專利名稱：半導體受光器與uv傳感器設備的制作方法
該非臨時申請基于日本專利局于2004年8月23日提交的日本專利申請No.2004-241879，其整個內(nèi)容通過引用包括在這里。
背景技術：
發(fā)明領域本發(fā)明涉及一種半導體受光器和紫外輻射(下稱UV)傳感器設備，尤其涉及一種用于UV傳感器該類設備的半導體受光器。
背景技術：
說明太陽輻射包括這種作為UV輻射的短波長輻射，因此若我們以任何理由在晴天到戶外活動，有大量UV輻射到達地球表面，就會暴露于大量UV輻射。另在靠近南極與北極的地區(qū)，臭氧層破壞造成UV輻射量增大。已知過度暴露于UV輻射對健康有不利影響，例如造成皮膚癌。因此，目前趨向于測量UV輻射量來控制遭受的UV輻射量，為此必須具有廉價而易購的UV傳感器。
一例接收諸如UV輻射的短波長輻射的半導體受光器，使用了III-V族化合物半導體，但相當昂貴，故大多數(shù)半導體受光器應用了硅基材料。
圖5是一示意截面圖，示出常用硅光電二極管的結(jié)構(gòu)。參照圖5，n型硅襯底用作為陰極層1.從該陰極層1表面開始，擴散諸如硼的p型雜質(zhì)，形成陽極層2.形成陽極層2的區(qū)域就是受光區(qū)3.例如，日本專利特許公開No.2000-299487揭示過這類半導體受光器。
當光線入射并穿透硅襯底時，硅吸收光能而產(chǎn)生光載流子和相應的光電流。光線在硅襯底中穿透的深度，隨入射光的波長而不同，波長較短的光在更接近硅襯底表面的深處被吸收。上述的光載流子包括那些在到達pn結(jié)之前因復合而消失的載流子，因而對光電流不起作用。為此，適合接收諸如UV輻射的短波長輻射的受光器，其pn結(jié)形成在離硅襯底表面較小的深處，一般為1μm或更小。
至于UV輻射的波長范圍，波長范圍為320nm～380nm的UV輻射稱為UVA輻射，而290nm～320nm的UV輻射稱為UVB輻射，后者對健康特別有害。若這種UVB輻射入射穿透硅襯底，至少90％的光能在從表面至50nm深度的區(qū)域內(nèi)被吸收。通過常用硅光電二極管工藝制造的光電二極管，最小結(jié)深為300nm～700nm。
因此，當UVB輻射入射穿透圖5中的光電二極管時，陽極層2吸收光能而產(chǎn)生電子-空穴對，在濃度梯度產(chǎn)生的內(nèi)電場8的影響下，電子-空穴對的電子7被引向到達pn結(jié)，光電流流動。
陽極層2表面一般涂有氧化硅膜5，其間在界面和界面周圍有若干界面態(tài)9，通過界面態(tài)9產(chǎn)生多種復合。在從表面到硅襯底50nm深的區(qū)域中，幾乎不存在在陽極層2的濃度梯度，故在該區(qū)域產(chǎn)生很小的內(nèi)電場8。因此，從表面到50nm深的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的大多數(shù)光載流子，在界面態(tài)9復合后消失。換言之，只有很小的光電流流動，光電轉(zhuǎn)換效率相當?shù)汀?br>
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種半導體受光器和一個UV傳感器設備，它們即使對短波長輻射也具有高的光電轉(zhuǎn)換效率。
本發(fā)明的半導體受光器包括第一電導型半導體層和一對形成在第一電導型半導體層表面的第二電導型半導體層，第一電導型半導體層的一部分是受光區(qū)域，位于第一電導型半導體層與第二電導型半導體層之一之間的pn結(jié)與第一電導型半導體層與另一第二電導型半導體層之間的pn結(jié)之間。
本發(fā)明的半導體受光器具有的受光區(qū)域位于第一電導型半導體層與第二電導型半導體層之間的pn結(jié)之間，因此對pn結(jié)施加足夠的反向電壓，可使耗盡層在受光區(qū)域內(nèi)相互接觸。此時，耗盡層分別從位于受光區(qū)域各橫向側(cè)的pn結(jié)延伸。在耗盡層內(nèi)，從耗盡層之間的接觸部分向著各pn結(jié)產(chǎn)生大電場。若第一電導型半導體層是n型層，該電場為正電場，若第一電導型半導體層是p型層，則該電場是負電場。當短波長輻射入射并穿透受光區(qū)域時，就在表面附近產(chǎn)生電子-空穴對。在第一電導型半導體層為n型層的情況下，空穴就被耗盡層內(nèi)大的正電場吸收；在第一電導型半導體層為p型層時，電子被耗盡層內(nèi)大的負電場吸收，于是空穴或電子被引向并到達pn結(jié)。這樣，因界面態(tài)而消失的載流子量明顯減少，提高了轉(zhuǎn)換效率。
