TWI802032B - 收光二極體 - Google Patents
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Abstract
本發明提出一種收光二極體，包括：一光吸收基板，一第一電極部，一第二電極部，一抗反射層，以及一分散式布拉格反射層。該抗反射層係設置成接收一光線進入該光吸收基板。該抗反射層係設置成接收一光線進入該光吸收基板，該分散式布拉格反射層設置成將穿過該光吸收基板欲自該光吸收基板射出之光線反射回該光吸收基板，以提升收光二極體的光電流及光譜感度。
Description
本發明係有關一種收光二極體，特別是一種表面具有分散式布拉格反射層的收光二極體。
收光二極體(photodiode)是將光訊號轉變為電訊號的半導體器件，可應用在可見光、紅外光、紫外光的偵測上。一些光學雷達(LIDAR)系統中的接收器中利用收光二極體來接收由系統所發出、碰到目標物所反射回的光線，並將之轉換為電訊號，供系統由光線發射與接收的時間差而計算目標物的距離、深度或範圍。
一些非侵入式的血氧濃度測量儀器則利用了紅光及紅外光之光源以及收光二極體。由於含氧血紅素與缺氧血紅素對於紅光與紅外光有較大的吸收率差異，利用紅光與紅外光穿透皮膚組織與血管，並檢測經反射後的光強度變化，可計算出血氧濃度。因此，收光二極體對於紅光與紅外光波段之靈敏度是影響血氧濃度測量準確度的關鍵因素。
當光線進入收光二極體後，光子會在收光二極體內的空乏區被吸收，並激發出電子電洞對。該些載流子經由飄移與擴散後會產生光電流。然而，部分未被吸收的光線將會穿透收光二極體離開而無法產生響應。由於習知的收光二極體在紅外光波段的光
電流及光譜感度較弱，因此用於測量血氧濃度時效果不盡理想，存有待改進之處。
因此，本發明之發明人思索並設計出一種收光二極體，以改進習知技術的不足之處，增進產業利用性。
為了達成上述目的，本發明使用之技術手段為提供一種收光二極體，包括：一光吸收基板，該光吸收基板具有互為背側之頂側表面及底側表面，該光吸收基板上具有一第一半導體區域及一第二半導體區域以及一第三區域，第一半導體區域與該第二半導體區域分別接觸該第三區域，第一半導體區域與該第二半導體區域係由該第三區域相隔離，該第一半導體區域與該第二半導體區域具有相反的導電類型；一抗反射層，以及一分散式布拉格反射層，係由多層介電材料膜堆疊形成；其中，該抗反射層係設置於該頂側表面並接觸該第一半導體區域，該分散式布拉格反射層係設置於該底側表面接觸該第二半導體區域，或者，該抗反射層係設置於該底側表面並接觸該第二半導體區域，該分散式布拉格反射層係設置於該頂側表面並接觸該第一半導體區域；其中，該抗反射層係設置成接收一光線進入該光吸收基板，該分散式布拉格反射層設置成將穿過該光吸收基板而欲自該光吸收基板射出之光線反射回該光吸收基板。
在本發明的收光二極體之一實施例中，該第一半導體區域為p型半導體，該第二半導體區域為n型半導體。
在本發明的收光二極體之一實施例中，該第一半導體區域為n型半導體，該第二半導體區域為p型半導體。
在本發明的收光二極體之一實施例中，該分散式布拉格反射層的厚度為2μm至30μm。
在本發明的收光二極體之一實施例中，該抗反射層含有氮化矽。
在本發明的收光二極體之一實施例中，該分散式布拉格反射層的厚度為3μm。
本發明之收光二極體利用分散式布拉格反射層將穿過該光吸收基板欲自該光吸收基板射出之光線反射回光吸收基板，減少了光損失，提升了光電流及光譜感度。在一個實施例中，該分散式布拉格反射層4的厚度為2μm至30μm，對於900nm至1000nm的紅外光波段，可達95%至99%的反射率，提升了收光二極體對於紅外光波段的光電流及光譜感度，改進了先前技術中的收光二極體在紅外光波段的光電流及光譜感度較弱的問題，增加了收光二極體的感測性能(例如血氧濃度檢測)與利用性。
