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TWI866611B - 檢光元件 - Google Patents

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TWI866611B
TWI866611B TW112144104A TW112144104A TWI866611B TW I866611 B TWI866611 B TW I866611B TW 112144104 A TW112144104 A TW 112144104A TW 112144104 A TW112144104 A TW 112144104A TW I866611 B TWI866611 B TW I866611B
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陳勇超
王奕翔
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Abstract

一種檢光元件，包含一晶格常數為一基礎值的基板、一形成於該基板的補正層、一以砷化鎵製成且疊置於該補正層的緩衝層、一形成於該緩衝層並包括多個晶格常數大於該基礎值且小於一設定值之子層部的漸變層、一形成於該漸變層且晶格常數為該設定值的作用層，及一形成於該作用層的吸收層。該補正層包括依序疊置的第一至第三支撐部，及一設置於該第一或三支撐部外的銜接部。該第一支撐部是以磷化鎵銦製成，該第二支撐部是以砷化鎵鋁製成，該第三支撐部是以砷化鎵銦製成，藉此形成支撐，避免該基板與該緩衝層間累積應力而造成缺陷。

Description

檢光元件
本發明是有關於一種半導體元件，特別是指一種檢光元件。
參閱圖1，為一種現有的光檢測元件1，是以分子束磊晶的製程逐層構成，且依序包含一基板11、一形成於該基板11上的緩衝層12、一形成於該緩衝層12上且用以阻擋光能而產生電訊號的量子井層13、一形成於該量子井層13上且用以吸收光能的吸收層14，及一形成於該吸收層14上且用以限制進光範圍的開窗層15。該光偵測件1的運作時，光線會由該開窗層15所界定之進光範圍照射該吸收層14，而該吸收層14所吸收的光能，則會傳遞至該量子井層13，配合該量子井層13之各種材料成分所共同形成的能隙參數，在該量子井層13接收光能而產生能階移動的情況下，產生對應吸收之光能的對應電訊號。藉由所產生的該電訊號，即可依照特定公式換算，藉此達偵測光能的目的。
其中，形成於該基板11與該量子井層13之間的該緩衝層12，主要是採用與該基板11類似的材料。具體而言，當該基板11採用n+摻雜之砷化鎵(GaAs)時，該緩衝層12則可使用N型摻雜的砷化鎵，在該量子井層13的成分與該基板11差異甚大的情況下，該緩衝層12即可形成該基板11與該量子井層13之間在磊晶製成時的緩衝。
然而，由於該光檢測元件1之各層結構的晶格常數差異過大，導致即使配置了該緩衝層12，仍時常有晶格常數無法匹配的情況，因而使得在逐層磊晶的過程中持續累積應力。當所累積之應力過大時，就有可能讓各層結構中出現或大或小的缺陷，而所述的缺陷將會在該光檢測元件1運作時，產生足以影響偵測結果的暗電流。所述的暗電流若超過標準數值，輕則影響到偵測的精準度，重則可能讓該光檢測元件1成為無法使用的不良品。
因此，本發明之目的，即在提供一種能優化製造品質而避免製成暗電流過高之不良品的檢光元件。
於是，本發明檢光元件，包含一晶格常數為一基礎值的基板、一形成於該基板上的補正層、一以砷化鎵製成且疊置於該補正層上的緩衝層、一形成於該緩衝層上並包括多個晶格常數皆大於該基礎值且小於一設定值之子層部的漸變層、一形成於該漸變層上且晶格常數為該設定值的作用層，及一形成於該作用層上的吸收層。
該補正層包括以遠離該基板之方向依序疊置的一第一支撐部、一第二支撐部、一第三支撐部，及一設置於該第一支撐部或該第三支撐部遠離該第二支撐部之一側，且是以砷化鎵製成的銜接部。其中，該第一支撐部是以磷化鎵銦製成，該第二支撐部是以砷化鎵鋁製成，該第三支撐部是以砷化鎵銦製成。
本發明之功效在於：該補正層藉由與該基板及該緩衝層材質相同，因而使得晶格常數值能階段銜接的該銜接部，配合以適當材質製成而有合適之晶格常數的該第一至第三支撐部形成有效支撐，於是該基板與該緩衝層之間在長晶過程則不易累積應力，故不會形成因應力釋放而造成的缺陷。在該檢光元件之缺陷較少的情況下，除了能確保一定的製造品質，實際運作時也較不容易產生會影響到偵測結果的暗電流，故檢測性能亦較佳。
在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。
參閱圖2，為本發明檢光元件之一第一實施例，本第一實施例包含一以n+型砷化鎵製成且晶格常數為一基礎值的基板2、一形成於該基板2上的補正層3、一以N型砷化鎵製成且疊置於該補正層3上的緩衝層4、一形成於該緩衝層4上並包括多個晶格常數皆大於該基礎值且小於一設定值之子層部51的漸變層5、一形成於該漸變層5上且晶格常數為該設定值的作用層6、一形成於該作用層6上的吸收層7，及一形成於該吸收層7上且是以磷化鎵銦所製成，並界定出一進光口80的開窗層8。
參閱圖3並配合圖2，該補正層3包括以遠離該基板2之方向依序疊置的一第一支撐部31、一第二支撐部32、一第三支撐部33，及一設置於該第三支撐部33遠離該第二支撐部32之一側，且是以砷化鎵製成的銜接部30。其中，就材質而言，該第一支撐部31是以磷化鎵銦製成，該第二支撐部32是以砷化鎵鋁製成，該第三支撐部33是以砷化鎵銦製成。就相對位置而言，以砷化鎵製成的該銜接部30，是與材料相同的該緩衝層4相互疊合。該補正層3藉由與該緩衝層4材質相同的該銜接部30，使得晶格常數值得以階段銜接。再進一步配合以適當材質製成，因而有合適之晶格常數的該第一支撐部31、該第二支撐部32，及該第三支撐部33來形成有效支撐，於是該基板2與該緩衝層4之間在長晶過程則不易累積應力，故不會形成因應力釋放而造成的缺陷。
另外，該漸變層5較佳是以砷化鎵銦或磷化鎵銦製成，該等子層部51的晶格常數，是以遠離該基板2之方向逐漸增加，藉此避免該緩衝層4與該作用層6之間的晶格常數變化過大，使得本第一實施例在長晶過程中不易累積應力而造成缺陷。
參閱圖4並配合圖2與圖3，如圖4所呈現之一比較例，係未形成有該補正層3的樣品，藉由實際檢測暗電流數值而與本第一實施例比較，明顯可見本第一實施例在兩個不同的樣品(SAMPLE1、SAMPLE2)中的暗電流分別為6.3E-09及5.7E-09，明顯較該比較例之3.1E-08要來得小。可見就實際的關鍵參考數據而言，本第一實施例確實在暗電流的測試標準下有更好的表現。
另外，如圖5所示，就1130奈米規格的檢光元件來實際運作，可見在波長為1130奈米的位置，本第一實施例的響應值為0.585，與未配置該補正層3(見圖2與圖3)的該比較例相當。據此，可見本第一實施例在配置該補正層3後，並未影響在其特定波長規格下的檢光運作，但卻能進一步降低暗電流。在缺陷較少的情況下，除了能確保一定的製造品質，檢光的品質及準確度可以想見地也應有更好的發揮。
參閱圖6，為本發明檢光元件之一第二實施例，同時配合參閱圖2，本第二實施例與該第一實施例的差別在於：該補正層3之該銜接部30是設置於該第一支撐部31遠離該第二支撐部32之一側，也就是與材料相同的該基板2相互疊合。同時參閱圖6與圖7，可見本第二實施例之兩個樣品(SAMPLE1、SAMPLE2)的暗電流分別為1.6E-08及8.6E-09，同樣低於如圖4所呈現之該比較例的數值，可見將該銜接部30調整至貼合於該基板2的位置，也能發揮與該第一實施例相同的效果。
綜上所述，本發明檢光元件，透過該補正層3來平衡該基板2與該緩衝層4之間的晶格常數，且藉由該銜接部30配合以適當材質製成而有合適之晶格常數的該第一支撐部31至該第三支撐部33來形成有效支撐，於是該基板2與該緩衝層4之間在長晶過程則不易累積應力，也因而較不容易造成缺陷，除了能確保一定的製造品質，實際運作時也較不容易產生會影響偵測結果的暗電流，更不會影響到欲檢測之波長的規格，檢測性能佳。因此，確實能達成本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
2:基板
3:補正層
30:銜接部
31:第一支撐部
32:第二支撐部
33:第三支撐部
4:緩衝層
5:漸變層
51:子層部
6:作用層
7:吸收層
8:開窗層
80:進光口
本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一示意圖，說明一現有的光偵測件； 圖2是一示意圖，說明本發明檢光元件之一第一實施例； 圖3是一局部放大的示意圖，說明該第一實施例之一補正層； 圖4是一實驗數據比較圖，說明該第一實施例之該補正層降低暗電流的功效； 圖5是一實驗數據比較圖，說明該第一實施例的檢光性能； 圖6是一類似圖3的示意圖，說明本發明檢光元件之一第二實施例；及 圖7是一實驗數據比較圖，說明該第二實施例之該補正層降低暗電流的功效。
2:基板
3:補正層
4:緩衝層
5:漸變層
51:子層部
6:作用層
7:吸收層
8:開窗層
80:進光口

