TWI661571B - 砷化鎵之帶通型紅光與紅外光檢測器 - Google Patents

Abstract

本發明有關於一種砷化鎵之帶通型紅光與紅外光檢測器，其包含有一基板，於基板上依序形成有一緩衝層、一n型砷化鎵層、一n型砷化鎵間隔層、一主動層、一p型摻雜高能量濾波層與一p+型砷化鎵歐姆接觸層；藉此，p型摻雜高能量濾波層能將其他波長的光線濾除，使本發明正確檢測到紅光與紅外光。

Description

砷化鎵之帶通型紅光與紅外光檢測器

本發明係有關於一種砷化鎵之帶通型紅光與紅外光檢測器，尤其係指一種以插入磊晶層之結構設計，使砷化鎵之光檢測器正確檢測出需要的波長範圍。

按，砷化鎵(GaAs)是鎵和砷兩種元素所合成的化合物，也是重要的IIIA族、VA族化合物半導體材料，可用來製作發光二極體或是光檢測器等元件。光檢測器係用來偵測光訊號，其會接收光源之光線，利用光檢測器中各材料層具有之能隙，使得入射光之光子被吸收後，產生電子電洞對，將光子轉換成電子，也就是把光訊號轉換成電訊號，入射光愈強則產生的電子愈多，並由此電訊號檢測入射光。

習知技術中，以砷化鎵製作光檢測器之技術已經算是相當成熟，如第四圖所示，即為一種習知的光檢測器，係於砷化鎵基板(3)上依序形成有一砷化鎵緩衝層(31)、一n型砷化鎵層(32)、一砷化鎵主動層(33)、一p型砷化鎵層(34)與一砷化鎵歐姆接觸層(35)；或可例如中華民國發明專利公告號TW I244768「光檢測器」揭露之技術，其主要係由基板、n型Ⅲ-V族化合物半導體層、未摻雜Ⅲ-V族化合物半導體層、超晶格應力結構、透明導電層、p型電極以及n型電極所組成，透過透明導電層與超晶格應力結構的設置， 使光檢測器有較好的歐姆接觸，以提升整體之特性。

然而，利用此種砷化鎵光檢測器去檢測紅光或紅外光時，需要搭配外加的光學薄膜或濾波結構，才能達到帶通紅光或紅外光之光檢測的目的，但此種額外搭配光學薄膜或濾波結構的方式，具有製作成本高、製程時間長、製作複雜度高、結構複雜及不易微小化等缺失，係仍有改善空間。爰此，如何提供一種不須搭配額外之製程以及結構，以達到檢測帶通紅光與紅外光之效果，此即本發明人所思及之方向。

今，發明人即是鑑於上述現有之光檢測器於實際實施使用時仍具有多處缺失，於是乃一本孜孜不倦之精神，並藉由其豐富專業知識及多年之實務經驗所輔佐，而加以改善，並據此研創出本發明。

本發明主要目的為提供一種砷化鎵之帶通型紅光與紅外光檢測器，其係以插入磊晶層之結構設計，使光檢測器不需要為了檢測紅光與紅外光額外增加其他結構，讓本光檢測器接收入射光之訊號時，能檢測出帶通紅光與紅外光。

為了達到上述實施目的，本發明一種砷化鎵之帶通型紅光與紅外光檢測器，其包含有一基板，於基板上依序形成有一緩衝層、一n型砷化鎵層、一n型砷化鎵間隔層、一主動層、一p型摻雜高能量濾波層與一p+型砷化鎵歐姆接觸層。

於本發明之一實施例中，基板為砷化鎵基板；緩衝層為砷化鎵緩衝層。

於本發明之一實施例中，主動層選自化學式為Al_xIn_yGa_1-x-yAs之材料，厚度範圍為1μm~5μm。

於本發明之一實施例中，p型摻雜高能量濾波層選自化學式 為Al_aIn_bGa_1-a-bAs之材料，厚度範圍為100nm~5μm，摻雜範圍為1×10¹⁸~5×10¹⁹cm^-3。

