一种光敏元件及其制造方法、光敏探测器与流程

本发明涉及半导体器件及装置，特别涉及一种光敏元件及其制造方法、光敏探测器。

背景技术：

1、光敏二极管，又叫光电二极管是一种能够将光根据使用方式，转换成电流或者电压信号的光探测器。管芯常使用一个具有光敏特征的pn结，对光的变化非常敏感，具有单向导电性，而且光强不同的时候会改变电学特性，因此，可以利用光照强弱来改变电路中的电流。

2、信号响应速度是光明二极管的重要参数之一。为提升光敏二极管信号响应速度，尤其是红外波段的响应速度，目前常用的方法是将光主要吸收区进行减薄，以缩短光生载流子输运距离，从而提升响应速度。现有技术的做法通常是在低阻硅衬底上生长高阻硅外延层，然而，红外光在硅材料内吸收率较低，即需要较厚的硅材料才能将红外光完全吸收。现有技术的高阻外延层厚度较薄，虽然提升了响应速度，但不能完全吸收注入红外光，部分红外光进入低阻硅衬底，由于其掺杂浓度高，光子进入其内产生的光生载流子寿命极低，无法被有效收集，因此，现有技术在提升响应速度的同时，也必然以降低光电流为代价。

技术实现思路

1、鉴于现有技术中光敏元件的光吸收区厚度与光子吸收率方面的矛盾，本发明提供一种光敏元件及其制造方法、光敏探测器，以解决上述一个或多个问题。

2、本申请的一个实施例，提供一种光敏元件，其特征在于，至少包括：

3、衬底，所述衬底具有相对设置的正面及背面，所述衬底的厚度介于50μm～100μm；

4、掺杂层，包括位于所述衬底的正面的第一掺杂层、位于所述衬底的背面的第二掺杂层，以及位于所述衬底的正面与所述第一掺杂层间隔设置的掺杂环；

5、反射结构，位于所述衬底的背面，并且形成在所述第二掺杂层远离所述衬底的一侧。

6、本申请的另一实施例提供一种光敏元件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

7、提供衬底，所述衬底具有相对设置的正面及背面；

8、自所述衬底的正面形成导电类型相反的第一掺杂层及掺杂环，所述第一掺杂层和所述掺杂环相互间隔；

9、在所述衬底的正面一侧键合支撑衬底；

10、在所述衬底的背面侧对所述衬底进行减薄处理，减薄后的所述衬底的厚度介于50μm～100μm；

11、自减薄后的所述衬底的背面侧形成与所述第一掺杂层导电类型相反的第二掺杂层；

12、在所述第二掺杂层上方形成反射结构。

13、本申请的另一实施例提供一种光敏探测器，其特征在于，包括：

14、电路板，设置有模数转换电路、比较电路和放大电路中的至少一个；

15、多个光敏元件，阵列排布在所述电路板上，并且多个所述光敏元件与所述电路基板电连接，所述光明元件包括本申请所述的光敏元件。

16、如上所述，本申请的光敏元件及其制造方法、光敏探测器，具有以下有益效果：

17、本申请采用本征硅衬底作为本征层，用作光吸收层。上述本征硅衬底为减薄后的衬底，减薄后的衬底厚度介于50μm～100μm。该厚度有效减少了进入本征硅衬底的光子的传输距离，能够有效提高光子的响应速度。另外，衬底的背面侧形成反射结构，该反射结构能够对自衬底正面一侧入射但是并未被本征硅吸收的光子进行反射，使其在此进入本征层，由本征层吸收，由此提高了本征层对光子的吸收效率，被吸收的光子转化为光电流，由此保证光敏元件的光电流。

技术特征：

1.一种光敏元件，其特征在于，至少包括：

2.根据权利要求1所述的光敏元件，其特征在于，所述衬底为电阻率介于1×103ω·cm～2.3

3.根据权利要求1所述的光敏元件，其特征在于，所述第一掺杂层与所述第二掺杂层的导电类型相反，所述掺杂环与所述第一掺杂层的导电类型相反，其中所述第一掺杂层和所述掺杂环之间由所述衬底相互间隔。

4.根据权利要求1所述的光敏元件，其特征在于，所述反射结构包括交替叠置的第一材料层和第二材料层，其中所述第一材料层和所述第二材料层具有不同的折射率。

5.根据权利要求1所述的光敏元件，其特征在于，所述反射结构包括：

6.根据权利要求1所述的光敏元件，其特征在于，还包括电极结构，所述电极结构包括第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极形成在所述衬底的正面一侧，并且所述第一电极与所述第一掺杂层电连接，所述第二电极与所述第二掺杂层电连接。

7.根据权利要求1所述的光敏元件，其特征在于，还包括减反射膜层，位于所述衬底的正面一侧，并且至少覆盖所述第一掺杂层及所述掺杂环。

8.根据权利要求6所述的光敏元件，其特征在于，所述反射结构为金属反射镜，并且所述金属反射镜形成为所述第二电极。

9.根据权利要求8所述的光敏元件，其特征在于，所述掺杂环的厚度大于或者等于所述第一掺杂层的厚度。

10.一种光敏元件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

11.根据权利要求10所述的光敏元件的制造方法，其特征在于，在所述衬底的正面一侧键合支撑衬底之前还包括：

12.根据权利要求10所述的光敏元件的制造方法，其特征在于，在所述第二掺杂层上方形成反射结构包括：在所述第二掺杂层上方交替沉积第一材料层和第二材料层，其中所述第一材料层和所述第二材料层具有不同的反射率。

13.根据权利要求10所述的光敏元件的制造方法，其特征在于，在所述第二掺杂层上方形成反射结构包括：

14.根据权利要求10所述的光敏元件的制造方法，其特征在于，还包括：

15.一种光敏探测器，其特征在于，包括：

技术总结
本申请提供一种光敏元件及其制造方法及光敏探测器，本申请的光敏元件采用本征硅衬底作为本征层，用作光吸收层。上述本征硅衬底为减薄后的衬底，减薄后的衬底厚度介于50μm～100μm。该厚度有效减少了进入本征硅衬底的光子的传输距离，能够有效提高光子的响应速度。另外，衬底的背面侧形成反射结构，该反射结构能够对自衬底正面一侧入射但并未被本征硅衬底吸收的光子进行反射，使其在此进入本征层，由本征层吸收，由此提高了本征层对光子的吸收效率，被吸收的光子转化为光电流，由此保证光敏元件的光电流。

技术研发人员：熊伟平,王鑫,辛秀峰,孟京京,刘明庆,赵宏伟,陈文浚
受保护的技术使用者：天津三安光电有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19