[其他]一种间接耦合的硅光敏器件

说明书

本发明提供了一种新型结构的硅光敏器件。

目前的硅光敏器件是把二极管、三极管或达林顿晶体管等光电流输出器件（以下简称输出器件）直接做在接受入射光的PN结（以下简称受光PN结）上，我们把这种结构叫做受光PN结与输出器件的直接耦合。这是一种很自然的结构，所以它是目前国内外硅光敏器件唯一的结构形式。

半导体光敏器件中，受光PN结通常有较大面积而伴随较差的电特性。直接耦合将把受光PN结坏的电特性叠加在光电信号上一起输出，因而造成光敏器件电参数恶化和成品率降低。虽然使用较好的原材料和先进的工艺能够改进电参数，但会导致生产成本的提高，也不能从根本上解决直接耦合光敏器件的上述缺点。

本发明的一个目标是提供一种把受光PN结与输出器件彼此分离而又以某种方式互相联接的间接耦合结构的硅光敏器件，使它的电参数主要取决于输出器件而不受受光PN结的影响。因为输出器件的面积可以作得很小而有好的电特性和成品率。因此作为一个整体，光敏器件的质量和成品率得以提高。

本发明的要点参照图1A和图1B说明如下：

在光照下，开路受光PN结（11）P区（17）和N区（10）收集光生少数载流子形成光电流（15）。随着受光PN结（11）上光生电压的出现，也开始产生注入电流（16）。当状态达到稳定后，光电流（15）和注入电流（16）大小相等和方向相反。P区（17）的杂质浓度比N区（10）高很多，因此注入电流（16）主要由P区（17）流向N区（10）的空穴组成。只要隔离区（12）的宽度适当，除少数注入空穴在N区（10）被复合外，大部分将以扩散运动的形式越过隔离区（12）而为输出器件区（13）所收集，在那里输出或放大后输出。这样，隔离区（12）一方面把受光PN结（11）与输出器件区（13）分开，使受光PN结（11）的低击穿大暗电流不影响输出器件区（13）的器件，同时受光PN结（11）的注入电流（16）的大部分又能通过隔离区（12）流进输出器件区（13）。具体技术方案阐述如下：

1.用电阻率为2-100Ω·cm的N型硅单晶或外延片作光敏器件的衬底（10）材料;

2.按常规平面工艺氧化硅片，氧化层（14）厚6000以上;

3.光刻彼此隔离的受光PN结（11）区和输出器件区（13），隔离区（12）宽度为7-15cm;

4.硼扩散形成受光PN结（11）和输出器件区（13），其掺杂浓度为5×10¹⁷-10¹⁹cm^-3，结深3-4μm;

5.根据需要，在输出器件区（13）制作二极管、三极管或达林顿晶体管，便能得到多种光敏器件。

利用本发明不仅能够提高硅光敏器件的电参数和成品率，还可以制作暗电流小和击穿电压高的大面积光敏器件，从而推进硅光敏器件的制造技术，提高它们的探测率和扩大它们的应用范围。

图1A是说明受光PN结间接耦合光敏器件原理的俯视图。图1B是1A沿1-1线的剖视图。10是N型衬底，11是受光PN结，12是隔离区，13是输出器件区，14是氧化层，15是受光PN结的光电流，16是受光PN结的注入电流，17是受光PN结的P区。

图2A是间接耦合光敏二极管管芯的俯视图，图2B是图2A沿2-2线的剖视图。20是N型衬底，21是受光PN结，22是隔离区，23是二极管P型区，24是氧化层，25是P型区铝电极。

图3A是间接耦合光敏二极管管芯的俯视图，图3B是图3A沿3-3线的剖视图。30是N型衬底，31是受光PN结，32是隔离区，33是三极管基区，34是氧化层，35是三极管发射区铝电极，36是三极管发射区。

图4A是间接耦合达林顿光敏管管芯的俯视图。图4B是图4A沿4-4线的剖视图。40是N型衬底，41是受光PN结42是隔离区，43是达林顿晶体管前级三极管基区，44是氧化层，45是连接达林顿晶体管前级三极管发射区和后级三极管基极的铝条，46是前级三极管的发射区，47是后级三极管的基区，48是后级三极管发射区铝电极，49是后级三极管发射区。

本发明实施例之一。

制造间接耦合光敏二极管的技术方案参照图2A和图2B说明如下：

1.用电阻率为10-100Ω·cm的N型硅单晶作光敏二极管的衬底材料（20）;

2.按常规平面工艺氧化硅片，氧化层（24）厚6000以上;