池模式工作，且即便在存在非常强的光强度的情况下也没有任何空间分辨率损失。这种阵列还使用积累模式的常规读出电路(例如由Indigo/FLIR在美国销售的不同的读出电路CMOS ISC9705和ISC9809)提供了改进的图像质量。ISC9705电路将光电二极管的光电电流直接在电容器上(直接注入模式)积累，而ISC9809电路经由运算放大器(CTIA模式)而将光电电流积累。CTIA模式使得电荷-电压转换能够有更高的增益，这增强了检测敏感性。
[0058]参考图5至图9，光电二极管阵列包括阴极，所述阴极包括至少一个衬底层4和有源层5，衬底层为来自磷化铟族的材料，有源层为来自铟镓砷族的材料。
[0059]钝化层6(例如为来自磷化铟族的材料)设置在铟镓砷的有源层5之上。
[0060]来自磷化铟族的材料意指主要由(甚至仅仅由)磷化铟以及可选的更少量的其他组分(例如掺杂剂)组成的半导体材料。因此该材料将由其主组分(即磷化铟或InP)指称。
[0061]类似地，来自铟镓砷族的材料意指主要由(甚至仅仅由)铟镓砷以及可选的更少量的其他组分(例如掺杂剂)组成的半导体材料。因此该材料将由其主组分(即铟镓砷或InGaAs)指称。
[0062]光电二极管阵列进一步包括至少部分地在有源层5中形成的至少两种相同类型的掺杂区域:
[0063]-第一掺杂区域3，其与阴极一起形成用于图像的形成的光电二极管；
[0064]-至少一个第二掺杂区域8，其吸收过量电荷载流子，以用于排放过量电荷载流子。
[0065]可以设置多个第二掺杂区域8从而吸收过量电荷载流子，以用于从光电二极管阵列排放过量电荷载流子。
[0066]该两种掺杂区域因此具有相同的类型，即N型或P型。为了简化的目的，在这里示出的案例中，两种掺杂区域为P型。优选地，第一掺杂区域3和第二掺杂区域8在相同深度具有相同的掺杂水平。
[0067]因此InP层是N型，例如硅掺杂的N型。InGaAs有源层5可以进行轻度N型掺杂或者其可以保持为准本征的。因而，两个下/上InP层和有源InGaAs层5形成在该阵列中的光电二极管的共同的阴极。
[0068]第一掺杂区域3形成多个阳极，所述阳极至少部分地在有源层5中形成，在阳极和阴极之间的配合形成了光电二极管。
[0069]将光电二极管连接至与在图3中示出的读出电路类似的读出电路，而光电二极管所显示的电势Vpdl和Vpd2通过这些读出电路而被读取，从而确定图像，所述电势特别地是根据光电二级管所接受的曝光以及在曝光之前的光电二极管的偏置的。
[0070]偏置装置将第二掺杂区域8的电势Vring维持为等于或低于第一掺杂区域3的电势Vpdl和Vpd2的最低电势，使得Vring ( min (Vpdl, Vpd2)。优选地，第二掺杂区域8的电势被选择为在低于第一掺杂区域3的电势Vpdl和Vpd2的最低电势，使得Vring<min(Vpdl, Vpd2)。
[0071]典型地，这些装置是以将第二掺杂区域8连接至电源的电连接的形式实现的，电势Vring经由所述电源施加并且通过第二掺杂区域8吸收的过量电荷经由所述电源被排放。
[0072]优选地，根据在光电二极管阵列上的光照水平而调节第二掺杂区域8的电势。为了这个目的，可以规定为特别地借助于如图3所示的读出电路而测量在光电二极管阵列上的光照。该光照测量能够确定必须施加至第二掺杂区域8的电势。
[0073]还可以规定为，通过增加覆盖所述第二掺杂区域8的金属栅极而降低第二掺杂区域的电阻率，使得电势的施加和电荷的排出能够是均匀的。该金属栅极也可以用于将数个第二掺杂区域8连接在一起，从而充当用于施加电势Vring的连接装置。
