光电二极管及其制造方法、电子元件与流程

本公开涉及半导体，特别是涉及光电二极管及其制造方法、电子元件。

背景技术：

1、光电二极管探测器通过吸收入射光子，产生的光生载流子，并由空间电荷区收集到电极，从而实现光电探测的过程。对于不同波长的光，在硅材料中的吸收深度有很大差异，短波在硅材料中的吸收深度较浅，在表面几百纳米甚至几十纳米以内，而长波吸收深度较深，可达10微米以上。

2、为了提高长波部分的量子效率，需要较厚的外延层，提供更深的吸收深度。在光子被吸收后，会电离产生光生载流子，如果光生载流子产生在空间电荷区，则会随电场漂移至电极被快速收集，而如果光生载流子产生在空间电荷区以外的外延层中，产生的光生载流子则只能先扩散到空间电荷区才能被收集到，而扩散过程比漂移速度要慢很多，在此过程中有概率被外延层中的缺陷等复合掉，造成量子效率的下降。因此，为了提高光生载流子的收集效率，尤其是对于比较厚的外延衬底，通常需要在高阻的外延层上制备器件，以获得宽的空间电荷区。

3、但是宽的空间电荷区会带来的一个问题是暗电流的增大，而这对光电探测器的性能是非常不利的。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对暗电流过大的问题，提供一种光电二极管及其制造方法、电子元件。

2、本公开实施方式提供一种用于制造光电二极管的方法，该方法包括：形成延伸入外延层的调节结构，调节结构包括间隔设置的多个调节区，外延层具有第一掺杂类型，调节区具有第一掺杂类型，调节区的掺杂浓度大于外延层的掺杂浓度；及形成延伸入调节结构和外延层、且边界位于调节结构的边界内的收集层，收集层具有第二掺杂类型。

3、本公开实施方式提供的用于制造光电二极管的方法通过形成间隔设置的多个调节区，一方面保证了在外延层内的第一空间电荷区域的宽度较宽，另一方面使得调节区内的第二空间电荷区域的宽度较窄。本公开实施方式提供的方法能够制造出量子效率高而暗电流小的光电二极管。

4、在一些实施方式中，外延层具有第一区域、第二区域及第三区域，调节结构位于第二区域；方法还包括：形成具有第一掺杂类型的钉扎层，钉扎层包括层叠于调节结构的第一钉扎部及位于第三区域以凸出调节结构的边界的第二钉扎部。

5、如此设置，制造了能够隔离表面态的影响的光电二极管。

6、在一些实施方式中，方法还包括：形成位于第三区域并连接于外延层的第一电极区，第一电极区具有第一掺杂类型且掺杂浓度大于外延层的掺杂浓度；形成位于第一区域并连接于收集层的第二电极区，第二电极区具有第二掺杂类型且掺杂浓度大于收集层的掺杂浓度；形成层叠于钉扎层的第一增透膜；及形成层叠于第一增透膜的第一钝化层。

7、如此设置，制造了结构紧凑、效率高、使用寿命长的正照式光电二极管。

8、在一些实施方式中，用于制造光电二极管的方法还包括：外延形成层叠于衬底的外延层，调节结构从外延层背向衬底一侧延伸入外延层；去除衬底；形成层叠于外延层的第二增透膜，第二增透膜位于外延层背向钉扎层的一侧；及形成层叠于第二增透膜的第二钝化层。

9、如此设置，制造了结构紧凑、效率高、使用寿命长的背照式光电二极管。

10、在另一方面，本公开实施方式提供一种光电二极管，该光电二极管包括：外延层，具有第一掺杂类型；调节结构，延伸入外延层，调节结构包括间隔设置的多个调节区，调节区具有第一掺杂类型且掺杂浓度大于外延层的掺杂浓度；以及收集层，延伸入调节结构和外延层、且边界位于调节结构的边界内，收集层具有第二掺杂类型。

