用于产生短光脉冲的发光半导体器件制造技术

器件包括双极晶体管(T)，其具有发射极(E)、基极(B)、集电极(C)、基极‑集电极结和基极‑发射极结、集电极‑基极击穿电压(BV)、与基极(B)或集电极(C)电连接的猝熄部件(Q)和开关电路(S1、S2、S3)，开关电路配置为对基极‑发射极结施加正向偏置。双极晶体管配置为在高于击穿电压(BV)的反向集电极‑基极电压(V

Light emitting semiconductor devices for generating short light pulses

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于产生短光脉冲的发光半导体器件本公开涉及一种发光半导体器件。已经开发出用于各种应用的各种发光半导体器件。以满足对紧凑型光源不断增长的需求。虽然许多光发射器件旨在于辐射的永久发射，但也期望具有能够产生持续时间小于1纳秒的非常短的光脉冲的半导体器件。本专利技术的目的是提出一种用于产生短光脉冲的器件。根据权利要求1所述的发光半导体器件来实现该目的。实施例源自从属权利要求。除非另有说明，否则上述定义也适用于以下描述。发光半导体器件包括具有发射极、基极、集电极、基极-集电极结和基极-发射极结的双极晶体管、与基极或集电极电连接的猝熄部件、以及配置为向基极-发射极结施加正向偏置的开关电路。双极晶体管配置为在高于击穿电压的反向集电极-基极电压下工作。双极晶体管配置用于产生短光脉冲。术语“光”在此是以电磁辐射的意义使用。波长不限于可见光谱。特别地，双极晶体管是垂直型双极晶体管。在垂直型双极晶体管的工作过程期间，穿过基区的电流沿垂直于器件的半导体衬底或晶圆的主表面的方向流动。电流可以额外地具有平行于主表面的横向分量。在发光半导体器件的一个实施例中，开关电路配置为使得发射器能够交替地电连接到地电势和另一电压，以用于触发雪崩击穿。另一实施例包括连接到发射器的第一电容器，并且开关电路配置为使得第一电容器能够被充电到电容器电压并且通过发射器放电以触发雪崩击穿。另一实施例包括与猝熄部件并联连接的第二电容器。另一实施例包括连接在集电极与基极之间的第三电容器。在另一实施例中，猝熄部件包括电阻器或晶体管。在另一实施例中，猝熄部件是有源猝熄电路。另一实施例包括第一器件部件和第二器件部件，该第一器件部件包括双极光发射器和光检测器，该双极光发射器由双极晶体管、猝熄部件和开关电路形成，并且该第二器件部件包括另外的双极光发射器和另外的光检测器。第一和第二器件部件的布置使得双极光发射器与另外的光检测器相对，另外的双极光发射器与光检测器相对。另一实施例包括形成第一器件部件的一部分的金属间介质和嵌入在金属间介质中的金属化层。金属化层形成双极光发射器的发光区域的光学限制。另一实施例包括形成第二器件部件的一部分的另外的金属间介质和嵌入在该另外的金属间介质中的其他金属化层，该金属间介质连接到该另外的金属间介质。该另外的金属化层形成另外的光检测器的光接收区域的另外的光学限制。在另一个实施例中，金属化层形成光检测器的光接收区域的另外的光学限制，并且另外的金属化层形成另外的双极光发射器的发光区域的另外的光学限制。另一实施例包括半导体材料衬底，该衬底具有：主表面；第一导电类型的浅阱，位于衬底中的相反的第二导电类型的深阱中；第二导电类型的掺杂区，在所述浅阱，位于所述主表面处；掺杂区和浅阱之间的p-n结；布置在浅阱下方的深阱中的结形成区，结形成区具有第二导电类型的掺杂浓度，结形成区的掺杂浓度高于结形成区外的深阱的掺杂浓度；以及结形成区与浅阱之间的另外的p-n结。当另外的p-n结被反向偏置到击穿电压以上时，p-n结和另外的p-n结形成双极光发射器，该双极光发射器通过p-n结上的电流或电压产生光脉冲。另一实施例包括第一导电类型的浅阱接触区，其在所述浅阱中，位于主表面处。该浅阱接触区的掺杂浓度高于浅阱的掺杂浓度。掺杂区与浅阱接触区相距一定距离布置。另一实施例包括第二导电类型的深阱接触区，其在深阱中，位于主表面处，该深阱接触区的掺杂浓度高于深阱的掺杂浓度。以下是结合附图对发光半导体器件的示例的详细描述。图1是双极光发射器的局部横截面。图2是另一双极光发射器的局部横截面。图3示出了发光半导体器件的电路图。图4示出了另一发光半导体器件的电路图。图5示出了另一发光半导体器件的电路图。图6示出了另一发光半导体器件的电路图。图7示出了另一发光半导体器件的电路图。图8是堆叠的发光半导体器件的局部横截面。图9是双极光发射器的发光区域的俯视图。图10是单光子雪崩二极管的区域的顶视图。图11是另一堆叠的发光半导体器件的局部横截面。图12是另一双极光发射器的发光区域的俯视图。图13是另一单光子雪崩二极管的区域的俯视图。图1是包括双极晶体管的双极光发射器的部分横截面，该双极晶体管配置为在超过击穿电压的集电极-基极电压下与猝熄部件一起工作。双极光发射器包括半导体材料的衬底，例如，可以是硅的衬底1。衬底1中的掺杂区具有第一导电类型或相反的第二导电类型。第一导电类型可以是p型导电性，因此第二导电类型是n型导电性，如通过示例在附图中所示。导电类型可以颠倒。p+和n+分别表示高到足以在半导体材料上形成欧姆接触的两种导电类型的掺杂浓度。衬底1可以是本征掺杂的或具有低的第一导电类型掺杂浓度。在衬底1的主表面10处，第一导电类型的浅阱3位于第二导电类型的深阱2中。在深阱2到达主表面10的横向边界处可以存在隔离区4，例如，可以是浅槽隔离。如果需要衬底1的电连接，则可以提供第一导电类型的高掺杂浓度的衬底接触区6。衬底接触区6形成在主表面10处，并且可以布置在衬底区11中，该衬底区具有第一导电类型的掺杂浓度，该掺杂浓度产生的导电性高于衬底1的基本导电性。提供深阱接触区7以用于深阱2的电连接，该深阱接触区具有第二导电类型高掺杂浓度。深阱接触区7形成在主表面10处，并且可以布置在阱区12中，该阱区具有第二导电类型的掺杂浓度，产生的导电性高于深阱2的基本导电性。在浅阱3中的主表面10处布置有掺杂区8，该掺杂区具有第二导电类型的高掺杂浓度。提供具有相反的第一导电类型的高掺杂浓度的浅阱接触区9以用于浅阱3的电连接，并且布置在浅阱3中的主表面10处，离掺杂区8的距离小。掺杂区8和浅阱3之间形成p-n结14。在浅阱3下方的深阱2中存在特殊区，该区称为结形成区13，其中在结形成区13与浅阱3之间形成另一p-n结15。结形成区13至少在另一p-n结15处具有升高的第二导电类型的掺杂浓度，因此适合于电荷载流子的雪崩倍增。特别地，双极晶体管是垂直型双极晶体管。深阱2提供集电极，浅阱3提供基极，并且掺杂区8提供双极晶体管的发射极。深阱2具有比浅阱3更深地进入衬底1的区。特别地，结形成区13是深阱2的布置在浅阱3的下方的区。因此，结形成区13到主表面10的距离大于浅阱3到主表面10的距离。因此，通过浅阱3和p-n结30的电流的电荷载流子的运动具有垂直于主表面10的方向上的分量。在图1所示的发光半导体器件中，p-n结14的区域大于另一p-n结15的区域。发光半导体器件可以相对于可选的对称轴S对称，该对称轴在图1中由垂直虚线表示。该器件不必是对称的。区6、7、8、9的高掺杂浓度确保能够在半导体材料和导电接触层之间形成欧姆接触。在所述示例中，接触层由可选的硅化物层16、17、18、19提供。接触塞20、21、22、23可布置在介质层中，特别是例如布线的金属间介质层中。这种介质层本身在半导体技术，特别是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种发光半导体器件，包括：/n双极晶体管(T)，其具有发射极(E)、基极(B)、集电极(C)、基极-集电极结和基极-发射极结，/n集电极-基极击穿电压(BV)，/n猝熄部件(R、Q)，其与所述基极(B)或集电极(C)电连接，和/n开关电路(S1、S2、S3)，其配置为对所述基极-发射极结施加正向偏置，所述双极晶体管(T)配置为在高于所述击穿电压(BV)的反向集电极-基极电压(V

