505_088-029CP-TW
發佈日期 :
2009-04-30
| 306072 | |||||||||||||||||||||||||||||
| 以非晶矽光二極體與單晶矽電晶體異質接面接合而成之光吸收器及製造方法(全文下載) | |||||||||||||||||||||||||||||
| 1997/05/21 | |||||||||||||||||||||||||||||
| 086636 | |||||||||||||||||||||||||||||
| 1996/06/28 | |||||||||||||||||||||||||||||
| 085107821 | |||||||||||||||||||||||||||||
| H01L-031/00 | |||||||||||||||||||||||||||||
| 24-15 | |||||||||||||||||||||||||||||
| 蔡清福 | |||||||||||||||||||||||||||||
| 本案係一種以非晶矽光二極體與單晶矽雙載子接面電晶體異質接面接合而成之光吸收器及製造方法，其步驟包括：1) 形成一單晶矽 ( Crystal Silicon ) 負型／正型／負型( n-p-n ) 結構之雙載子接面電晶體 ( Bipolar Junction Transister ) ，俾做為該光吸收器之信號輸出元件，其中該單晶矽雙載子接面電晶體射極 ( Emitter ) 之形成，係以高濃度之負型離子 ( n+ ) 摻雜於一單晶矽正型／負 ( p/n ) 晶片正型極而得，2) 於電漿強化化學氣相沈積 ( PECVD ) 系統中，形成一非晶矽 ( Amorphous Silicon ) 正型／本質型／負型 ( p-i-n ) 結構之光二極體附著於該單晶矽負型／正型／負型 ( n-p-n ) 結構之雙載子接面電晶體之基極上，做為該光吸收器之光吸收元件，俾使該非晶矽光二極體所產生之光電流成為該單晶矽雙載子接面電晶體之基極電流，3) 形成一氧化物層，俾為該非晶矽光二極體與該單晶矽雙載子接面電晶體之電極區隔之用，4) 形成一透明導電氧化物層附著於該非晶矽光二極體之表面與該單晶矽雙載子接面電晶體之射極上，5) 形成一金屬層於單晶矽雙載子接面電晶體之集極 ( Collector ) 表面，俾作為集極之接觸電極用；其中，該 PECVD 系統屬於一低溫製程，以 PECVE 系統可於該光吸收器之製程中保持該單晶矽雙載子接面電晶體原來之最佳特性。 | |||||||||||||||||||||||||||||
| 1.一種以非晶矽光二極體與單晶矽雙載子接面電晶體異質 接面接合而成之光吸收器之製造方法,其步驟包括: 1)形成一單晶矽(Crystal Silicon)負型/正型/負型(n- p-n)結構之雙載子接面電晶體(Bipolar Junction Transister),俾做為該光吸收器之信號輸出元件,其中 該雙載子接面電晶體射極(Emitter)之形成,係以高濃度 之負型離子(n+)摻雜於一單晶矽正型/負型(p/n)晶片正 型極而得; 2)於電漿強化化學氣相沈積(PECVD)系統中,形成一非晶 矽(AmorphousSilicon)正型/本質型/負型(p-i-n)結構 之光二極體附著於該單晶矽負型/正型/負型(n-p-n)結 構之雙載子接面電晶體之基極上,做為該光吸收器之光吸 收元件,俾使該非晶矽光二極體所產生之光電流成為該雙 載子接面電晶體之基極電流; 3)形成一氧化物層,俾為該非晶矽光二極體與該雙載子接 面電晶體之電極區隔之用; 4)形成一透明導電氧化物層附著於該非晶矽光二極體之表 面與該雙載子接面電晶體之射極上; 5)形成一金屬層於雙載子接面電晶體之集極(Collector) 表面,俾作為集極之接觸電極用。 