11、本公开实施方式提供的光电二极管量子效率高且暗电流小。此外，调节结构能够控制收集区边界处横向的空间电荷区域宽度。

12、在一些实施方式中，外延层具有第一区域、第二区域及第三区域，调节结构位于第二区域；光电二极管还包括具有第一掺杂类型的钉扎层，钉扎层包括层叠于调节结构的第一钉扎部及位于第三区域以凸出调节结构的边界的第二钉扎部。

13、如此设置，能够隔离表面态的影响。

14、在一些实施方式中，光电二极管还包括具有第一掺杂类型的衬底，衬底位于外延层背向钉扎层的一侧，衬底的掺杂浓度大于外延层的掺杂浓度；外延层的电阻率大于100ωcm。

15、如此设置，能够实现正照式光电二极管，且该光电二极管的电路性能好。

16、在一些实施方式中，光电二极管还包括第一电极区、第二电极区、第一增透膜及第一钝化层；第一电极区位于第三区域并连接于外延层，第一电极区具有第一掺杂类型且掺杂浓度大于外延层的掺杂浓度；第二电极区位于第一区域并连接于收集层，第二电极区具有第二掺杂类型且掺杂浓度大于收集层的掺杂浓度；第一增透膜层叠于钉扎层；第一钝化层层叠于第一增透膜。

17、如此设置，能够从正面引出电流，能提高光的入射效率，还能保障光电二极管的使用寿命长。

18、示例性地，收集层包括位于第一区域的第一收集部和位于第二区域的第二收集部。第二电极区延伸入所述第一收集部。第一电极区延伸入外延层。

19、在一些实施方式中，光电二极管还包括第二增透膜和第二钝化层；第二增透膜层叠于外延层，第二增透膜位于外延层背向钉扎层的一侧；第二钝化层层叠于第二增透膜。

20、如此设置，能够实现背照式光电二极管，并保证光的入射效率，保障使用寿命。

21、示例性地，全部调节区的总面积为调节结构的轮廓面积的50％至70％。

22、如此设置，暗电流能够降低超过60％。

23、本公开实施方式还提供一种电子元件，该电子元件包括：前述的光电二极管；及电路，电路分别电连接于光电二极管的外延层和光电二极管的收集层。

24、本公开实施方式提供的电子元件的电路性能稳定，效率高。

技术特征：

1.用于制造光电二极管的方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的用于制造光电二极管的方法，其中，所述外延层(2)具有第一区域、第二区域及第三区域，所述调节结构(3)位于所述第二区域；

3.根据权利要求2所述的用于制造光电二极管的方法，其中，还包括：

4.根据权利要求2所述的用于制造光电二极管的方法，其中，还包括：

5.光电二极管，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述的光电二极管，其中，所述外延层(2)具有第一区域、第二区域及第三区域，所述调节结构(3)位于所述第二区域；

7.根据权利要求6所述的光电二极管，其中，还包括具有所述第一掺杂类型的衬底(1)，所述衬底(1)位于所述外延层(2)背向所述钉扎层(5)的一侧，所述衬底(1)的掺杂浓度大于所述外延层(2)的掺杂浓度；

8.根据权利要求7所述的光电二极管，其中，还包括第一电极区(6)、第二电极区(7)、第一增透膜及第一钝化层；

9.根据权利要求6所述的光电二极管，其中，还包括第二增透膜和第二钝化层；

10.电子元件，其特征在于，包括：

技术总结
本公开涉及光电二极管及其制造方法、电子元件。用于制造光电二极管的方法包括：形成延伸入外延层的调节结构，调节结构包括间隔设置的多个调节区，外延层具有第一掺杂类型，调节区具有第一掺杂类型，调节区的掺杂浓度大于外延层的掺杂浓度；及形成延伸入调节结构和外延层、且边界位于调节结构的边界内的收集层，收集层具有第二掺杂类型。该方法能够制造出量子效率高而暗电流小的光电二极管。

技术研发人员：司华青,施长治,闫旭亮,陈年域
受保护的技术使用者：上海联影微电子科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24