[0074]第二掺杂区域8位于至少一些第一掺杂区域3之间，从而将所述至少一些第一掺杂区域3分隔开。图5给出了在第一掺杂区域3和一个或多个第二掺杂区域8之间的交替的截面视图。因此在该截面的方向上，第二掺杂区域8将形成光电二极管的阳极的第一掺杂区域3分隔开，从而吸收可能经由有源层5而从一个第一掺杂区域3运输至另一个第一掺杂区域的过量电荷。
[0075]图6是一个实施方案的俯视图，其中，使一些第一掺杂区域3各自至少部分地由与所述掺杂区域3类型相同(在此为N型)的掺杂区域8所围绕，掺杂区域8至少部分地形成在有源层5中，从而将由所述第一掺杂区域3形成的阳极的每个与所述阵列的其它阳极分隔开。
[0076]图7是一个实施方案的俯视图，其中，第二掺杂区域8在一些第一掺杂区域3之间形成网格图形，从而独立地围绕第一掺杂区域3。
[0077]优选地，为了降低制造的复杂度和互相连接的复杂度，单个掺杂区域8分布在光电二极管阵列的表面上。然而，如图8所示，能够选择为布置多个第二掺杂区域8，其中多个第二掺杂区域8互相平行地分布并且与第一掺杂区域3穿插设置。
[0078]在图6和图7示出的示例中，所有的阳极3由一个或多个第二掺杂区域8围绕。然而，尽管是优选的和一致的，但是这对于所有的待围绕的光电二极管来说并不是严格必须的。但是，为了在光电二极管之间获得显著降低的串扰，优选为大多数光电二极管被至少一个第二掺杂区域8围绕。
[0079]类似地，在图5和图6所示出的示例中，第一区域3完全由第二掺杂区域8围绕。然而，在第一掺杂区域3的周围的掺杂区域8可以具有开口，并且因此将只部分地围绕第一惨杂区域3 ο
[0080]可以是出于生产的考虑，但是也可以是出于优化光电二极管阵列的工作的目的，可以使一些第一掺杂区域3不由至少一个第二掺杂区域8完全包围。第二掺杂区域8关于电荷载流子而与光电二极管相竞争。为了限制该竞争，可以规定为使第二掺杂区域8不完全围绕阳极，但是仍然充分地围绕阳极以获得在光电二极管之间的串扰的显著降低。
[0081]第二掺杂区域8以足够的距离而与第一掺杂区域3相分隔，使得分别与第二掺杂区域8和第一掺杂区域3相关联的空间电荷区分隔开。因此，优选为第二掺杂区域8以至少0.5 μπι的距离远离其所围绕的阳极。
[0082]优选为第二掺杂区域8具有至少0.5 μπι的宽度(从上俯视)，使得光电二极管互相之间充分绝缘。掺杂区域8的宽度(从上俯视)因而可以延长至例如2 μπι，甚至达到5 μ m0
[0083]根据第二方面，本发明还涉及用于制造根据第一方面的光电二极管阵列的方法。参考图7，这种阵列可以通过以下步骤获得:
[0084]-在来自磷化铟族的材料的衬底4上外延生长(步骤SI)来自铟镓砷(InGaAs)族的材料的有源层5 ;然后
[0085]-在有源层5上外延生长(步骤S2)来自磷化铟(InP)族的材料的钝化层6;然后
[0086]-至少部分地在有源层5中在同一个选择掺杂步骤(步骤S3)中同时形成两种相同类型的掺杂区域:第一掺杂区域3，其与阴极一起形成用于图像的形成的光电二极管；以及至少一个第二掺杂区域8，以吸收由光电二极管发射的电荷载流子。
[0087]例如，当钝化层和有源层为N型时，第一掺杂区域3和所述至少一个第二掺杂区域8可以通过在钝化层6中和有源层5中进行作为P型掺杂剂的锌的选择扩散而形成。
