倾斜光电探测器单元制造技术

在所描述实例中，一种光电探测器单元(100)包含具有半导体表面层(110)的衬底(105)，和所述半导体表面层(110)中的沟槽(115)。所述沟槽(115)具有包含第一倾斜侧壁(115a)和第二倾斜侧壁(115b)的倾斜侧壁。pn结、PIN结构或光电晶体管包含有源p区和有源n区(122)，其形成包含沿所述第一倾斜侧壁(115a)提供第一光电探测器元件(120a)的第一结和沿所述第二倾斜侧壁(115b)提供第二光电探测器元件(120b)的与所述第一结间隔开的第二结的结。至少p型阳极触点(110a)和至少n型阴极触点(122a、122b)与所述第一光电探测器元件(120a)和第二光电探测器元件(120b)的所述有源p区和有源n区(122)接触。所述倾斜侧壁(115a、115b)提供外部暴露或光学透明表面，用于将入射光传递到所述第一光电探测器元件(120a)和第二光电探测器元件(120b)以探测入射光。

Tilt photodetector unit

In the described example, a photoelectric detector unit (100) contains a substrate (105) having a semiconductor surface layer (110), and a groove (115) in the semiconductor surface layer (110). The trench (115) has an inclined sidewall comprising a first inclined sidewall (115a) and a second inclined sidewall (115b). The PN junction, the PIN structure or the phototransistor includes an active p zone and an active N region (122), which consists of a junction consisting of a first junction that provides a first photodetector element (120a) along the first tilted side wall (115a) and a second junction separated from the first junction along the second tilt side wall (115b) providing a second photodetector element (120b). At least the P type anode contact (110A) and at least N type cathode contacts (122a, 122b) are in contact with the active P area and active N region (122) of the first photodetector element (120a) and the second photodetector element (120b). The tilted side wall (115a, 115b) provides an external exposure or optically transparent surface for transmitting incident light to the first photodetector element (120a) and second photodetector elements (120b) to detect incident light.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】倾斜光电探测器单元
本专利技术涉及包含用于入射光束的角度探测的光电探测器。
技术介绍
光电二极管是将光转换成电流的光探测半导体装置。光电二极管通常包括pn结或PIN结构，其包括插在p型半导体区与n型半导体区之间的未掺杂的本征半导体区。电流是在当具有至少半导体的带隙能量的光子被吸收在光电二极管中时通过光子照射产生的。当此类充足能量的光子撞击光电二极管时，价带电子被激发到导带从而在价带中的其位置留下空穴，由此形成电子-空穴对。为探测所关注的入射光束的角度和方向，导引透镜通常与数个单独的光电二极管一起使用。常规的光电二极管具有平坦的接收表面，有时其上具有抗反射(AR)涂层。一个已知的布置具有多个光电二极管芯片，其中各光电二极管芯片放置成探测不同光子的角度范围。在这个布置中，为了所探测角度的准确度，各个单独的光电二极管需要彼此准确地对准。
