[发明专利]光电器件、光子检测器和生成光电器件的方法

说明书

一种光电器件，包括：第一半导体层(1)，其具有第一导电性，且具有正面(11)和背面(12)。第二半导体层(2)，其具有第二导电性，且设置在第一半导体层(1)的正面(11)上，其还包括第一半导体区域(21)和第二半导体区域(22)，第一半导体区域和第二半导体区域在第二半导体层(2)中形成光电二极管(23)。信号路径(5)，其将光电二极管(23)电连接到固定电势。

本发明涉及一种光电器件、光子检测器和生成光电器件的方法。

硅通孔(简称TSV)是用于制作3D封装和3D集成电路的高性能互连技术。与诸如封装体叠层之类的替代技术相比，互连和器件密度可以大幅提高，并且电连接长度可以变得更短。TSV技术允许制造具有小封装设计的器件，经常被将光电二极管和CMOS电路放置在晶圆的正面同时在晶圆的背面具有与印刷电路板(PCB)的电连接的光学产品所采用，在该晶圆的背面具有例如凸块和重分布层(RDL)。包括光电二极管的CMOS电路可以借助于TSV电连接到该背面。

为了实现高性能，光电二极管应以低阻抗连接以避免电气性能由于从CMOS电路分别到光电二极管或光电二极管放大器的敏感节点的交叉耦合的干扰而受损。这通常也适用于TSV与光电二极管之间的相互作用，其通过诸如耦合到衬底的有限的衬底电阻和电容的寄生效应连接。因此，数字信号耦合到TSV周围的衬底，并且可能会影响共享同一衬底的光电二极管的电气特性。

图3示出了现有技术光电器件的实施例。现今，高性能光电二极管经常通过使用半导体起始材料的衬底并在衬底上添加具有更高电阻率的外延层来构造。这允许光电二极管空间电荷区域的延伸以及随后具有更低的寄生电容，从而导致光电二极管前端更低的整体噪声。光电二极管的阳极通过添加p+型扩散连接到外延层，其与下方的衬底一起形成背面阳极连接。图2示出了现今光电器件的这种标准构造。然而，这些器件具有如下缺陷：由于外延层更高的电阻率而导致光电二极管的阳极端与相对较高的串联电阻连接。该构造对于由于阳极连接的相对较高的电阻而导致的干扰敏感，阳极连接通常具有与衬底相同的电势。此外，电路的功率耗散导致具有通过背面RDL及其绝缘层到衬底的有限热沉的器件加热。

目的在于提供更不易产生电串扰的光电器件、光子检测器和生成光电器件的方法。

这些目的通过独立权利要求的主题实现。在从属权利要求中说明进一步的改进和实施例。

需要理解的是，除非描述为替代方案，否则与任一实施例相关描述的任何特征可以单独使用，或与在本文中描述的其它特征组合使用，也可以与任何其它实施例的一个或更多个特征组合使用，或与任何其它实施例的任何组合组合使用。此外，在不脱离由所附权利要求所限定的光电器件、光子检测器和生成光电器件的方法的范围的情况下，也可以采用以下没有描述的等同和修改。

以下涉及例如光电二极管(例如PIN光电二极管)的半导体光电器件的领域中改进的构思。该改进的构思提供低欧姆连接，避免串扰，并改进光电器件的热特性。这可以借助于将设置在光电器件中的光电二极管与固定电势电连接的信号路径来实现。这样的信号路径可以有效地实施短的电路路径。

例如，可以采用背面引线，而不是通过硅通孔(TSV)结合电线来将光电二极管的阳极连接到对应的p+型的扩散。这样的背面引线可以通过去除某些区域中的重分布层(RDL)的背面RDL氧化物并将RDL金属化部直接连接到衬底形成。通过使用高度掺杂的衬底作为起始材料，无需针对引线进行单独掺杂，同时由于使用高度掺杂的衬底，还避免了构建肖特基二极管。

在至少一个实施例中，光电器件包括第一半导体层、第二半导体层，和信号路径。第一半导体层具有第一导电性并具有正面和背面。第二半导体层具有第二导电性并设置在第一半导体层的正面上。此外，第二半导体层包括第一半导体区域和第二半导体区域。第一半导体区域和第二半导体区域在第二半导体层中形成光电二极管。最后，信号路径将光电二极管电连接到固定电势。