於本發明之一實施例中，p型摻雜高能量濾波層之能隙大於主動層之能隙。

另，本發明又提供一種砷化鎵之帶通型紅光與紅外光檢測器，其包含有一基板，於基板上依序形成有一緩衝層、一p型砷化鎵層、一p型砷化鎵間隔層、一主動層、一n型摻雜高能量濾波層與一n+型砷化鎵歐姆接觸層。

於本發明另一實施例中，基板為砷化鎵基板；緩衝層為砷化鎵緩衝層。

於本發明另一實施例中，主動層選自化學式為Al_xIn_yGa_1-x-yAs之材料，厚度範圍為1μm~5μm。

於本發明另一實施例中，n型摻雜高能量濾波層選自化學式為Al_aIn_bGa_1-a-bAs之材料，厚度範圍為100nm~5μm，摻雜範圍為1×10¹⁸~5×10¹⁹cm^-3。

於本發明另一實施例中，n型摻雜高能量濾波層之能隙大於主動層之能隙。

(1)‧‧‧基板

(11)‧‧‧緩衝層

(12)‧‧‧n型砷化鎵層

(13)‧‧‧n型砷化鎵間隔層

(14)‧‧‧主動層

(15)‧‧‧p型摻雜高能量濾波層

(16)‧‧‧p+型砷化鎵歐姆接觸層

(2)‧‧‧基板

(21)‧‧‧緩衝層

(22)‧‧‧p型砷化鎵層

(23)‧‧‧p型砷化鎵間隔層

(24)‧‧‧主動層

(25)‧‧‧n型摻雜高能量濾波層

(26)‧‧‧n+型砷化鎵歐姆接觸層

習知技術

(3)‧‧‧砷化鎵基板

(31)‧‧‧砷化鎵緩衝層

(32)‧‧‧n型砷化鎵層

(33)‧‧‧砷化鎵主動層

(34)‧‧‧p型砷化鎵層

(35)‧‧‧砷化鎵歐姆接觸層

第一圖：本發明其一實施例之結構截面圖。

第二圖：本發明另一實施例之結構截面圖。

第三圖：本發明其較佳實施例之響應曲線圖。

第四圖：習知技術之結構截面圖。

本發明之目的及其結構功能上的優點，將依據以下圖面所示之結構，配合具體實施例予以說明，俾使審查委員能對本發明有更深入且具體之瞭解。

請參閱第一圖，本發明一種砷化鎵之帶通型紅光與紅外光檢測器，其包含有一砷化鎵之基板(1)，於基板(1)上依序形成有一砷化鎵之緩衝層(11)、一n型砷化鎵層(12)、一n型砷化鎵間隔層(13)、一主動層(14)、一p型摻雜高能量濾波層(15)與一p+型砷化鎵歐姆接觸層(16)，其中p型摻雜高能量濾波層(15)之能隙會大於主動層(14)之能隙，而主動層(14)係選自化學式為Al_xIn_yGa_1-x-yAs之材料，其厚度約為1μm~5μm，p型摻雜高能量濾波層(15)選自化學式為Al_aIn_bGa_1-a-bAs之材料，其厚度約為100nm~5μm，摻雜範圍為1×10¹⁸~5×10¹⁹cm^-3。

請參閱第二圖，本發明另一種砷化鎵之帶通型紅光與紅外光檢測器，其包含有一砷化鎵之基板(2)，於基板(2)上依序形成有一砷化鎵之緩衝層(21)、一p型砷化鎵層(22)、一p型砷化鎵間隔層(23)、一主動層(24)、一n型摻雜高能量濾波層(25)與一n+型砷化鎵歐姆接觸層(26)，其中n型摻雜高能量濾波層(25)之能隙會大於主動層(24)之能隙，而主動層(24)係選自化學式為Al_xIn_yGa_1-x-yAs之材料，其厚度約為1μm~5μm，n型摻雜高能量濾波層(25)選自化學式為Al_aIn_bGa_1-a-bAs之材料，其厚度約為100nm~5μm，摻雜範圍為1×10¹⁸~5×10¹⁹cm^-3。