關于半導體受光器，第二電導型半導體層較佳地形成在第一電導型半導體層表面，以封閉受光區(qū)域。
這樣得到的結(jié)構(gòu)，其受光區(qū)域位于第一電導型半導體層與第二電導型半導體層之間的pn結(jié)之間。
關于半導體受光器，在第一電導型半導體層表面較佳地設置晶格形的第二電導型半導體層。
這樣，可密集地安排多個受光區(qū)域。
關于半導體受光器，較佳地設置電氣連接第二電導型半導體層的互連線，以覆蓋第二電導型半導體層表面。
這樣在電流在第二電導型半導體層里流動時，可減小串聯(lián)電阻。
關于半導體受光器，較佳地把硅襯底用作第一電導型半導體層，并在硅襯底表面形成一對第二電導型半導體層。
較之使用III-V族化合物半導體，用硅襯底可以以較低成本制造半導體受光器。
關于半導體受光器，較佳地對分別位于受光區(qū)域橫向側(cè)的各pn結(jié)施加一定的反向電壓，至少使耗盡層分別從pn結(jié)延伸以在受光區(qū)域內(nèi)相互接觸。
這樣，可在耗盡層內(nèi)產(chǎn)生上述的大電場。于是當短波長輻射入射穿透受光區(qū)域時，表面附近產(chǎn)生的空穴被耗盡層里的大電場吸收而引向pn結(jié)。因界面態(tài)而消失的載流子量明顯減少了，提高了光電轉(zhuǎn)換效率。
關于半導體受光器，較佳地把高電阻率硅襯底用作硅襯底。
關于半導體受光器，較佳地硅襯底是一種電阻率至少為1000Ωcm的高電阻率硅襯底，受光區(qū)域的寬度至少為10μm，最多為300μm，加到pn結(jié)的反向電壓至少為1V，最大為20V。
這樣，各自從受光區(qū)域橫向側(cè)的pn結(jié)延伸的耗盡層就能相互接觸。
本發(fā)明的UV傳感器設備使用上述的半導體受光器。
這樣，能以低成本容易地得到UV傳感器。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，可獲得一種即使對短波長輻射也具有高的光電轉(zhuǎn)換效率的半導體受光器，而且用該半導體受光器很容易獲得廉價的UV傳感器。
通過以下結(jié)合附圖對本發(fā)明所作的詳述，本發(fā)明的上述和其它目的、特征、方面和優(yōu)點就變得更清楚了。
附圖簡介

圖1是一平面圖，示意示出本發(fā)明一實施例的半導體受光器的結(jié)構(gòu)。
圖2是類似于圖1的平面圖，但未示出圖1的陽極層。
圖3是沿圖1中直線III-III的示意截面圖。
圖4是示意截面圖，示出對圖1所示半導體受光器的pn結(jié)施加反向電壓的狀態(tài)。
圖5是示意截面圖，示出普通光電二極管的結(jié)構(gòu)。
較佳實施例的描述下面結(jié)合附圖描述本發(fā)明的一實施例。
參照圖1～3，本例的半導體受光器包括第一電導型半導體層1和一對在第一電導型半導體層1表面形成的第二電導型半導體層2.該半導體受光器的一個特征在于，第一電導型半導體層1的一部分是受光區(qū)域3，它位于第一電導型半導體層1與一個第二電導型半導體層2之間的pn結(jié)與第一電導型半導體層1與另一個第二電導型半導體層2之間的pn結(jié)之間。
例如，第一電導型半導體層1為陰極層。作為陰極層1，例如使用n型硅襯底。第二電導型半導體層2例如是p型陽極層。例如通過從陰極層1表面擴散諸如硼的p型雜質(zhì)，在陰極層1表面形成p型陽極層2.受光區(qū)域3是陰極層1的某一區(qū)域，它位于成對陽極層2之一與陰極層1之間的pn結(jié)與成對陽極層2另一陽極層與陰極層1之間的pn結(jié)之間的截面內(nèi)。
較佳地形成圖2所示的陽極層2，以封閉硅襯底表面的受光區(qū)域3.陽極層2如圖2所示以晶格形狀設置在硅襯底表面也較佳，此時，在硅襯底表面，位于陽極層2晶格條狀部分之間的陰極層1區(qū)域就是受光區(qū)域3。