100:收光二極體
1:光吸收基板
Rd1:第一半導體區域
Rd2:第二半導體區域
Rin:第三區域
S1:頂側表面
S2:底側表面
21:第一電極部
22:第二電極部
3:抗反射層
4:分散式布拉格反射層
L:光線
Lr:光線
L1:光線
L2:光線
L2r:光線
第1A圖為本發明之收光二極體之一實施例示意圖，其中抗反射層與第一半導體區域接觸，分散式布拉格反射層與第二半導體區域接觸。
第1B圖為本發明之收光二極體之一另實施例示意圖，其中抗反射層與第二半導體區域接觸，分散式布拉格反射層與第一半導體區域接觸。
第2A圖為第1A圖所示實施例之收光二極體之光線接收示意圖。
第2B圖為第1B圖所示實施例之收光二極體之光線接收示意圖。
第3圖顯示本發明實施例中之收光二極體對於波長在300nm-1200nm範圍內之光線的反射率。
有關本發明的詳細說明和技術內容，配合圖式說明如下，然而所附圖式僅提供參考與說明用，以幫助理解本發明，非用以限制本發明之範圍。
請參閱第1A圖至第2B圖，收光二極體100包括：一光吸收基板1、一第一電極部21，一第二電極部22、一抗反射層3以及一分散式布拉格反射層4。
該光吸收基板1具有互為背側之頂側表面S1及底側表面S2。該光吸收基板1上具有一第一半導體區域Rd1及一第二半導體區域Rd2以及一第三區域Rin。第一半導體區域Rd1與該第二半導體區域Rd2分別接觸該第三區域Rin，第一半導體區域Rd1與該第二半導體區域Rd2係由該第三區域Rin相隔離。本實施例中，該光吸收基板1為矽基板。
該第一半導體區域Rd1與第二半導體區域Rd2為該光吸收基板1中摻雜較高濃度的雜質的區域，而該第三區域Rin為輕度摻
雜的區域。該第一半導體區域Rd1與該第二半導體區域Rd2具有相反的導電類型，摻雜有導電類型相反的雜質。例如：該第一半導體區域Rd1摻雜施體雜質(例如週期表VA族元素)而成為n型半導體，第二半導體區域Rd2摻雜受體雜質(例如週期表IIIA族元素)而成為p型半導體。或者，該第二半導體區域Rd2摻雜施體雜質而成為n型半導體，第一半導體區域Rd1摻雜受體雜質而成為p型半導體。
該第一電極部21係接觸該第一半導體區域Rd1，該第二電極部22係接觸該第二半導體區域Rd2。該收光二極體100可透過該第一電極部21與該第二電極部22連接至一電路或接受一外加電壓。第一電極部21與第二電極部22的材質可為適合與第一半導體區域Rd1及第二半導體區域Rd2形成歐姆接觸及導電的金屬或合金。第一電極部21與第二電極部22可採蒸鍍、濺鍍、電鍍等方式而形成。第一電極部21與第二電極部22各自可為連續的圖案。第一電極部21與第二電極部22可設於該光吸收基板1的同側或不同側。於本發明圖式所示的實施例中，該第一電極部21與該第二電極部22均設置於頂側表面S1。該第二電極部22可利用挖接孔(via)接觸該第二半導體區域Rd2(該挖接孔並非位於本發明圖式中所採的剖面，圖式中未示出)。
抗反射層3及分散式布拉格反射層4係各自設置於該頂側表面S1或該底側表面S2，各自接觸該第一半導體區域Rd1或該第二半導體區域Rd2。該收光二極體100則以該抗反射層3所在的面
