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TWI862271B - 光檢測器 - Google Patents

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坎 蘇
陳俊傑
吳俊易
林隆奕
謝明哲
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Abstract

本發明關於一種光檢測器，包括：一基板，定義一厚度方向，具有一入光側；一第一包覆層，沿該厚度方向疊設於該基板相對於該入光側之一側；一第二包覆層，沿該厚度方向疊設於該第一包覆層相對於該基板之一側；一吸光層，設於該第一包覆層與該第二包覆層之間；一第一接觸層，設於該基板與該第一包覆層之間；一第二接觸層，設於該第二包覆層相對於該吸光層之一側；一緩衝層，設於該第一接觸層之一側，包括複數沿該厚度方向相互疊設之薄層，該複數薄層之晶格失配度沿該厚度方向朝遠離該入光側之一側漸增；一第一金屬材，電性連接該第一接觸層；及一第二金屬材，電性連接該第二接觸層。

Description

光檢測器
本發明係與半導體有關，特別是有關於一種用於半導體組件之光檢測器。
習知半導體之光檢測器包括一砷化鎵基板及依序層疊於該砷化鎵基板上之N型半導體層、I型半導體層及P型半導體層，且其入光面位於該光檢測器設有該P型半導體層之一側。然而，習知之光檢測器存在電容小、該I型半導體層區域小、耦光效果不佳等問題，導致光訊號之接收效果不佳；此外，該N型半導體層與該砷化鎵基板之晶格匹配度不足，易產生內應力而影響該光檢測器之性能，於製程中亦不利於該些半導體層之生長，存在亟待改善之缺弊。
因此，有必要提供一種新穎且具有進步性之光檢測器，以解決上述之問題。
本發明之主要目的在於提供一種光檢測器，晶格匹配度及光接收效果佳。
為達成上述目的，本發明提供一種光檢測器，包括：一基板、一第一包覆層、一第二包覆層、一吸光層、一第一接觸層、一第二接觸層、一緩衝層、一第一金屬材及一第二金屬材。該基板定義一厚度方向且具有一入光側；該第一包覆層沿該厚度方向疊設於該基板相對於該入光側之一側；該第二包覆層沿該厚度方向疊設於該第一包覆層相對於該基板之一側；該吸光層設於該第一包覆層與該第二包覆層之間；該第一接觸層設於該基板與該第一包覆層之間；該第二接觸層設於該第二包覆層相對於該吸光層之一側；該緩衝層設於該第一接觸層之一側且包括複數沿該厚度方向相互疊設之薄層，該複數薄層之晶格失配度沿該厚度方向朝遠離該入光側之一側漸增；該第一金屬材電性連接該第一接觸層；該第二金屬材電性連接該第二接觸層。
以下僅以實施例說明本發明可能之實施態樣，然並非用以限制本發明所欲保護之範疇，文中所提之名詞前冠以的「一」或「至少一」並非對數量進行限制，依據需求亦可為「複數」個，此數量上之變化亦為所欲保護之範圍，合先敘明。
請參考圖1，其顯示本發明之一較佳實施例，本發明之光檢測器1包括一基板10、一第一包覆層20、一第二包覆層30、一吸光層40、一第一接觸層50、一第二接觸層60、一緩衝層70、一第一金屬材80及一第二金屬材90。
該基板10定義一厚度方向T且具有一入光側11；該第一包覆層20沿該厚度方向T疊設於該基板10相對於該入光側11之一側；該第二包覆層30沿該厚度方向T疊設於該第一包覆層20相對於該基板10之一側；該吸光層40設於該第一包覆層20與該第二包覆層30之間；該第一接觸層50設於該基板10與該第一包覆層20之間；該第二接觸層60設於該第二包覆層30相對於該吸光層40之一側；該緩衝層70設於該第一接觸層50之一側且包括複數沿該厚度方向T相互疊設之薄層71，該複數薄層71之晶格失配度沿該厚度方向T朝遠離該入光側11之一側漸增；該第一金屬材80電性連接該第一接觸層50；該第二金屬材90電性連接該第二接觸層60。藉由該緩衝層70，該基板10與該第一包覆層20之間具有良好的晶格匹配度，有助於高速光訊號接收。
