专利名称：新型硅pn结光电二极管的制作方法
技术领域：
本发明是一种改进的硅PN结光电二极管，它具有对光、特别是对紫外光选择增强响应度的效果。
背景技术：
紫外探测在军事、消防、医疗等领域有重要的应用。紫外光波长范围在1～400nm左右，200nm以下的紫外光基本上被大气完全吸收，所以就应用而言，人们主要关心400～200nm这一波段的紫外光。但这个波段的紫外光在硅中的吸收系数高达105～106cm-1，它们在硅中的有效透射深度小于100nm；且硅表面对这个波段的紫外光的反射率达60％～70％。
用热扩散方法形成的硅PN结扩散层，由于在硅表面杂质呈高浓度分布，形成了一个载流子的高复合率表面层，整个扩散层作为受光面，入射光所激发的光生载流子基本上处在这个薄层之内，成为影响硅器件光线、特别是紫外光响应度的主要原因。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型的硅PN结光电二极管，提高硅光电器件对光线、特别是对紫外光的响应度，且工艺成熟，方法简便，成本低廉。
本发明的技术方案是新型的硅PN结光电二极管，它有衬底材料硅，PN结扩散层，二氧化硅层和电极引线，其特征在于受光面处露有衬底材料硅。
如上所述的光电二极管，其特征在于衬底材料硅作为主要有效受光面，衬底材料内有多个互相连通的PN结栅状扩散层。
如上所述的光电二极管，其特征在于扩散层宽为5～10μm，栅距为80～200μm，扩散层深为1～4μm。
本发明依据PN结势垒区的内建电场可以收集一个扩散层长度内的光生载流子，无论这些载流子是在扩散层中还是在衬底材料中。本发明的特征在于在器件整个受光面内，不是全部用扩散层作受光材料，而用部分衬底材料硅作为受光材料，并且除了制作必要的小尺寸的栅状扩散层之外，让衬底材料所占面积尽可能的大。栅状扩散层起着形成必要的PN结和内引线电极的双重作用。入射光所激发产生的光生载流子几乎全部在衬底材料中，并被栅状PN结收集，完全避免了高复合率的表面层的影响。在PN结不加反向偏压时，增强了硅器件对紫外光的响应度，同时栅状PN结势垒的被增强的收集作用限制在器件表面层，因此器件光电响应的增强作用是有选择性的，当入射光波长增大时，光电响应的增强作用将会减弱。当在PN结加上反向偏压后，对500～1100nm的光线同时有增强效果。
扩散层的宽度是在适当考虑器件生产成品率后，取工艺精度所允许的最小值。
栅之间的间距根据衬底材料性质和有效受光面的大小设计。
用栅状PN结势垒区的内建电场收集光生载流子。栅状扩散层还兼作表面的电极引线。最终的表面氧化层是按增透设计而重新生长的。
根据上述结构制作的光电二级管，在400～200nm波段具有比普通硅光电二极管明显增强的紫外响应度，在365nm的响应度达到0.20A/W，并且工艺非常简便。
图1，是本发明实施例的结构平面图。其中，1衬底材料硅，2栅状扩散层，，3受光面，4压焊区。
图2，是图1的AA′线的剖面图。其中，5二氧化硅。
具体的实施方式新型的硅PN结光电二极管实施例如图1和图2所示，它有衬底材料硅1，PN结扩散层2，二氧化硅层4和电极引线，其特征在于受光面处露有衬底材料硅1。在本实施例中衬底材料硅1作为主要有效受光面，衬底材料1内有多个互相连通的PN结栅状扩散层2。
器件具体实施的技术工艺如下1.选用电阻率100～200Ωcm、(111)面N型硅单晶或外延片；2.硅平面工艺常规的热氧化，二氧化硅层厚度为400nm左右；3.光刻出受光面3，面积大约30mm2；4.高浓度的硼扩散，在受光面3形成必要的栅状PN结扩散层2，扩散层宽10μm，扩散层深3μm，栅距100μm。
5.化学腐蚀法去除受光窗面全部的二氧化硅层；6.重新生长按探测波长的增透要求设计的二氧化硅层，并进行N2和H2退火，以减小界面态；7.背面减薄、磷处理、光刻引线孔；8.表面蒸铝、反刻、形成表面电极；9.背面蒸金，形成背面电极；10.以下工序同硅平面工艺中的后道工艺。
权利要求
1.新型的硅PN结光电二极管，它有衬底材料硅，PN结扩散层，二氧化硅层和电极引线，其特征在于受光面处露有衬底材料硅。
2.根据权利要求1所述的光电二极管，其特征在于衬底材料硅作为主要有效受光面，衬底材料内有多个互相连通的PN结栅状扩散层。
3.根据权利要求2所述的光电二极管，其特征在于扩散层宽为5～10μm，栅距为80～200μm，扩散层深为1～4μm。
全文摘要
新型的硅PN结光电二极管，它有衬底材料硅，PN结扩散层，二氧化硅层和电极引线，其特征在于受光面处露有衬底材料硅。能提高硅光电器件对光线、特别是对紫外光的响应度，在400～200nm波段具有比普通硅光电二极管明显增强的紫外响应度，在365nm的响应度达到0.20A/W，且工艺成熟，方法简便，成本低廉。
文档编号H01L31/103GK1519956SQ0312537
公开日2004年8月11日 申请日期2003年9月3日 优先权日2003年9月3日
发明者陈炳若 申请人:武汉大学