此外，藉由下述具體實施例，可進一步證明本發明可實際應用之範圍，但不意欲以任何形式限制本發明之範圍。

請繼續參閱第一圖，本發明砷化鎵之帶通型紅光與紅外光檢測器係先取一砷化鎵之基板(1)，於此基板(1)上係先形成一砷化鎵之緩衝層(11)，緩衝層(11)上形成一n型砷化鎵層(12)，n型砷化鎵層(12)上形成一n型砷化鎵間隔層(13)，n型砷化鎵間隔層(13)上形成一主動層(14)，主動層(14)上形成一p型摻雜高能量濾波層(15)，p型摻雜高能量濾波層(15)上形成一p+型砷化鎵歐姆接觸層(16)， 以完成本發明砷化鎵之帶通型紅光與紅外光檢測器之結構，而主動層(14)之厚度約為1μm~5μm，係選用化學式為Al_xIn_yGa_1-x-yAs之材料，p型摻雜高能量濾波層(15)之厚度約為100nm~5μm，其摻雜範圍為1×10¹⁸~5×10¹⁹cm^-3，係選用化學式為Al_aIn_bGa_1-a-bAs之材料，而p型摻雜高能量濾波層(15)之能隙會大於主動層(14)之能隙；檢測時，入射光會從p+型砷化鎵歐姆接觸層(16)照入，其中n型砷化鎵間隔層(13)可以提高砷化鎵之帶通型紅光與紅外光檢測器的響應值，以及改善濾波的效果。

請參閱第二圖，本發明砷化鎵之帶通型紅光與紅外光檢測器係先取一砷化鎵之基板(2)，於此基板(2)上係先形成一砷化鎵之緩衝層(21)，緩衝層(21)上形成一p型砷化鎵層(22)，p型砷化鎵層(22)上形成一p型砷化鎵間隔層(23)，p型砷化鎵間隔層(23)上形成一主動層(24)，主動層(24)上形成一n型摻雜高能量濾波層(25)，n型摻雜高能量濾波層(25)上形成一n+型砷化鎵歐姆接觸層(26)，以完成本發明砷化鎵之帶通型紅光與紅外光檢測器之結構，而主動層(24)之厚度約為1μm~5μm，係選用化學式為Al_xIn_yGa_1-x-yAs之材料，n型摻雜高能量濾波層(25)之厚度約為100nm~5μm，其摻雜範圍為1×10¹⁸~5×10¹⁹cm^-3，係選用化學式為Al_aIn_bGa_1-a-bAs之材料，而n型摻雜高能量濾波層(25)之能隙會大於主動層(24)之能隙；檢測時，入射光會從n+型砷化鎵歐姆接觸層(26)照入，其中p型砷化鎵間隔層(23)可以提高砷化鎵之帶通型紅光與紅外光檢測器的響應值，以及改善濾波的效果。

一般砷化鎵能隙之吸收係數α約為8×10³cm^-1；針對p型摻雜高能量濾波層(15)與n型摻雜高能量濾波層(25)試算，假設有N₀個光子數目入射p型摻雜高能量濾波層(15)或n型摻雜高能量濾波層(25)，N(d)則為可穿透p型摻雜高能量濾波層(15)或n型摻雜高 能量濾波層(25)的光子數目，兩個參數之比例為可穿透p型摻雜高能量濾波層(15)或n型摻雜高能量濾波層(25)光子數目之比例，如下公式一所示；

其中d為p型摻雜高能量濾波層(15)或n型摻雜高能量濾波層(25)之厚度，不同的厚度，可穿透p型摻雜高能量濾波層(15)或n型摻雜高能量濾波層(25)光子數目之比例也會不同；當d=100nm時，可穿透p型摻雜高能量濾波層(15)或n型摻雜高能量濾波層(25)光子數目比例為92.3%；當d=500nm時，可穿透p型摻雜高能量濾波層(15)或n型摻雜高能量濾波層(25)光子數目比例為67.0%；當d=1500nm時，可穿透p型摻雜高能量濾波層(15)或n型摻雜高能量濾波層(25)光子數目比例為30.1%；當d=2500nm時，可穿透p型摻雜高能量濾波層(15)或n型摻雜高能量濾波層(25)光子數目比例為13.5%；當d=3500nm時，可穿透p型摻雜高能量濾波層(15)或n型摻雜高能量濾波層(25)光子數目比例為6.1%；當d=5000nm時，可穿透p型摻雜高能量濾波層(15)或n型摻雜高能量濾波層(25)光子數目比例為1.8%。