[0088]第一掺杂区域3和至少一个第二掺杂区域8的同时形成允许使用同一掩模来用于掺杂剂的扩散。结果，制造方法维持为更简单，而且不存在任何各个注入掩模的不良对准的风险。第一掺杂区域3和第二掺杂区域因此关于掺杂浓度和掺杂深度具有相同的特性，从而便于经由施加的电势而对它们的工作进行控制。
【主权项】
1.一种光电二极管阵列，包括: -阴极，其包括至少一个来自磷化铟族的材料的衬底层(4)，以及来自铟镓砷族的材料的有源层(5);并且 其特征在于，所述阵列进一步包括至少部分地在有源层(5)中形成的至少两种相同类型的掺杂区域: -第一掺杂区域(3)，其与阴极一起形成用于图像的形成的光电二极管； -至少一个第二掺杂区域(8)，其吸收过量电荷载流子，以用于将过量电荷载流子排放。2.根据前述权利要求所述的阵列，其中，偏置装置将所述第二掺杂区域(8)维持在等于或低于第一掺杂区域(3)的最低电势(Vpdl，Vpd2)的电势(Vring)。3.根据前述权利要求所述的阵列，其中，根据在光电二极管阵列上的光照程度而调节第二掺杂区域(8)的电势。4.根据前述权利要求中的任一项所述的阵列，其中，第一掺杂区域(3)和第二掺杂区域(8)在相同深度具有相同的掺杂水平。5.根据前述权利要求中的任一项所述的阵列，其中，第二掺杂区域(8)位于至少一些第一掺杂区域⑶之间。6.根据前述权利要求中的任一项所述的阵列，其中，第二掺杂区域(8)单独地围绕第一掺杂区域⑶。7.根据前述权利要求中的任意项所述的阵列，其中，第二掺杂区域(8)在第一掺杂区域⑶之间形成网格图形。8.根据权利要求1至5中的任一项所述的阵列，其中，多个第二掺杂区域(8)互相平行地分布，并且与第一掺杂区域(3)穿插设置。9.根据前述权利要求中的任一项所述的阵列，其中，第二掺杂区域(8)以足够的距离与第一掺杂区域(3)分隔开，使得分别与第二掺杂区域(8)和第一掺杂区域(3)相关联的空间电荷区分隔开。10.根据前述权利要求中的任一项所述的阵列，其中，在所述阵列的表面上金属栅极连接第二掺杂区域(8)的不同的点，从而使第二掺杂区域(8)的电势均匀化。11.包含根据前述权利要求中的任一项所述的光电二极管阵列的图像传感器。12.一种用于制造光电二极管阵列的方法，所述阵列包括: -阴极，其包括至少一个来自磷化铟族的材料的衬底层(4)，以及来自铟镓砷族的材料的有源层(5); -至少部分地在有源层(5)中形成的至少两种相同类型的掺杂区域: -第一掺杂区域(3)，其与阴极一起形成用于图像的形成的光电二极管， -至少一个第二掺杂区域(8)，其吸收由光电二极管发射的电荷载流子， 其特征在于，在同一选择掺杂步骤(S3)中形成第一掺杂区域(3)和所述至少一个第二掺杂区域⑶。
【专利摘要】本发明涉及光电二极管阵列，以及用于制造光电二极管阵列的方法，所述光电二级管阵列包括-阴极，所述阴极包括至少一个由磷化铟族的材料制备的衬底层(4)和一个由镓铟砷族的材料制备的有源层(5)，并且所述阵列特征在于所述阵列进一步包括至少两种相同类型的至少部分地在有源层(5)中形成的掺杂区域：-第一掺杂区域(3)，其与阴极一起形成用于图像的形成的光电二极管；-至少一个第二掺杂区域(8)，其吸收过量电荷载流子从而将过量电荷载流子排出。
【IPC分类】H01L27/146
【公开号】CN104956484
【申请号】CN201480006270
【发明人】Y·尼
【申请人】新成像技术公司
【公开日】2015年9月30日
【申请日】2014年1月31日
【公告号】DE112014000624T5, WO2014118308A1