2.如申請專利範圍第1項所述之以非晶矽光二極體與單晶 矽雙載子接面電晶體異質接面接合而成之光吸收器之製造 方法,其中該PECVD系統係屬於一低溫製程。 3.如申請專利範圍第1項所述之以非晶矽光二極體與單晶 矽雙載子接面電晶體異質接面接合而成之光吸收器之製造 方法,其中該高濃度的負型離子(n+)摻雜之程序係以擴散 法為之。 4.如申請專利範圍第3項所述之以非晶矽光二極體與單晶 矽雙載子接面電晶體異質接面接合而成之光吸收器之製造 方法,其中該高濃度的負型離子(n+)摻雜之程序係以離子 佈植(Ion Implantation)法為之。 5.如申請專利範圍第4項所述之以非晶矽光二極體與單晶 矽雙載子接面電晶體異質接面接合而成之光吸收器之製造 方法,其中該雙載子接面電晶體射極(Emitter)摻雜離子 之濃度與厚度係分別為1017cm-3及1.5���m。 6.如申請專利範圍第5項所述之以非晶矽光二極體與單晶 矽雙載子接面電晶體異質接面接合而成之光吸收器之製造 方法,於步驟(1)更包括一步驟:在離子植佈程序後,該 雙載子接面電晶體需於含氮(N2)氣體的環境下,在高溫 950℃退火30分鐘。 7.如申請專利範圍第1項所述之以非晶矽光二極體與單晶 矽雙載子接面電晶體異質接面接合而成之光吸收器之製造 方法,其中該非晶矽(AmorphousSilicon)正型/本質型/ 負型(p-i-n)結構之光二極體其成長順序及材質,依序為 正型非晶矽(P-a-Si:H)、本質型非晶矽(i-a-Si:H)、負 型非晶矽(N-a-Si:H)。 8.如申請專利範圍第7項所述之以非晶矽光二極體與單晶 矽雙載子接面電晶體異質接面接合而成之光吸收器之製造 方法,其中該非晶矽正型/本質型/負型結構之光二極體 ,其各層結構於成長所需射頻(RF)功率,依序分別為P-a- Si:H之功率60 Watt, i-a-Si:H之功率50 Watt, N-a-Si :H之功率60 Watt。 9.如申請專利範圍第7項所述之以非晶矽光二極體與單晶 矽雙載子接面電晶體異質接面接合而成之光吸收器之製造 方法,其中該非晶矽正型/本質型/負型結構之光二極體 ,其各層結構於成長時所需溫度為250℃。 10.如申請專利範圍第7項所述之以非晶矽光二極體與單 晶矽雙載子接面電晶體異質接面接合而成之光吸收器之製 造方法,其中該非晶矽正型/本質型/負型結構之光二極 體,其各層結構於成長時所需壓力係為1Torr。 11.如申請專利範圍第7項所述之以非晶矽光二極體與單 晶矽雙載子接面電晶體異質接面接合而成之光吸收器之製 造方法,其中該非晶矽正型/本質型/負型結構之光二極 體,其各層結構於成長時之沉積速率,依序分別為P-a-Si :H之沉積速率為30A/min, i-a-Si:H之沉積速率60A/ min, N-a-Si:H之沉積速率60A/min。 12.如申請專利範圍第7項所述之以非晶矽光二極體與單 晶矽雙載子接面電晶體異質接面接合而成之光吸收器之製 造方法,於步驟(2)更包括一步驟:將成長在該雙載子接 面電晶體射極上之非晶矽進行蝕刻(Etching)程序。 13.如申請專利範圍第12項所述之以非晶矽光二極體與單 晶矽雙載子接面電晶體異質接面接合而成之光吸收器之製 造方法,其中該蝕刻程序係以濕蝕刻(Wet Etching)方式 為之。 14.