做為收光面，可用晶粒(光吸收基板1)的正面(頂側表面S1)或背面(底側表面S2)收光。如第1A圖及第2A圖所示，該抗反射層3係設置於該頂側表面S1並接觸該第一半導體區域Rd1，該分散式布拉格反射層4係係設置於該底側表面S2並接觸該第二半導體區域Rd2。亦可如第1B圖及第2B圖所示，該抗反射層3係設置於該底側表面S2接觸該第二半導體區域Rd2，該分散式布拉格反射層4係設置於該頂側表面S1並接觸該第一半導體區域Rd1。
如第2A圖與第2B圖所示，該抗反射層3係設置成接收一光線L，並使該光線L進入該光吸收基板1。光線L通過該抗反射層3進入光吸收基板1時，會有一部分(<1%)光線Lr被該抗反射層3反射。本實施例中，進入該光吸收基板1的光線L1會在該光吸收基板1內的光吸收區域中被吸收並產生光電流。該分散式布拉格反射層4設置將穿過該光吸收基板1而欲自該光吸收基板1射出的光線L2反射回光吸收基板1內，即光線L2r。需說明的是，圖式中的光線角度僅為示意，並未依光線實際上所經過介質之折射率按比例繪製。由於光線L2r被反射回該光吸收基板1而減少了光損失，因此提升了收光二極體100的光電流及光譜感度。
抗反射層3的材質可為氮化矽(SiNx)，以電漿輔助化學氣相沉積(PECVD)成型於該光吸收基板1上。
本實施例中，分散式布拉格反射層(distributed Bragg reflector)4由多層介電材料膜堆疊形成。較佳地實施例中，該分散式布拉格反射層4的厚度為2μm至30μm。第3圖中展示了本
發明的一個實施例之收光二極體100對於波長在300nm~1200nm範圍內之光線的反射率，此實施例中，分散式布拉格反射層4的厚度為3μm，對於900nm至1000nm的紅外光波段，反射率可達95%至99%，因此收光二極體100對於此波段的光電流及光譜感度可進一步提升。
以上所述僅為本發明之較佳可行實施例，非因此即侷限本發明之專利範圍，舉凡運用本發明說明書及圖式內容所為之等效結構變化，均理同包含於本發明之範圍內。
10 0 收光二極體
1 光吸收基板
Rd1 第一半導體區域
Rd2 第二半導體區域
Rin 第三區域
S1 頂側表面
S2 底側表面
21 第一電極部
22 第二電極部
3 抗反射層
4 分散式布拉格反射層
Claims (6)
- 一種收光二極體，包括： 一光吸收基板，該光吸收基板具有互為背側之頂側表面及底側表面，該光吸收基板上具有一第一半導體區域及一第二半導體區域以及一第三區域，第一半導體區域與該第二半導體區域分別接觸該第三區域，第一半導體區域與該第二半導體區域係由該第三區域相隔離，該第一半導體區域與該第二半導體區域具有相反的導電類型； 一抗反射層；以及 一分散式布拉格反射層，係由多層介電材料膜堆疊形成； 其中， 該抗反射層係設置於該頂側表面並接觸該第一半導體區域，該分散式布拉格反射層係設置於該底側表面接觸該第二半導體區域，或者， 該抗反射層係設置於該底側表面並接觸該第二半導體區域，該分散式布拉格反射層係設置於該頂側表面並接觸該第一半導體區域； 其中， 該抗反射層係設置成接收一光線進入該光吸收基板，該分散式布拉格反射層設置成將穿過該光吸收基板而欲自該光吸收基板射出之光線反射回該光吸收基板。
- 如請求項1所述之收光二極體，其中該第一半導體區域為p型半導體，該第二半導體區域為n型半導體。
- 如請求項1所述之收光二極體，其中該第一半導體區域為n型半導體，該第二半導體區域為p型半導體。
- 如請求項2或3所述之收光二極體，其中該分散式布拉格反射層的厚度為2µm至30µm。
- 如請求項2或3所述之收光二極體，其中該抗反射層含有氮化矽。
- 如請求項4所述之收光二極體，其中該分散式布拉格反射層的厚度為3µm。
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