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170726 EP 17183335.31.一种发光半导体器件，包括：
双极晶体管(T)，其具有发射极(E)、基极(B)、集电极(C)、基极-集电极结和基极-发射极结，
集电极-基极击穿电压(BV)，
猝熄部件(R、Q)，其与所述基极(B)或集电极(C)电连接，和
开关电路(S1、S2、S3)，其配置为对所述基极-发射极结施加正向偏置，所述双极晶体管(T)配置为在高于所述击穿电压(BV)的反向集电极-基极电压(VCB)下工作。


2.根据权利要求1所述的发光半导体器件，其中
开关电路(S1、S2)配置为能够将所述发射极(E)交替地电连接到地电势和另外的电压(-V)，所述开关电路用于触发雪崩击穿。


3.根据权利要求1所述的发光半导体器件，还包括：
第一电容器(C1)，其连接到所述发射极(E)，所述开关电路(S1、S2、S3)配置为能够使所述第一电容器(C1)被充电到电容器电压(Vcap)并且通过所述发射极(E)放电以触发雪崩击穿。


4.根据权利要求1至3之一所述的发光半导体器件，还包括：
第二电容器(C2)，其与猝熄部件(R)并联连接。


5.根据权利要求1至4之一所述的发光半导体器件，还包括：
第三电容器(C3)，其连接在所述集电极(C)和基极(B)之间。


6.根据权利要求1至5之一所述的发光半导体器件，其中
所述猝熄部件包括电阻器(R)或晶体管。


7.根据权利要求1至3之一所述的发光半导体器件，其中
所述猝熄部件是有源猝熄电路(Q)。


8.根据权利要求1至7之一所述的发光半导体器件，还包括：
第一器件部件(DC1)，其包括双极光发射器(36)和光检测器(37)，所述双极光发射器由所述双极晶体管(T)、猝熄部件(R、Q)和开关电路(S1、S2、S3)形成，和
第二器件部件(DC2)，其包括另外的双极光发射器(46)和另外的光检测器(47)，所述第一器件部件和第二器件部件(DC1、DC2)布置成使得所述双极光发射器(36)与所述另外的光检测器(47)相对并且所述另外的双极光发射器(46)与所述光检测器(37)相对。


9.根据权利要求8所述的发光半导体器件，还包括：
金属间介质(29)，其形成所述第一器件部件(DC1)的一部分，和
金属化层(31、32、33、34)，其嵌入在所述金属间...

【专利技术属性】
技术研发人员：格奥尔格·勒雷尔，罗伯特·卡佩尔，内纳德·利利奇，
申请(专利权)人：AMS有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT