[其他]敏紫外硅光敏三极管

说明书

本实用新型涉及一种半导体光电探测器，它是一种对紫光和紫外光敏感的硅光敏三极管，可以探测从紫外到近红外光谱区的入射光。

现有的硅光敏三极管，都是以基区作为直接受光面。当有光照射在硅光敏三极管上时，由于光在硅中的吸收系数随波长而异，长波长的光在硅中的吸收系数小，可以透过基区而在集电区中被吸收，短波长的光如紫光和紫外光在硅中的吸收系数很大（α＝10⁵cm^－1－10⁶cm^－1），因此，它们在基区表面很薄的一层内就几乎被完全吸收。因为基区掺杂浓度较高，其表面浓度一般在10¹⁸cm^－3以上，使基区中少子扩散长度变得很短，那些由紫光和紫外光辐射在基区表面激发的光生载流子，在它们扩散到集电结之前，就差不多被完全复合，集电结几乎收集不到由紫光和紫外光辐射激发的光生载流子，使现有的硅光敏三极管，都不具有紫外光敏特性。诚然，为了改善短波光谱特性，也有采取减少集电结结深或深浅集电结结构做成的硅光敏三极管，但到目前为止，仍然没有应用于300nm以下紫外光波段光电探测的硅光敏三极管。

本实用新型的任务是提供一种新的硅光敏三极管，用以实现从紫外到近红外光谱区（190nm－1100nm）的光电探测。

本实用新型的任务是以如下方式完成的：硅光敏三极管采用了新的栅状或网状基区结构，利用光敏三极管的集电区作为直接受光面。当入射光照射到硅光敏三极管的表面时，由于栅状或网状基区的表面积A_b比集电区的表面积A_c小得多，大部分入射光直接照射在集电区表面并为其所吸收，这里的掺杂浓度比基区低得多，使其中的少子扩散长度比基区的长几百倍以上。因此，在集电区中激发的光生载流子，扩散到集电结的几率大大增加，只要基区的栅条或网格间距选择适当，集电区中的光生载流子，特别是由紫光和紫外光辐射激发的集中在集电区表面附近的光生载流子，都有可能被集电结收集，对光敏三极管的光生电流作出贡献，从而实现了对紫光和紫外光辐射的光电探测。另外，在集电区表面薄层内，还利用氧化层电荷感应方式（适用于N^＋PN型硅光敏三极管）或掺杂方式制作了一个正面高低结，这个高低结靠高浓度一侧的厚度很薄，约一百埃到几百埃，可以认为大部分入射光都可以透过高浓度区而进入低掺杂的集电区。这个正面高低结有两个重要作用：一是可以促使更多的光生少数载流子，特别是由紫光和紫外光在集电区表面附近激发的光生少数载流子向集电区中扩散，减少了光生少子在表面的复合，进一步提高了集电结对光生少子的收集效率；二是可以有效地抑制表面漏电流，提高了信噪比，增强了器件对微弱光电信号的探测能力。

本实用新型硅光敏三极管，除了具有优良的敏紫特性外，还由于采用了栅状或网状基区结构，使集电结面积大幅度地减小，从而提高了硅光敏三极管的响应速度。另外，由于对硅光敏三极管光生电流的贡献主要来自集电区而不是基区中的光生载流子，增加集电结的结深，对硅光敏三极管的敏紫性能没有影响，却可以明显地改善集电结的结特性，并有助于提高产品的成品率。

以下将结合附图对本实用新型作进一步的说明。

图1是本实用新型之一种N^＋PN硅光敏三极管管芯结构纵向剖面图。

图2是本实用新型之一种硅光敏三极管管芯结构的顶视图。

参照图1和图2，选用N／N^＋－Si外延片作为衬底材料，集电区（1）为N－Si外延层，其厚度为3－30μm，掺杂浓度为10¹⁴cm^－3－10¹⁶cm^－3，外延片的N^＋－Si衬底（2）的厚度为200μm－400μm，电阻率10^－2－10^－3Ωcm，光敏三极管的栅状基区（3）用硼扩散方法制作，集电结（4）的结深为2－4μm，硼的表面浓度为10¹⁸cm^－3－10¹⁹cm^－3，栅状基区（3）的栅长为300μm－1000μm，宽20μm－70μm，条间距50μm－200μm，集电区（1）表面的N^＋／N高低结（7）用氧化层电荷感应方法形成，N^＋层（8）的厚度约100⁰_A，用磷扩散方法制作发射结（6），管芯表面复盖有一定厚度的二氧化硅（9），（10）、（11）和（12）分别为发射区（5）、基区（3）和集电区（1）的引线电极，（13）为入射光。