於本實施例中，該緩衝層70位於該第一接觸層50與該基板10之間，該第一接觸層50由一與砷化鎵之晶格失配度大於0.5％之材料製成，該複數薄層71與砷化鎵之晶格失配度由該基板10朝該第一接觸層50漸增至大於0.5％，以於該基板10與該第一接觸層50之間提供漸進地能隙變化，進而避免相鄰而層體之晶格失配度過大所致的結構不穩定性及性能損耗。詳細說，該基板10由包含砷化鎵之材料製成，該基板10之一厚度介於50微米至300微米，該基板10之材料可為半絕緣、P型摻雜或N型摻雜；該第一接觸層50可由包含砷化鎵、砷化鋁鎵、砷化鎵銦、砷化鋁鎵銦、磷化鎵銦及磷化鋁鎵銦至少其中一者之材料製成，該第一接觸層50之材料可為P型重摻雜或N型重摻雜，摻雜濃度介於3.0×10 18至2.0×10 20；該緩衝層70可由包括砷化鎵、砷化鋁鎵、砷化鎵銦、砷化鋁鎵銦、磷化鎵銦及磷化鋁鎵銦至少其中一者之材料製成，且該緩衝層70之材料可為P型摻雜或N型摻雜，摻雜濃度介於1.0×10 17至2.0×10 19。
於其他實施例中，該緩衝層70a亦可位於該第一包覆層20a與該第一接觸層50a之間，該第一接觸層50a由一與砷化鎵之晶格失配度小於0.5％之材料製成，該第一包覆層20a由一與砷化鎵之晶格失配度大於0.5％之材料製成，該複數薄層71a與砷化鎵之晶格失配度由該第一接觸層50a朝該第一包覆層20a漸增至大於0.5％，如圖2所示，亦可達到相同效果，可依據該第一接觸層50a之晶格失配度決定該緩衝層70a之配置位置及材料。
具體來說，該光檢測器1供接收一波長介於900奈米至1200奈米之光訊號，該吸光層40之能隙低於該光訊號之光子能量，該第一包覆層20、該第二包覆層30、該第一接觸層50、該第二接觸層60、該緩衝層70及該基板10之能隙皆高於該光訊號之光子能量，有效避免該光訊號被該吸光層40之外之層體吸收而造成光損耗。舉例來說，該吸光層40可由包括砷化鎵、砷化鋁鎵、砷化鎵銦、砷化鋁鎵銦、磷化鎵銦及磷化鋁鎵銦至少其中一者之材料製成，該吸光層40之材料與砷化鎵之晶格失配度大於0.5％且可為P型摻雜、N型摻雜或非主動摻雜，摻雜濃度小於1.0×10 16；該第一包覆層20及該第二包覆層30分別可由包括砷化鎵、砷化鋁鎵、砷化鎵銦、砷化鋁鎵銦、磷化鎵銦及磷化鋁鎵銦至少其中一者之材料製成，該第一包覆層20及該第二包覆層30之材料與砷化鎵之晶格失配度大於0.5％且該可為P型摻雜或N型摻雜，摻雜濃度介於1.0×10 17至2.0×10 19。
該光檢測器1另包括一夾設於該第二接觸層60與該第二金屬材90之間之介電層100，該介電層100由包括氧化矽、氮化矽、氧化鋁、氧化鈦、氟化鎂、氧化鉭及氧化銦錫至少其中一者之材料製成並包括一面向該第二接觸層60之第一反射面110，藉以將該光訊號朝該吸光層40反射，增加光接收率。該介電層100之厚度較佳介於10奈米至1000奈米之間，反射效果佳。於本實施例中，該介電層100另包括一第二反射面120，該第二反射面120延伸包覆於該第一包覆層20、該吸光層40及該第二包覆層30之外周面，該第二反射面120自該第一包覆層20朝該第二包覆層30徑向朝內傾斜延伸，有助於將該光訊號朝該光檢測器1之中心位置反射，亦有助於增加光接收率。於其他實施例中，該第二反射面亦可平行於該厚度方向延伸。
進一步說，該基板10之入光側11設有一凹部12，該凹部12包括一入光面121及一繞該入光面121延伸之導光面122，該入光面121為一抗反射面，該導光面122為一高反射面。於本實施例中，該導光面122為一斜面，該斜面相對該厚度方向T傾斜之角度介於45度至80度，該凹部12之一深度較佳不小於該基板10之一厚度的1/2，藉此可將一入射光朝該入光面121反射，如圖1之箭頭方向所示，耦光效果佳而可避免光損耗。於其他實施例中，該導光面122a亦可為一弧凹面，如圖3所示，同樣可達到導光效果。
1:光檢測器 10:基板 11:入光側 12:凹部 121:入光面 122, 122a:導光面 20, 20a:第一包覆層 30:第二包覆層 40:吸光層 50, 50a:第一接觸層 60:第二接觸層 70, 70a:緩衝層 71, 71a:薄層 80:第一金屬材 90:第二金屬材 100:介電層 110:第一反射面 120:第二反射面 T:厚度方向
圖1為本發明之第一較佳實施例之剖面示意圖。 圖2為本發明之第二較佳實施例之剖面示意圖。 圖3為本發明之第三較佳實施例之剖面示意圖。
1:光檢測器
10:基板
11:入光側
12:凹部
121:入光面
122:導光面
20:第一包覆層
30:第二包覆層
40:吸光層
50:第一接觸層
60:第二接觸層
70:緩衝層
71:薄層
80:第一金屬材
90:第二金屬材
100:介電層
110:第一反射面
120:第二反射面
T:厚度方向