技术实现思路
所描述实例包含具有倾斜侧壁结构的基于沟槽的集成光电探测器单元，所述倾斜侧壁结构对准单元中的各个光电探测器元件，使得与用于探测入射光光束的角度和方向的常规解决方案一样，不需要对准光电探测器元件的对准步骤。所描述的倾斜光电探测器单元是具有单个合并结构的集成光电探测器单元，因为各个细胞中的光电探测器元件均在同一沟槽中形成。在所描述实例中，光电探测器单元包含具有半导体表面层的衬底和在半导体表面层中形成的沟槽。沟槽具有包含第一倾斜侧壁和第二倾斜侧壁的倾斜侧壁。pn结、PIN结构或光电晶体管包含有源p区和有源n区，所述有源n区形成包含沿第一倾斜侧壁提供第一光电探测器元件的第一结和沿第二倾斜侧壁提供第二光电探测器元件的与第一结间隔开的第二结的结。至少p型阳极触点和至少n型阴极触点分别与第一光电探测器元件和第二光电探测器元件的有源p区和有源n区接触。倾斜侧壁提供外部暴露或光学透明表面，用于将入射光传递到第一光电探测器元件和第二光电探测器元件以探测入射光。附图说明图1A描绘根据实例实施例的具有顶部表面光电探测器触点的实例倾斜光电探测器单元。图1B描绘根据实例实施例的在倾斜侧壁上具有光电探测器触点的实例倾斜光电探测器单元。图1C描绘根据实例实施例的在包括双极光电晶体管元件的倾斜侧壁上具有光电探测器触点的实例倾斜光电探测器单元。图2是根据实例实施例的展示形成倾斜光电探测器单元的实例方法中的步骤的流程图。图3A和3B展示用于形成所描述的倾斜光电二极管单元或此类单元的阵列的基于LOCOS的方法中的数个步骤之后的横截面绘图。图4A和4B展示用于形成所描述的倾斜光电二极管单元或此类单元的阵列的基于湿式硅蚀刻的方法中的数个步骤之后的横截面绘图。图5A、5B和5C展示所描述的倾斜光电二极管单元的阵列的顶部透视图。图6A和6B是展示归一化光生电流与入射角的模拟，其中图6A证明宽范围角度覆盖，例如±45°，具有关于左侧光电探测器和右侧光电探测器的单独PD电流与磁通角曲线，和关于所描述倾斜光电探测器单元的总的PD电流与磁通角，而图6b证明所描述的倾斜光电探测器元件在例如±45°的角度覆盖范围上为角度探测提供高灵敏度。图7描绘用于不会涉及角度监测的所描述的倾斜光电探测器单元的光电探测器应用中的增强方向性效率的机构。具体实施方式所述附图未必按比例绘制。一些所说明的动作或事件可与其它动作或事件以不同次序和/或同时发生。此外，实施根据本说明书的方法可能不需要一些说明的动作或事件。图1A描绘根据实例实施例的具有穿过表面介电层(例如，氧化硅)121的顶部侧面平坦表面光电探测器触点的实例倾斜光电探测器单元100。光电探测器单元100通常用于例如通过使用实施光通角对比光电探测器电流的存储曲线(或关系)(参看下文所描述的图6A)的计算装置来确定所接收入射光的入射角(θ)。光电探测器单元100包含具有半导体表面层110的衬底105。在本文中所描述的实施例中，衬底105和半导体表面层110两者均为p型。块状衬底材料可提供衬底105和半导体表面层110两者，或衬底105可包括其上具有外延层以提供半导体表面层110的块状衬底材料。沟槽115是在半导体表面层110中形成。沟槽可通过湿式蚀刻且在一些应用中通过干式蚀刻(例如深度反应性离子蚀刻(DRIE))形成。实例衬底材料包含可被湿式碱性(基于氢氧化物)刻面蚀刻的硅和可被DRIE蚀刻的砷化镓(GaAs)。沟槽115具有包含第一倾斜侧壁115a和第二倾斜侧壁115b的倾斜侧壁。1条轴线的探测器的沟槽中具有2个倾斜侧壁，且对于2条轴线的探测器，沟槽115具有4个倾斜侧壁。如本文中所使用，“倾斜侧壁”是指相对于半导体表面层110的顶部处的表面法线呈15到75度倾斜的侧壁。侧壁通常相对于表面法线呈30到60度倾斜。pn结、PIN结构或光电晶体管包含有源p区和有源n区122，所述有源p区可通过半导体表面层110提供，所述有源n区122形成包含沿第一倾斜侧壁115a提供第一光电探测器元件120a且沿第二倾斜侧壁115b提供第二光电探测器元件120b的至少pn结。有源n区122包含沟槽115的底部处的间隙，使得第一光电探测器元件120a和第二光电探测器元件120b彼此间隔开使得能够独立地操作为单独的光电探测器元件。可以实施具有光致抗蚀剂掩模图案或用于扩散掺杂工艺的硬掩模图案的离子植入以排除沟槽115底部的掺杂。光电探测器元件120a、120b各自将来自所接收的足够高能光子的能量转换成电流。本文中所描述的掺杂区例如有源n区122(或有源p区，如果半导体表面层110不用作有源p区)可通过离子植入或通常还通过扩散掺杂方法来形成。关于扩散掺杂，起泡器可使用力气泡通过基于液体的掺杂源，例如用于形成n型区的POCl3扩散或用于形成p型区的三溴硼(BBr3)扩散。