光电器件的制作方法

本实用新型涉及半导体器件领域，具体地涉及一种光电器件衬底和光电器件。

背景技术：

目前业界光电器件采用区熔法制作的高阻硅单晶片，相比直拉法制造硅单晶，纯度得到了很大的提高，材料晶格缺陷也大为减少，少子寿命也显著增加，但是对于光电器件制造来说，采用高阻硅单晶片，其高电阻率不易控制，一般误差比较大，对于片间及片内器件一致性较差。导致在光电器件制造领域，硅单晶材料是个技术门槛。国外光电器件制造厂家，单晶硅要么自己研发制造，要么委托专业厂家开发，开发工艺难度很大，制造技术和工艺保密，对行业发展不利。而且这类高阻硅单晶片子尺寸很难扩展到8寸及以上尺寸，对成本控制不利。采用硅外延片作为光电器件基材，能够有效提高器件性能，降低器件成本，而且相对高性能高阻硅单晶片，国内外材料供应商也较多。

技术实现要素：

根据本实用新型的一个方面，提供一种光电器件衬底，包括衬底基部和通过外延形成在衬底基部上的硅单晶层。

在一个实施例中，衬底基部是半导体。

在一个实施例中，衬底基部是硅多晶。

在一个实施例中，衬底基部是硅单晶。

在一个实施例中，硅单晶层厚度为5-200um。

在一个实施例中，硅单晶层的电阻率在200-1000欧姆/厘米范围内。

根据本实用新型的另一个方面，提供一种光电器件，包括上述的光电器件衬底和形成在硅单晶层上的光电元件。

在一个实施例中，光电器件还包括形成在光电元件上的氮化硅层。

在一个实施例中，光电器件还包括氧化硅层。

附图说明

图1为根据本实用新型一个实施例的光电器件衬底；

图2为根据本使用新型的一个实施例的光电器件。

具体实施方式

尽管本实用新型容许各种修改和可替换的形式，但是它的具体的实施例通过例子的方式在附图中示出，并且将详细地在本文中描述。然而，应该理解，随附的附图和详细的描述不是为了将本实用新型限制到公开的具体形式，而是相反，是为了覆盖落入由随附的权利要求限定的本实用新型的精神和范围中的所有的修改、等同形式和替换形式。附图是为了示意，因而不是按比例地绘制的。

下面根据附图说明根据本实用新型的多个实施例。

如图1所示，本实用新型的实施例提供一种光电器件衬底，包括衬底基部1和通过外延形成在衬底基部1上的硅单晶层2。

在传统的光电器件中使用的衬底一般是蓝宝石或化合物半导体，这些衬底成本高。使用硅单晶衬底作为光电器件的衬底可以一定程度降低成本，然而，在高阻硅片领域内，生长电阻率一致性较好、缺陷教少的硅材，技术上的难度也很大，并且随着衬底尺寸增大成本更高，例如8寸片甚至更大的硅单晶制作成本显著增高，并且硅单晶的电阻率不容易控制，少子寿命不容易控制，导致形成在器件上的光电器件的漏电流大。

本公开避免使用硅单晶或化合物半导体晶体或蓝宝石等衬底，使用衬底基部1作为机械支撑，在衬底基部1上外延硅单晶层2作为器件的衬底，可以替代现有的成本较高的单晶硅或化合物半导体衬底。

使用本实施例的光电器件衬底，可以以较低成本获得晶格缺陷较少的硅单晶层2，并且外延层电阻率均匀度好，对衬底基部1的要求低，适合制作漏电流和结电容一致性要求很高的光电器件。外延的硅单晶层2的电阻率容易控制在200-1000欧姆厘米范围内。此外，相对于使用单晶硅片作为衬底，使用外延单晶硅作为光电元件的衬底可以容易扩展到8-12英寸的衬底尺寸，相对于使用硅单晶衬底可以大幅度降低工艺难度和成本。

在一个实施例中，衬底基部1是半导体。例如，衬底基部1是硅多晶。例如，衬底基部1是硅单晶。

使用成本低的多晶硅作为衬底基部1是基于多晶硅的晶格尺寸和外延硅单晶层2的晶格尺寸接近，这样在多晶硅上外延单晶硅时晶格失配较小。例如，在多晶硅上通过分子束外延或原子层外延的方法制作硅单晶层2。例如，在半导体基部上通过分子束外延或原子层外延的方法制作硅单晶层2。在单晶硅外延层与衬底基部1的界面附近，晶格失配严重，晶格的畸变较大，然而当外延层厚度不断增加时，晶格失配的影响减小。根据本公开的实施例，在硅单晶层2厚度超过1-5um时，晶格完美，缺陷的浓度控制在理想范围。在一个实施例中，硅单晶层2的厚度为5-200um。然而，硅单晶层2的厚度可以更大。硅单晶层2的厚度可以根据实际光电器件的要求确定。显然，使用硅单晶作为衬底基部1也是可以的，应该注意，此时对硅单晶衬底基部1的要求显著降低，其中缺陷浓度和杂质浓度自由度大，通过控制外延的硅单晶层2可以达到形成光电器件的要求。

在一个实施例中，在外延生长过程中，工艺上很容易通过一些排杂技术，例如多晶硅排杂技术、杂质分凝效应等在多晶硅上得到高品质的外延层。通过实际测试，外延的硅单晶层2电阻率均匀度可以达到+/-10％以内，甚至+/-5％以内，通过缺陷控制少子寿命很容易达到ms级别；厚度也可以根据不同光电器件要求定制，成本不会明显增加。

本公开的另一方面，提供一种光电器件，包括上述的光电器件衬底和形成在硅单晶层2上的光电元件5。

在传统的工艺中，一般是在蓝宝石等半导体衬底上形成光电元件5；然而，本公开使用硅单晶层2作为光电元件5的衬底，换句话说，光电元件5形成在硅单晶层2上，可以降低整个光电器件的成本；并且，光电器件衬底的尺寸可以更大，这在大批量的器件制备中具有工艺和成本上的优势。具体地，从制作的光电器件性能来说，由于本公开的光电器件衬底电阻率一致性好，在光电器件衬底上制作的光电器件结电容的一致性非常好；并且，由于光电器件衬底的缺陷少，少子寿命长，因而光电器件漏电也得到了有效降低。从测量的结果来看，不用对器件进行特殊设计，例如为减少漏电的特殊设计，很容易达到pa级别；从成本来说，硅外延相比高阻单晶，更容易扩展至8-12寸，成本会明显降低，相对来说现有的高阻单晶硅片在扩展至8英寸之后，后续晶圆尺寸扩展工艺难度会增加很明显，成本明显增加。

在一个实施例中，光电器件还包括形成在光电元件5上的氮化硅层3。利用氮化硅层3作为钝化层，同时兼顾抗放射层作用，可以保护器件表面和减少后续封装难度，是光电器件的环境适应能力得到很大提高。

在一个实施例中，光电器件包括氧化硅层4和氮化硅层。氧化硅层4和氮化硅层3一起可以作为光电元件5的钝化层和保护层。在一个实施例中，氮化硅层3形成在氧化硅层4上。在另一实施例中，氧化硅层4形成在氮化硅层3上。

在一个实施例中，氧化硅厚度可以在20nm-200nm范围，氮化硅的厚度可以在20nm-200nm范围。应该知道，氧化硅和氮化硅的厚度可以超过200nm，然而，200nm后的氧化硅或氮化硅可以实现保护作用和反射作用。

根据本公开的光电器件可以包括正入型、背入型光电器件以及硅光电倍增管等。

虽然本总体专利构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体专利构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本实用新型的范围以权利要求和它们的等同物限定。