在硅襯底表面形成氧化硅膜5，部分除去該薄膜5，在氧化硅膜5內(nèi)形成達到一部分陽極層2表面的孔。為通過這些孔與陽極層2作多個電氣連接，例如形成金屬互連的陽極電極4。陽極電極4以晶格狀形成，覆蓋陽極層2表面，在電流流動時減小串聯(lián)電阻。另在硅襯底后面形成陰極電極6。
上述諸元件通過普通光電二極管工藝形成。
參照圖4，對每個pn結(jié)加一定反向電壓，至少在從受光區(qū)域3各橫側(cè)的pn結(jié)各自延伸的耗盡層10之間造成接觸。硅襯底例如是電阻率至少為1000Ωcm的高電阻率硅襯底，受光區(qū)域3的寬度W(圖3)例如至少為10μm，最多為300μm，而加到pn結(jié)的反向電壓比如至少是1V，最大為20V。在上述條件下，從受光區(qū)域3各橫側(cè)的pn結(jié)各自延伸的耗盡層10，可在受光區(qū)域3內(nèi)相互接觸。
按照本例，參照圖4，由于受光區(qū)域3位于陰極層1與各陽極層2之間的pn結(jié)之間，因而可對諸pn結(jié)施加足夠的反向電壓，使從受光區(qū)域橫側(cè)的pn結(jié)各自延伸的耗盡層10在受光區(qū)域3內(nèi)相互接觸。在耗盡層10內(nèi)，從耗盡層10之間的接觸部分11向各pn結(jié)產(chǎn)生大電場12，這樣在諸如UV輻射的短波長輻射入射穿透受光區(qū)域3時，表面附近就生成電子-空穴對，而空穴13在耗盡層10內(nèi)被大電場12吸收并引向pn結(jié)。因此，明顯減少了因界面態(tài)9而消失的載流子量，提高了轉(zhuǎn)換效率。
本例的半導體受光器尤其合適接收波長為320nm～380nm的uVA輻射、波長為290nm～320nm的UVB輻射和任何較短波長的光輻射，可用于短波長輻射傳感器如UV傳感器。
雖然圖示并詳述了本發(fā)明，但顯然僅作為舉例而不作為限制，故本發(fā)明的精神與范圍只受制于所附權(quán)項的諸條款。
權(quán)利要求
1.一種半導體受光器，其特征在于包括；第一電導型半導體層；和形成在所述第一電導型半導體層表面的一對第二電導型半導體層，其中所述第一電導型半導體層的一部分是受光區(qū)域，位于所述第一電導型半導體層與一個所述第二電導型半導體層之間的pn結(jié)與所述第一電導型半導體層與另一個所述第二電導型半導體層之間的pn結(jié)之間。
2.如權(quán)利要求1所述的半導體受光器，其中在所述第一電導型半導體層表面形成封閉所述受光區(qū)域的所述第二電導型半導體層。
3.如權(quán)利要求2所述的半導體受光器，其中在所述第一電導型半導體層表面設置晶格狀的所述第二電導型半導體層。
4.如權(quán)利要求1所述的半導體受光器，其中設置電氣連接所述第二電導型半導體層的互連線，以覆蓋所述第二電導型半導體層表面。
5.如權(quán)利要求1所述的半導體受光器，其中硅襯底用作所述第一電導型半導體層，并在所述硅襯底表面形成一對所述第二電導型半導體層。
6.如權(quán)利要求5所述的半導體受光器，其中對各自位于所述受光區(qū)域橫側(cè)的各所述pn結(jié)施加一定反向電壓，至少使從所述pn結(jié)各自延伸的耗盡層在所述受光區(qū)域內(nèi)相互接觸。
7.如權(quán)利要求5所述的半導體受光器，其中高電阻率硅襯底用作所述硅襯底。
8.如權(quán)利要求5所述的半導體受光器，其中所述硅襯底是電阻率至少為1000Ωcm的高電阻率硅襯底，所述受光區(qū)域的寬度至少為10μm，最多為300μm，并對所述pn結(jié)施加至少1V、最多20V的反向電壓。
9.一種使用權(quán)利要求1所述的半導體受光器的UV傳感器設備。
全文摘要
提供一種甚至對短波長輻射也有高的光電轉(zhuǎn)換效率的半導體受光器和UV傳感器設備。半導體受光器包括陰極層(1)和形成在陰極層(1)表面的陽極層(2)，陰極層(1)的一部分是受光區(qū)域(3)，它位于陰極層(1)與一個陽極層(2)之間的pn結(jié)與陰極層(1)與另一陽極層(2)之間的pn結(jié)之間。
文檔編號H01L31/101GK1741287SQ20051009594
公開日2006年3月1日 申請日期2005年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月23日
發(fā)明者小山順一郎 申請人:夏普株式會社