如申請專利範圍第13項所述之以非晶矽光二極體與單 晶矽雙載子接面電晶體異質接面接合而成之光吸收器之製 造方法,其中該濕蝕刻程序中係以氟化氫與過氧化氫重量 比例3:10(NH4F:H2O2=3:10)為蝕刻溶液。 15.如申請專利範圍第1項所述之以非晶矽光二極體與單 晶矽雙載子接面電晶體異質接面接合而成之光吸收器之製 造方法,其中該氧化物層係附著於該非晶矽光二極體及雙 載子接面電晶體射極之表面。 16.如申請專利範圍第1項所述之以非晶矽光二極體與單 晶矽雙載子接面電晶體異質接面接合而成之光吸收器之製 造方法,其中該氧化物層係以射頻濺渡(RFSputtering)法 形成。 17.如申請專利範圍第1項所述之以非晶矽光二極體與單 晶矽雙載子接面電晶體異質接面接合而成之光吸收器之製 造方法,其中該氧化物的材質係為二氧化矽。 18.如申請專利範圍第17項所述之以非晶矽光二極體與單 晶矽雙載子接面電晶體異質接面接合而成之光吸收器之製 造方法,其中該二氧化矽成長的厚度係可為3000A。 19.如申請專利範圍第17項所述之以非晶矽光二極體與單 晶矽雙載子接面電晶體異質接面接合而成之光吸收器之製 造方法,於步驟(3)更包括一步驟:將該非晶矽光二極體 與該雙載子接面電晶體集極之接觸電極上方之二氧化矽予 以蝕刻去除。 20.如申請專利範圍第1項所述之以非晶矽光二極體與單 晶矽雙載子接面電晶體異質接面接合而成之光吸收器之製 造方法,於步驟(4)更包括一步驟:於該透明導電氧化物 層生成後在溫度250℃退火20分鐘。 21.如申請專利範圍第20項所述之以非晶矽光二極體與單 晶矽雙載子接面電晶體異質接面接合而成之光吸收器之製 造方法,其中該透明導電氧化物層係由一銦錫氧化物( Indium-Tin-Oxide)材料構成。 22.如申請專利範圍第20項所述之以非晶矽光二極體與單 晶矽雙載子接面電晶體異質接面接合而成之光吸收器之製 造方法,其中該透明導電氧化物層之成長係可於一電子槍 (Electron Gum)系統為之。 23.如申請專利範圍第1項所述之以非晶矽光二極體與單 晶矽雙載子接面電晶體異質接面接合而成之光吸收器之製 造方法,其中該金屬層係為一鋁金屬層。 24.如申請專利範圍第23項所述之以非晶矽光二極體與單 晶矽雙載子接面電晶體異質接面接合而成之光吸收器之製 造方法,其中該鋁金屬層係以熱蒸著(Thermal Evaporation)之方式生成。 25.如申請專利範圍第23項所述之以非晶矽光二極體與單 晶矽雙載子接面電晶體異質接面接合而成之光吸收器之製 造方法,其中該鋁金屬層之厚度為5000A。 26.如申請專利範圍第1項所述之以非晶矽光二極體與單 晶矽雙載子接面電晶體異質接面接合而成之光吸收器之製 造方法,其中該低溫約為250℃。 27.一種以非晶矽光二極體與單晶矽雙載子接面電晶體異 質接面接合而成之光吸收器,包括: 一單晶矽(Crystal Silicon)負型/正型/負型(n-p-n)結 構之雙載子接面電晶體(Bipolar Junction Transister) ,俾做為該光吸收器之信號輸出元件; 一非晶矽(Amorphous Silicon)正型/本質型/負型(p-i- n)結構之光二極體,其係附著於該單晶矽負型/正型/負 型(n-p-n)結構之雙載子接面電晶體之基極上,做為該光 吸收器之光吸收元件,俾使該非晶矽光二極體所產生之光 電流成為該雙載子接面電晶體之基極電流; 一氧化物層,其係附著於該非晶矽光二極體及該雙載子接 面電晶體之表面,俾為該非晶矽光二極體與該雙載子接面 電晶體射極之電極區隔用; 一透明導電氧化物層附著於該非晶矽光二極體之表面與該 雙載子接面電晶體之射極上,俾為該非晶矽光二極體與該 雙載子接面電晶體射極之接觸電極用;以及 一金屬層於雙載子接面電晶體之集極(Collector)表面, 俾作為該雙載子接面電晶體集極之接觸電極用。 28.如申請專利範圍第27項之以非晶矽光二極體與單晶矽 雙載子接面電晶體異質接面接合而成之光吸收器,其中該 雙載子接面電晶體射極(Emitter)之形成,係以高濃度之 負型離子(n+)摻雜於一單晶矽正型/負型(p/n)晶片正型 極而得。 29.如申請專利範圍第28項之以非晶矽光二極體與單晶矽 雙載子接面電晶體異質接面接合而成之光吸收器,其中該 高濃度的負型離子(n+)摻雜之程序係以擴散法為之。 30.如申請專利範圍第28項之以非晶矽光二極體與單晶矽 雙載子接面電晶體異質接面接合而成之光吸收器,其中該 高濃度的負型離子(n+)摻雜之程序係以離子佈植(Ion Implantation)法為之。 31.如申請專利範圍第28項之以非晶矽光二極體與單晶矽 雙載子接面電晶體異質接面接合而成之光吸收器,其中該 雙載子接面電晶體射極(Emitter)摻雜離子之濃度與厚度 係分別為1017cm-3及1.5���m。 32.如申請專利範圍第27項之以非晶矽光二極體與單晶矽 雙載子接面電晶體異質接面接合而成之光吸收器,其中該 非晶矽正型/本質型/負型(p-i-n)結構之光二極體其成 長順序及材質,依序為正型非晶矽(P-a-Si:H)、本質型 非晶矽(i-a-Si:H)、負型非晶矽(N-a-Si:H)。 33.如申請專利範圍第32項之以非晶矽光二極體與單晶矽 雙載子接面電晶體異質接面接合而成之光吸收器,其中該 非晶矽正型/本質型/負型結構之光二極體,其各層結構 於成長所需射頻(RF)功率,依序分別為P-a-Si:H之功率 60 Watt, i-a-Si:H之功率50 Watt, N-a-Si:H之功率60 Watt。 34.如申請專利範圍第32項之以非晶矽光二極體與單晶矽 雙載子接面電晶體異質接面接合而成之光吸收器,其中該 非晶矽正型/本質型/負型結構之光二極體,其各層結構 於成長時所需溫度為250℃。 35.如申請專利範圍第32項之以非晶矽光二極體與單晶矽 雙載子接面電晶體異質接面接合而成之光吸收器,其中該 非晶矽正型/本質型/負型結構之光二極體,其各層結構 於成長時所需壓力係為1 Torr。 36.如申請專利範圍第32項之以非晶矽光二極體與單晶矽 雙載子接面電晶體異質接面接合而成之光吸收器,其中該 非晶矽正型/本質型/負型結構之光二極體,其各層結構 於成長時之沉積速率,依序分別為P-a-Si:H之沉積速率 為30A/min, i-a-Si:H之沉積速率60A/min, N-a-Si:H 之沉積速率60A/min。 37.如申請專利範圍第32項之以非晶矽光二極體與單晶矽 雙載子接面電晶體異質接面接合而成之光吸收器,其中該 非晶矽正型/本質型/負型結構之光二極體,其各層結構 於成長時之厚度,依序分別為P-a-Si:H之厚度為150A, i-a-Si:H之厚度3600A, N-a-Si:H之厚度240A。 38.如申請專利範圍第32項之以非晶矽光二極體與單晶矽 雙載子接面電晶體異質接面接合而成之光吸收器,其中該 非晶矽正型/本質型/負型結構之光二極體,其各層結構 於成長時,係置於一電漿強化化學氣相沈積(PECVD)系統 中,利用該電漿強化化學氣相沈積(PECVD)系統之低溫製 程特性,可於該光吸收器之製程中保持該雙載子接面電晶 體原來之最佳特性。 39.如申請專利範圍第38項之以非晶矽光二極體與單晶矽 雙載子接面電晶體異質接面接合而成之光吸收器,其中該 低溫約為250℃。 40.如申請專利範圍第27項之以非晶矽光二極體與單晶矽 雙載子接面電晶體異質接面接合而成之光吸收器,其中該 氧化物層之材質係為二氧化矽。 41.如申請專利範圍第40項之以非晶矽光二極體與單晶矽 雙載子接面電晶體異質接面接合而成之光吸收器,其中該 二氧化矽層之厚度係為3000A。 42.如申請專利範圍第27項之以非晶矽光二極體與單晶矽 雙載子接面電晶體異質接面接合而成之光吸收器,其中該 氧化物層係以射頻濺渡(RFSputtering)法形成。 43.如申請專利範圍第27項之以非晶矽光二極體與單晶矽 雙載子接面電晶體異質接面接合而成之光吸收器,其中該 透明導電氧化物層之成長係可於一電子槍(Electron Gum) 系統為之。 44.如申請專利範圍第27項所述之以非晶矽光二極體與單 晶矽雙載子接面電晶體異質接面接合而成之光吸收器,其 中該透明導電氧化物層係由一銦錫氧化物(Indium-Tin- Oxide)材料構成。 45.如申請專利範圍第27項之以非晶矽光二極體與單晶矽 雙載子接面電晶體異質接面接合而成之光吸收器,其中該 金屬層係為一鋁金屬層。 46.如申請專利範圍第45項之以非晶矽光二極體與單晶矽 雙載子接面電晶體異質接面接合而成之光吸收器,其中該 鋁金屬層係以熱蒸著(Thermal Evaporation)之方式生成 。 47.如申請專利範圍第45項之以非晶矽光二極體與單晶矽 雙載子接面電晶體異質接面接合而成之光吸收器,其中該 鋁金屬層之厚度為5000A。 48.如申請專利範圍第27項之以非晶矽光二極體與單晶矽 雙載子接面電晶體異質接面接合而成之光吸收器,其中該 光吸收器僅需一外加電源即可操作。 49.如申請專利範圍第48項之以非晶矽光二極體與單晶矽 雙載子接面電晶體異質接面接合而成之光吸收器,其中該 外加電源係連接於該雙載子接面電晶體之射極與集極之上 。 50.如申請專利範圍第27項之以非晶矽光二極體與單晶矽 雙載子接面電晶體異質接面接合而成之光吸收器,其中該 光吸收器之光增益係可為24.4-35.5。 51.如申請專利範圍第27項之以非晶矽光二極體與單晶矽 雙載子接面電晶體異質接面接合而成之光吸收器,其中該 光吸收器響應速度之上昇時間(rise time)及下降時間( fall time)係分別為142���s及220���s。 圖示簡單說明: 第一圖:係本案光吸收器之一較佳實施例結構示意圖 。 第二圖:係本案光吸收器之等效電路示意例圖。 第三圖:係本發明非晶矽正型/本質型/負型(p-i-n )結構之光二極體與(n-p-n)結構之單晶矽雙載子接面電晶 體結合而成之光吸收器與單晶矽(n-p-n)結構之單晶矽雙 載子接面電晶體電流-電壓特性曲線圖。 第四圖:係本發明非晶矽正型/本質型/負型(p-i-n )結構之光二極體與(n-p-n)結構之單晶矽雙載子接面電晶 體射極-基極接面之電流-電壓特性曲線圖。 第五圖:係本發明光吸收器之響應速度測試電路示例 圖。 第六圖:係本發明光吸收器之響應速度測試結果示例 圖。 |
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| 專利權異動 |
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| 申請案件狀態 |
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