专利名称:半导体光控变容器的制作方法
本发明所属技术领域：
为半导体光电子器件，是一种由光源控制的对光辐射敏感的半导体器件，光源能控制该器件的电容值。
半导体分立器件大致有两类MOS型和结型，而且都作成了非线性电容器，但把这两种电容器结合在一起，也即把MOS型和结型结合起来构成MINP(金属-绝缘体-N型半导体-P型半导体)四层结构的非线性电容器未见有报道。在这种MINP四层结构的器件中具有这样的光致变容效应器件的电容值随光强的变化而变化，并且这方面的变化情况随所加偏置电压的极性和大小而不同，所以有非常广阔的应用场合。
本发明的目的在于提供一种利用MINP四层结构中的光致变容效应的光控变容器，能应用于以下许多方面(1)作为光敏可变电容二极管;(2)变容式光控开关;(3)光电耦合器;(4)光控有源滤波器;(5)光强-频率变换器等等。
本发明的半导体光控变容器具有附图1所示的四层结构，由抗光反射的增透膜〔1〕、集电极C〔2〕、绝缘层〔3〕、N型外延层〔4〕、P型衬底〔5〕和发射极E〔6〕组成。该器件的电容值C随所照的光强不同而不同，附图2示出了该器件在不同的光强下，其电容值C随偏压vec变化的特性。当器件的偏置电压vec极性和大小不同时，器件的电容值C随光强I的变化也不同。一般情况，电容C随光强I增加而增加，当光强达到大注入效应时，在负偏压的某个值附近，出现容谷效应，即开始电容C随光强I的增加而增加，当光强I大到一定程度，电容C反随光强I增加而减小，使得电容C随偏置电压vec变化的曲线出现一个低谷。
附图3是半导体光控变容器分别在He-Ne激光和相距20cm的200W钨丝灯照射下的电容值C随偏压vec变化的特性。图3下部也示出了不受光照时电容值C随偏压vec变化的特性。
附图4是半导体光控变容器在钨丝灯照射下的电容值与不受光照时的电容值的差△C随偏压vec变化的特性。从图4可看出当偏压vec＝+0.7v时，△C有最大值;图中也看出零偏压时△C也处于较高值，这给器件的使用带来了方便。
本发明的半导体光控变容器与现有的类似的器件相比较，具有如下的优点(1)由于光强I能直接控制该器件的电容值，因此开拓了与频率有关的光控电路，例如光强-频率变换器;光控调谐器;光控滤波器等，这是其它光敏器件难以办到的。
(2)本器件是一个二元函数的器件，其电容值随光强I和偏置电压vec两个变量而变化，而且还可以是非线性函数关系，因此用途广泛。
(3)固定偏压时，光强I与其电容值C在一定的范围内线性很好，可直接作光敏变容式二极管。
(4)本器件工艺简单，易于实现，因此成品率高。
(5)本器件的工艺与集成电路工艺相容，适于作成具复杂功能的集成块。
本发明的最佳实施例可用附图5进一步说明。图5上部为半导体光控变容器的顶视图;下部为其剖面图。图中增透膜〔1〕的厚度为700
左右，栅状的集电极〔2〕的厚度为3000
，绝缘层〔3〕的厚度为100
，N型外延层〔4〕的厚度为8μm，P型衬底〔5〕厚度为0.38mm，背电极即发射极E〔6〕的厚度为3000
，图中〔7〕为引线孔。
本发明的具体制作工艺是(1)P型衬底〔5〕选电阻率为0.08Ωcm以下的重掺杂的P型单晶硅，<100>晶向，经切、磨、抛后厚度为0.38±0.02mm，无位错。
(2)N型外延层〔4〕用硅烷或四氯化硅外延生长，厚度以正向工作电压而定，常用厚度是8μm，电阻率为9±1Ωcm，无层错。(3)绝缘层〔3〕是在800℃，流通流量为450ml/min的干氧约25分钟生成，厚度为100
左右。(4)用真空蒸发法正面蒸铝，衬底温度150℃，真空度10-6托。(5)用常规光刻工艺制得栅状的集电极〔2〕，板图见图5上部。(6)用等离子体化学蒸发淀积(PECvD)法淀积Si3N4作抗光反射的增透膜〔1〕，厚度为700
左右，硅烷流量为1l/min，NH3的流量为1l/min，高频源的阳极电压为0.35Kv，阳极电流为25ma，真空度为0.1-1mmHg，温度为330℃，10分钟左右。(7)用常规等离子体刻蚀工艺刻蚀集电极〔2〕的引线孔〔7〕。(8)封装方面，用镀金管座管帽，用金硅合金法将硅片(管芯)粘在管座上;超声波焊内引线;压上管帽，管帽无顶，以便透光，另外再加一个塑料盖，使用时把盖拿下。
权利要求
1.一种MINP四层结构的光控变容器，属光敏半导体器件，其特征是该器件由增透膜[1]、栅状的集电极[2]、绝缘层[3]、N型外延层[4]、P型衬底[5]和发射极[6]组成，该器件的电容值为光强I和偏置电压Vec的函数。
2.按权利要求
1所述的光控变容器，其特征是(1)P型衬底〔5〕选用电阻率为0.08Ωcm以下的重掺杂的P型单晶硅，<100>晶向，切、磨和抛光后厚度为0.38±0.02mm，无位错;(2)N型外延层〔4〕用硅烷或四氯化硅外延生长，厚度约8μm，电阻率为9±1Ωcm，无层错;(3)绝缘层〔3〕是在800℃、干氧流量为450ml/min时氧化生成，厚度为100
左右;(4)用真空蒸发法正面蒸铝，衬底温度150℃，真空度10-6托，再用常规光刻工艺制得栅状的集电极〔2〕;(5)用厚度为700
左右的Si3N4作增透膜〔1〕;(6)用等离子体刻蚀集电极引线孔〔7〕;(7)用镀金管座，用金硅合金法将管芯粘在管座上;(8)超声点焊内引线;(9)用镀金无顶透光管帽封闭。
专利摘要
本发明公开一种半导体光控变容器，属半导体光电子器件，是一种由光源控制的对光辐射敏感的半导体器件，具MINP四层结构，是以其两端电压为参变量的其两端电容值随光强变化的器件。具有如下各方面用途作为光敏可变电容二极管、变容式光控开关、光电耦合器、光控有源滤波器和光强一频率变换器等。本器件工艺一般，且与集成电路工艺相容，易于制得复合功能的集成块。
文档编号H01L31/10GK87103187SQ87103187
公开日1988年2月3日 申请日期1987年4月29日
发明者朱长纯, 刘君华 申请人:西安交通大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan