一种基于绝缘柱的光电二极管及其制造方法技术

本申请涉及一种基于绝缘柱的光电二极管及其制造方法，该光电二极管包括：半导体层、第一电极和第二电极；半导体层中设置有垂直于半导体层的绝缘柱，半导体层包括第一型半导体区和环绕绝缘柱的第二型半导体区；半导体层的上表面覆盖有绝缘层，第一电极贯穿绝缘层与第一型半导体区接触，第二电极贯穿绝缘层与第二型半导体区接触；绝缘柱的侧壁环绕覆盖有第一型钉扎层，第一型钉扎层将第二型半导体区与绝缘柱隔离；第一型钉扎层的顶部向外侧延伸形成第一型延伸层，第二型半导体区的顶部向外侧延伸形成第二型延伸区。本发明专利技术中提出的光电二极管，克服了现有的光电二极管在面对长波光子时，光子在半导体层中的吸收位置会远离结区位置的问题。置的问题。置的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于绝缘柱的光电二极管及其制造方法


[0001]本申请涉及半导体器件领域，特别是涉及一种基于绝缘柱的光电二极管及其制造方法。

技术介绍

[0002]现有基于平面结工艺的光电二极管探测器，通常第一型半导体层制备在第二型半导体层(至少包括外延层)的上表面，而PN结则形成在外延层的上表面附近。光子在外延层中的吸收深度(吸收位置与光入射面的距离)与光的波长相关，光波越长则吸收深度越大，光波越短则吸收深度越小。进而，对于正面入射式(从外延层的上表面侧入射)光电二极管，长波光子在外延层中的吸收位置远离PN结；对于背面入射式(从外延层的下表面侧入射)光电二极管，短波光子在外延层中的吸收位置远离PN结。
[0003]进而，对于光子的吸收位置与结区位置的物理距离较远的情况，远距离处生成的光生载流子需要较长的渡越时间才能进入电荷耗尽区而被收集。一方面，这部分光生载流子在随浓度梯度扩散的过程中，易被晶格中的缺陷所俘获，引起量子效率的降低；另一方面，光生载流子渡越时间的增大，还会造成光电二极管响应速度的降低。
[0004]综上所述，当光子在外延层中的吸收位置远离结区位置时，会引起光电二极管的光谱响应度降低、响应速度变慢、瞬态响应电荷缺失等一系列问题。
[0005]针对现有的光电二极管在部分使用场景中，光子在外延层中的吸收位置会远离结区位置的问题，目前还没有提出有效的解决方案。