p型阳极触点110a与半导体表面层110接触，且第一n型阴极触点122a与第一光电探测器元件的有源n区122接触，且第二n型阴极触点122b与第二光电探测器元件的有源n区122接触。p型阳极触点110a和n型阴极触点122a和122b可包括金属触点或硅化物触点。半导体表面层110(或其它p型区)和有源n区122的顺序可与所展示的顺序相反。就在PIN结构而言，本征半导体层插在有源p区与有源n区之间。图1B描绘根据实例实施例的具有第一光电探测器元件120a'和第二光电探测器元件120b'的实例倾斜光电探测器单元150，其中光电探测器触点122a'和122b'在倾斜侧壁115a、115b上。就在光电晶体管而言，提供第三掺杂区以形成双极晶体管。图1C展示根据实例实施例的在包括双极光电晶体管元件170a和170b的倾斜侧壁上具有光电探测器触点的实例光电探测器单元180。光电晶体管元件170a和170b包含发射极173、基极172和由半导体表面层110提供的集电极。光电晶体管元件170a包含发射极触点173a和基极触点172a，同时光电晶体管元件170b包含发射极触点173b和基极触点172b。光电晶体管元件170a和光电晶体管元件170b共用集电极触点160a。在操作中，将由基极集电极(base-collector)结中接收的光子产生的电子植入到基极172中，且此光电二极管电流通过晶体管的电流增量β(或hfe)扩增。如果发射极173左侧不连接(浮动)，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种形成光电探测器单元的方法，所述方法包括：蚀刻以在衬底上具有平坦顶部表面的半导体表面层中形成至少一个沟槽，所述沟槽具有相对于所述顶部表面的表面法线的倾斜侧壁，其包含第一倾斜侧壁和第二倾斜侧壁；形成包含有源p区和有源n区的pn结、PIN结构或光电晶体管，所述有源n区形成包含沿所述第一倾斜侧壁提供第一光电探测器元件的第一结和沿所述第二倾斜侧壁提供第二光电探测器元件的与所述第一结间隔开的第二结；及形成与所述第一光电探测器元件和所述第二光电探测器元件的所述有源p区和所述有源n区接触的至少p型阳极触点和至少n型阴极触点；其中所述第一倾斜侧壁和所述第二倾斜侧壁提供外部暴露或光学透明表面，用于将入射光传递到所述第一光电探测器元件和所述第二光电探测器元件以探测所述入射光。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.22 US 14/979,0711.一种形成光电探测器单元的方法，所述方法包括：蚀刻以在衬底上具有平坦顶部表面的半导体表面层中形成至少一个沟槽，所述沟槽具有相对于所述顶部表面的表面法线的倾斜侧壁，其包含第一倾斜侧壁和第二倾斜侧壁；形成包含有源p区和有源n区的pn结、PIN结构或光电晶体管，所述有源n区形成包含沿所述第一倾斜侧壁提供第一光电探测器元件的第一结和沿所述第二倾斜侧壁提供第二光电探测器元件的与所述第一结间隔开的第二结；及形成与所述第一光电探测器元件和所述第二光电探测器元件的所述有源p区和所述有源n区接触的至少p型阳极触点和至少n型阴极触点；其中所述第一倾斜侧壁和所述第二倾斜侧壁提供外部暴露或光学透明表面，用于将入射光传递到所述第一光电探测器元件和所述第二光电探测器元件以探测所述入射光。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述衬底包括硅<100>。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述蚀刻包括基于湿式氢氧化硅的蚀刻，且其中所述倾斜侧壁相对于所述平坦顶部表面的表面法线呈30到60度倾斜。4.根据权利要求2所述的方法，其进一步包括形成LOCOS氧化物的局部氧化硅LOCOS工艺，其中所述蚀刻包括湿式蚀刻所述LOCOS氧化物以形成所述沟槽。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述蚀刻形成多个所述沟槽且所述形成形成多个所述pn结、所述PIN结构或所述光电晶体管。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个所述pn结、所述PIN结构或所述光电晶体管以二维2D阵列布置。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个所述pn结、所述PIN结构或所述光电晶体管共同提供多个不同的光谱...

【专利技术属性】
技术研发人员：河原秀明，亨利·利茨曼·爱德华兹，
申请(专利权)人：德州仪器公司，
类型：发明
国别省市：美国,US