Claims (11)

  1. 一種光檢測器，包括：一基板，定義一厚度方向，具有一入光側；一第一包覆層，沿該厚度方向疊設於該基板相對於該入光側之一側；一第二包覆層，沿該厚度方向疊設於該第一包覆層相對於該基板之一側；一吸光層，設於該第一包覆層與該第二包覆層之間；一第一接觸層，設於該基板與該第一包覆層之間；一第二接觸層，設於該第二包覆層相對於該吸光層之一側；一緩衝層，設於該第一接觸層之一側，包括複數沿該厚度方向相互疊設之薄層，該複數薄層之晶格失配度沿該厚度方向朝遠離該入光側之一側漸增；一第一金屬材，電性連接該第一接觸層；及一第二金屬材，電性連接該第二接觸層；其中，該基板之入光側設有一凹部，該凹部包括一入光面及一繞該入光面延伸之導光面，該入光面為一抗反射面，該導光面為一高反射面。
  2. 如請求項1所述的光檢測器，其中該緩衝層位於該第一接觸層與該基板之間，該第一接觸層由一與砷化鎵之晶格失配度大於0.5%之材料製成，該複數薄層與砷化鎵之晶格失配度由該基板朝該第一接觸層漸增至大於0.5%。
  3. 如請求項1所述的光檢測器，其中該緩衝層位於該第一包覆層與該第一接觸層之間，該第一接觸層由一與砷化鎵之晶格失配度小於0.5%之材料製成，該第一包覆層由一與砷化鎵之晶格失配度大於0.5%之材料製成，該複數薄層與砷化鎵之晶格失配度由該第一接觸層朝該第一包覆層漸增至大於0.5%。
  4. 如請求項1所述的光檢測器，另包括一夾設於該第二接觸層與該第二金屬材之間之介電層，其中該介電層由包括氧化矽、氮化矽、氧化鋁、氧化鈦、氟化鎂、氧化鉭及氧化銦錫至少其中一者之材料製成並包括一面向該第二接觸層之第一反射面。
  5. 如請求項4所述的光檢測器，其中該介電層之厚度介於10奈米至1000奈米之間。
  6. 如請求項4所述的光檢測器，其中該介電層另包括一第二反射面，該第二反射面延伸包覆於該第一包覆層、該吸光層及該第二包覆層之外周面，該第二反射面自該第一包覆層朝該第二包覆層徑向朝內傾斜延伸。
  7. 如請求項1所述的光檢測器，其中該導光面為一斜面，該斜面相對該厚度方向傾斜之角度介於45度至80度。
  8. 如請求項1所述的光檢測器，其中該導光面為一弧凹面。
  9. 如請求項1所述的光檢測器，其中該基板由包含砷化鎵之材料製成，該基板之一厚度介於50微米至300微米。
  10. 如請求項1所述的光檢測器，其中該緩衝層由包括砷化鎵、砷化鋁鎵、砷化鎵銦、砷化鋁鎵銦、磷化鎵銦及磷化鋁鎵銦至少其中一者之材料製成。
  11. 如請求項1所述的光檢測器，供接收一波長介於900奈米至1200奈米之光訊號，其中該吸光層之能隙低於該光訊號之光子能量，該第一包覆層、該第二包覆層、該第一接觸層、該第二接觸層、該緩衝層及該基板之能隙皆高於該光訊號之光子能量。
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