可知，當p型摻雜高能量濾波層(15)或n型摻雜高能量濾波層(25)之厚度越厚時，可穿透p型摻雜高能量濾波層(15)或n型摻雜高能量濾波層(25)光子數目比例也越低；以下則使用能隙1.5487eV、波長800nm、摻雜濃度5×10¹⁸cm^-3、厚度2.5μm，且以Al_0.1Ga_0.9As材料製成之p型摻雜高能量濾波層(15)，以及能隙1.424eV、波長870nm、厚度2μm，且以GaAs材料製成之主動層(14) 作為本發明之實施例，使入射光由p+型砷化鎵歐姆接觸層(16)照入，p型摻雜高能量濾波層(15)則會將入射光中非紅外光的波長濾除，使主動層(14)僅接收到紅外光的光訊號，而檢測出之波長分佈如第三圖所示，由圖中可知，檢測結果係對於波長約800nm~870nm的範圍皆有良好響應，此範圍則是帶通紅外光之波長範圍。

由上述之實施說明可知，本發明與現有技術相較之下，本發明具有以下優點：

1.本發明砷化鎵之帶通型紅光與紅外光檢測器係插入一層p型摻雜高能量濾波層或n型摻雜高能量濾波層，於光檢測器之結構中形成可濾除其他非紅光與紅外光之波長的之磊晶層，使本發明能正確檢測到入射光之紅光與紅外光。

2.本發明砷化鎵之帶通型紅光與紅外光檢測器的p型摻雜高能量濾波層與n型摻雜高能量濾波層係選用適當的厚度，以決定濾除的光子數目比例，以製作出適合檢測紅光與紅外光的光檢測器。

綜上所述，本發明之砷化鎵之帶通型紅光與紅外光檢測器，的確能藉由上述所揭露之實施例，達到所預期之使用功效，且本發明亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求。爰依法提出發明專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。

惟，上述所揭之圖示及說明，僅為本發明之較佳實施例，非為限定本發明之保護範圍；大凡熟悉該項技藝之人士，其所依本發明之特徵範疇，所作之其它等效變化或修飾，皆應視為不脫離本發明之設計範疇。

Claims (2)

1. 一種砷化鎵之帶通型紅光與紅外光檢測器，其包含有一基板，於該基板上依序形成有一緩衝層、一n型砷化鎵層、一n型砷化鎵間隔層、一主動層、一p型摻雜高能量濾波層與一p+型砷化鎵歐姆接觸層；其中，該基板為砷化鎵基板；該緩衝層為砷化鎵緩衝層；該主動層選自化學式為Al_xIn_yGa_1-x-yAs之材料，厚度範圍為1μm~5μm；該p型摻雜高能量濾波層選自化學式為Al_aIn_bGa_1-a-bAs之材料，厚度範圍為100nm~5μm，摻雜範圍為1×10¹⁸~5×10¹⁹cm^-3，其能隙又大於該主動層之能隙。
2. 一種砷化鎵之帶通型紅光與紅外光檢測器，其包含有一基板，於該基板上依序形成有一緩衝層、一p型砷化鎵層、一p型砷化鎵間隔層、一主動層、一n型摻雜高能量濾波層與一n+型砷化鎵歐姆接觸層；其中，該基板為砷化鎵基板；該緩衝層為砷化鎵緩衝層；該主動層選自化學式為Al_xIn_yGa_1-x-yAs之材料，厚度範圍為1μm~5μm；該n型摻雜高能量濾波層選自化學式為Al_aIn_bGa_1-a-bAs之材料，厚度範圍為100nm~5μm，摻雜範圍為1×10¹⁸~5×10¹⁹cm^-3，其能隙又大於該主動層之能隙。