了光生載流子，在由濃度梯度產(chǎn)生的內(nèi)部電場作用 下，光生載流子進(jìn)入耗盡層11，因此形成流過P+型嵌入層2、 P+型擴(kuò) 散層4和反轉(zhuǎn)層(N+溝道)10之間的p-n結(jié)的光電流。測量通過如下 的方式完成，從陽極8經(jīng)P+型嵌入層2和P+型擴(kuò)散層4產(chǎn)生了光電流， 并對該光電流進(jìn)行測量。
在本發(fā)明中，通過利用P型外延層3中高電阻的硅，以及通過在 陽極8和陰極9之間施加反向偏壓E，從而在場膜和反射防止膜下形成 了很淺的反轉(zhuǎn)層(N+溝道)10。通過與P型擴(kuò)散層(P+型嵌入層2和 P+型擴(kuò)散層4)的p-n結(jié)，所形成的N+溝道(反轉(zhuǎn)層10)起到光接收 區(qū)的作用。因此，即便短波長入射光在半導(dǎo)體中的侵入長度較短，由 于所形成的很淺的N+溝道起到陰極擴(kuò)散層的作用，因此防止了由于光 生載流子的復(fù)合而導(dǎo)致的量子效率降低，從而光生載流子能高效地轉(zhuǎn) 化成光電流。
根據(jù)本發(fā)明，如藍(lán)色激光等短波長的光能被高靈敏度和高速響應(yīng) 地接收。另外，能以簡單的方式和低成本的工藝制造高靈敏度和高速 響應(yīng)地接收如藍(lán)色激光等短波長光的光接收器件。
雖然本發(fā)明通過上述多個(gè)實(shí)施例進(jìn)行描述，但是對于所屬領(lǐng)域的 技術(shù)人員，很明顯地這些實(shí)施例的提供僅是為了說明本發(fā)明，而不應(yīng) 依賴它們而對所附權(quán)利要求進(jìn)行限制性地理解。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)半導(dǎo)體器件，包含光電二極管，包含第一半導(dǎo)體層，其為第一導(dǎo)電類型；以及溝道層，其為第二導(dǎo)電類型，從光接收區(qū)內(nèi)所述第一半導(dǎo)體層的表面部分形成，其中所述光接收區(qū)內(nèi)的所述第一半導(dǎo)體層和所述溝道層形成了p-n結(jié)區(qū)。
2. 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包含 第二半導(dǎo)體層，其為所述第二導(dǎo)電類型；以及 透光絕緣膜，其形成在所述光接收區(qū)內(nèi)的所述第一半導(dǎo)體層上， 其中當(dāng)在所述第一和第二半導(dǎo)體層之間施加反向偏壓時(shí)，在所述透光絕緣膜之下的所述第一半導(dǎo)體層的表面區(qū)域內(nèi)形成所述溝道層。
3. 如權(quán)利要求2所述的光學(xué)半導(dǎo)體器件，其中所述第二半導(dǎo)體層 被形成為圍繞所述光接收區(qū)。
4. 如權(quán)利要求2所述的光學(xué)半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包含 第三半導(dǎo)體層，其為所述第一導(dǎo)電類型，其形成在所述第二半導(dǎo)體層的外部，從而圍繞所述第二半導(dǎo)體層。
5. 如權(quán)利要求2到4任一項(xiàng)所述的光學(xué)半導(dǎo)體器件，其中所述第 一導(dǎo)電類型是P型，并且所述第二導(dǎo)電類型是N型。
6. 如權(quán)利要求2到4任一項(xiàng)所述的光學(xué)半導(dǎo)體器件，其中所述絕緣膜是氧化硅膜。
7. 如權(quán)利要求2到4任一項(xiàng)所述的光學(xué)半導(dǎo)體器件，其中所述第 一半導(dǎo)體層的電阻率是lOOQcm或更大。
8. 如權(quán)利要求2到4任一項(xiàng)所述的光學(xué)半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包含 第四半導(dǎo)體層，其為所述第一導(dǎo)電類型，形成在所述第一半導(dǎo)體層下，并與所述第三半導(dǎo)體層相連。
9. 如權(quán)利要求8所述的光學(xué)半導(dǎo)體器件，其中所述第一半導(dǎo)體層的雜質(zhì)濃度低于所述第三和第四半導(dǎo)體層的雜質(zhì)濃度。
10. 如權(quán)利要求2到4任一項(xiàng)所述的光學(xué)半導(dǎo)體器件，其進(jìn)一步包含晶體管，該晶體管形成在半導(dǎo)體襯底上，在該半導(dǎo)體襯底上或其 上方形成有所述光電二極管。
11. 一種光電半導(dǎo)體器件的工作方法，包含 提供所述光學(xué)半導(dǎo)體器件，其包含第一半導(dǎo)體層，其為第一導(dǎo)電類型；第二半導(dǎo)體層，其為第二導(dǎo)電類型，形成在所述半導(dǎo)體層上的 表面部分中；第三半導(dǎo)體層，其為第一導(dǎo)電類型，形成在所述第一半導(dǎo)體層下；第四半導(dǎo)體層，其為第一導(dǎo)電類型，形成為穿過所述第一半導(dǎo) 體層到所述第三半導(dǎo)體層；第一電極，位于所述第二半導(dǎo)體層上；以及第二電極，位于所述第四半導(dǎo)體層上， 在所述第一半導(dǎo)體層和所述第二半導(dǎo)體層之間施加反向偏壓，從 而在所述第一半導(dǎo)體層的表面部分中形成第二導(dǎo)電類型的溝道層；以 及檢測當(dāng)光被輸入到其中形成有pn結(jié)區(qū)的光接收區(qū)中時(shí)所產(chǎn)生的光電流。
12.如權(quán)利要求11所述的工作方法，其中所述檢測包含: 檢測當(dāng)藍(lán)色光輸入到所述光接收區(qū)中時(shí)所產(chǎn)生的光電流。
全文摘要
一種光學(xué)半導(dǎo)體器件，包含光電二極管，其包含第一導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層；以及從光接收區(qū)內(nèi)第一半導(dǎo)體層的表面區(qū)域開始形成的第二導(dǎo)電類型的溝道層。溝道層和光接收區(qū)內(nèi)的第一半導(dǎo)體層形成p-n結(jié)區(qū)(圖2)。
文檔編號H01L27/146GK101110456SQ20071010645
公開日2008年1月23日 申請日期2007年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月29日
發(fā)明者巖井剛 申請人:恩益禧電子股份有限公司