技术实现思路

[0006]在本专利技术中提供了一种基于绝缘柱的光电二极管及其制造方法，以解决现有的光电二极管在部分使用场景中，光子在外延层中的吸收位置会远离结区位置的问题。
[0007]第一个方面，在本专利技术中提供了一种基于绝缘柱的光电二极管，所述光电二极管包括：半导体层、第一电极和第二电极；
[0008]所述半导体层中设置有垂直于所述半导体层的绝缘柱，所述半导体层包括第一型半导体区和环绕所述绝缘柱的第二型半导体区；
[0009]所述半导体层的上表面覆盖有绝缘层，所述第一电极贯穿所述绝缘层与所述第一型半导体区接触，所述第二电极贯穿所述绝缘层与所述第二型半导体区接触。
[0010]在其中的一些实施例中，所述绝缘柱的侧壁环绕覆盖有第一型钉扎层，所述第一型钉扎层将所述第二型半导体区与所述绝缘柱隔离；
[0011]所述第一型钉扎层的掺杂浓度高于所述第二型半导体区的掺杂浓度。
[0012]在其中的一些实施例中，所述第一型钉扎层的顶部向外侧延伸形成第一型延伸层，所述第二型半导体区的顶部向外侧延伸形成第二型延伸区；
[0013]所述第一型延伸层将所述第二型延伸区与所述绝缘层隔离；
[0014]所述第一型延伸层中预留有接触窗口，所述第二电极通过所述接触窗口与所述第
二型延伸区接触。
[0015]在其中的一些实施例中，述半导体层包括生长于衬底的外延层，所述绝缘柱设置于所述外延层中，所述外延层包括所述第一型半导体区和所述第二型半导体区；
[0016]所述绝缘柱贯穿所述外延层；
[0017]或者，所述绝缘柱的底面与所述外延层的下表面之间具有预设距离。
[0018]在其中的一些实施例中，所述绝缘柱的长度与直径的比值范围为3
‑
10。
[0019]第二个方面，在本专利技术中提供了一种光电二极管的制造方法，所述制造方法包括：
[0020]在第一型半导体层中刻蚀出垂直于所述第一型半导体层的通孔；
[0021]将第二型掺杂离子注入至所述通孔的侧壁，在所述第一型半导体层中形成环绕所述通孔的第二型半导体区；其中，所述第一型半导体层中的非第二型半导体区构成第一型半导体区；
[0022]在所述通孔中沉积绝缘材料形成绝缘柱；
[0023]在所述第一型半导体层的上表面形成绝缘层；
[0024]制备贯穿所述绝缘层的第一电极和第二电极，所述第一电极与第一型半导体区接触，所述第二电极与所述第二型半导体区接触。
[0025]在其中的一些实施例中，所述制造方法在形成所述第二型半导体区之后还包括：
[0026]将第一型掺杂离子注入至所述通孔的侧壁，在所述第二型半导体区的内侧形成环绕所述通孔的第一型钉扎层；
[0027]其中，所述第一型钉扎层用于将所述第二型半导体区与所述绝缘柱隔离，所述第一型钉扎层的掺杂浓度高于所述第二型半导体区的掺杂浓度。
[0028]在其中的一些实施例中，所述制造方法在形成所述第二型半导体区之后还包括：
[0029]将第二型掺杂离子注入至所述第一型半导体层的上表面，形成所述第二型半导体区的顶部向外侧延伸的第二型延伸区；
[0030]将第一型掺杂离子注入至所述第一型半导体层的上表面，形成所述第一型钉扎层的顶部向外侧延伸的第一型延伸层，所述第一型延伸层中预留有接触窗口；
[0031]其中，所述第一型延伸层用于将所述第二型延伸区与所述绝缘层隔离，所述接触窗口用于提供所述第二电极与所述第二型延伸区的接触空间。
[0032]在其中的一些实施例中，所述第一型半导体层包括生长于第一型衬底的第一型外延层；
[0033]所述通孔形成于所述第一型外延层中，所述第二型半导体区形成于所述第一型外延层中，所述第一型外延层中的非第二型半导体区构成所述第一型半导体区；
[0034]所述通孔贯穿所述第一型外延层；
[0035]或者，所述通孔的底壁与所述第一型外延层的下表面之间具有预设距离。
[0036]在其中的一些实施例中，所述通孔的长度与直径的比值范围为3
‑
10。
[0037]第三个方面，在本专利技术中还提供了一种二极管制造系统，所述系统用于制造上述第一个方面中提供的基于绝缘柱的光电二极管。
[0038]第四个方面，在本专利技术中还提供了一种二极管制造系统，所述系统用于执行上述第二个方面中提供的光电二极管的制造方法。
[0039]本专利技术中提出的光电二极管相比于现有平面结工艺的二极管，由于在半导体层的
内部形成了结区，当长波光子的吸收位置在半导体层中较深时，吸收位置产生的光生载流子可以被较深位置的结区所吸收，这部分光生载流子不需要渡越至半导体层的表面位置。从而克服了现有的光电二极管在面对长波光子时，光子在半导体层中的吸收位置会远离结区位置的问题。
[0040]本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。
附图说明
[0041]此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0042]图1是本专利技术的一种实施例中的光电二极管的结构示意图；
[0043]图2是本专利技术的一种实施例中的光电二极管的结构示意图；
[0044]图3是本专利技术的一种实施例中的光电二极管的结构示意图；
[0045]图4是本专利技术的一种实施例中的光电二极管的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于绝缘柱的光电二极管，其特征在于，所述光电二极管包括：半导体层、第一电极(110)和第二电极(120)；所述半导体层中设置有垂直于所述半导体层的绝缘柱(300)，所述半导体层包括第一型半导体区(210)和环绕所述绝缘柱(300)的第二型半导体区(220)；所述半导体层的上表面覆盖有绝缘层(500)，所述第一电极(110)贯穿所述绝缘层(500)与所述第一型半导体区(210)接触，所述第二电极(120)贯穿所述绝缘层(500)与所述第二型半导体区(220)接触。2.根据权利要求1所述的基于绝缘柱的光电二极管，其特征在于，所述绝缘柱(300)的侧壁环绕覆盖有第一型钉扎层(400)，所述第一型钉扎层(400)将所述第二型半导体区(220)与所述绝缘柱(300)隔离；所述第一型钉扎层(400)的掺杂浓度高于所述第二型半导体区(220)的掺杂浓度。3.根据权利要求2所述的基于绝缘柱的光电二极管，其特征在于，所述第一型钉扎层(400)的顶部向外侧延伸形成第一型延伸层(410)，所述第二型半导体区(220)的顶部向外侧延伸形成第二型延伸区(221)；所述第一型延伸层(410)将所述第二型延伸区(221)与所述绝缘层(500)隔离；所述第一型延伸层(410)中预留有接触窗口，所述第二电极(120)通过所述接触窗口与所述第二型延伸区(221)接触。4.根据权利要求1所述的基于绝缘柱的光电二极管，其特征在于，所述半导体层包括生长于衬底(600)的外延层，所述绝缘柱(300)设置于所述外延层中，所述外延层包括所述第一型半导体区(210)和所述第二型半导体区(220)；所述绝缘柱(300)贯穿所述外延层；或者，所述绝缘柱(300)的底面与所述外延层的下表面之间具有预设距离。5.根据权利要求1所述的基于绝缘柱的光电二极管，其特征在于，所述绝缘柱(300)的长度与直径的比值范围为3
‑
10。6.一种光电二极管的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：在第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：施长治，
申请(专利权)人：上海联影微电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：