Claims (6)

  1. 一種檢光元件，包含：一基板，晶格常數為一基礎值，且該基板的材質為n+型砷化鎵；一補正層，形成於該基板上，並包括以遠離該基板之方向依序疊置的一第一支撐部、一第二支撐部，及一第三支撐部，該第一支撐部是以磷化鎵銦製成，該第二支撐部是以砷化鎵鋁製成，該第三支撐部是以砷化鎵銦製成，及一銜接部，設置於該第一支撐部或該第三支撐部遠離該第二支撐部之一側，且是以砷化鎵製成；一緩衝層，以砷化鎵製成，且疊置於該補正層上，而該緩衝層的材質為N型砷化鎵；一漸變層，形成於該緩衝層上，並包括多個晶格常數皆大於該基礎值且小於一設定值的子層部；一作用層，形成於該漸變層上，且晶格常數為該設定值；及一吸收層，形成於該作用層上。
  2. 如請求項1所述的檢光元件，其中，該漸變層是以砷化鎵銦所製成。
  3. 如請求項1所述的檢光元件，其中，該漸變層是以磷化鎵銦所製成。
  4. 如請求項2或3所述的檢光元件，其中，該漸變層之該等子層部的晶格常數，是以遠離該基板之方向逐漸增加。
  5. 如請求項1所述的檢光元件，還包含一形成於該吸收層上且界定出至少一進光口的開窗層。
  6. 如請求項5所述的檢光元件，其中，該開窗層是以磷化鎵銦所製成。
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