CN1708862A - 上下倒置的光电检测器 - Google Patents
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Abstract
通过允许光(20)经由衬底层(1)入射,并将表面层(3)用作反射镜,从而上下倒置地使用光电二极管,根据这一基本思想可以改进光电二极管的效率。这样,外延层(2)就近似有两倍的机会将光子转变为电子空穴对:在光子来自衬底层(1)时的第一次通过过程中将光子转变为电子空穴对,或者在光子被表面层(3)反射之后的第二次通过过程中将光子转变为电子空穴对。表面层(3)包括金属条(6、7、8)和金属反射镜(9、10),并且包括与焊点凸起(4、5)相连的金属区域(15、16),所述焊点凸起用于将所述光电检测器精确安装到柔性印刷电路板上。外延层(2)和该外延层(2)中的区域(17、18、19)构成了第一个二极管的电极,外延层(2)和衬底层(1)构成了第二个二极管的电极,当把两个二极管的光电流相加时,所述效率近似再次加倍。衬底层(1)包括硅上绝缘体和/或刻蚀限位块,从而能够通过击除硅和/或刻蚀直到所述刻蚀限位块为止来容易地使该衬底层变薄。
Description
本发明涉及一种光电检测器,其用于转变经由至少一个本发明入射的至少一个光信号,本发明还涉及一种光学拾取单元,其在所述光电检测器上包含柔性印刷电路板侧。
该(PCB)和安装在该柔性PCB上的光电检测器,
还涉及一种用于生产光电检测器的方法,该光电检测器用于转变经由所述光电检测器的至少一侧入射的至少一个光信号。
该光电检测器将光信号转变为电信号,并且通过半导体技术制造该光电检测器,其具有接收所述光信号的上层和中层,光信号例如穿透深度为例如20μm的红外光,或者穿透深度为例如0.3μm的蓝光,该光电检测器还具有形成衬底的下层。
从US5097307获知了现有技术的光电检测器,其公开了所述上层为表面层,所述中层为外延层,所述下层为衬底层。
已知的光电检测器是有缺陷的,尤其是当把所述光转变为例如电流时,该转变的效率对于较薄的外延层会变得较差:在表面层侧进入光电检测器的光子将不会全部转变为外延层内的电子空穴对,并且继而在衬底层中消失,这是因为根据所使用的更先进的集成电路(ic)工艺(例如CQuBiC3),获得的外延层越来越薄。为了获得良好的效率,该外延层的厚度必须是入射光穿透深度的大约两倍或三倍。
本发明的目的尤其是提供一种具有更好的效率并且具有大带宽的光电检测器。
本发明的另一目的尤其是提供一种光学拾取单元,其包括具有更好的效率并且具有大带宽的光电检测器。
本发明的又一目的尤其是提供一种制造具有更好的效率并且具有大带宽的光电检测器的方法。
根据本发明的光电检测器转变经由所述光电检测器的至少一侧入射的至少一个光信号,并且包括至少一个衬底层、至少一个外延层和至少一个表面层,其中所述一侧包括所述衬底层,并且所述表面层具有用于反射至少部分所述光信号的反射镜功能。
利用上下倒置的光电检测器,所述光子将经由衬底层进入外延层。没有立刻转变为外延层内的电子空穴对的光子将被所述表面层(的内侧)反射,并且返回外延层中,从而得到第二次转变的机会。因此,对于相同厚度的外延层,目前的效率增加了例如1倍。
与现有技术的光电检测器相比,在现有技术的光电检测器中需要制造洞从而允许光通过所述表面层并进入所述外延层,并且在现有技术的光电检测器中所述表面层(外侧)对入射光的反射对激光器稳定性产生了不良影响,而利用上下倒置的光电检测器并且将表面层(内侧)用作反射镜,就不再需要制造任何洞从而允许光通过所述表面层,并且在表面层内侧对入射光的反射对激光器稳定性的不良影响更小。
而且,由于目前光经由衬底层进入,因此可以在表面层中使用例如低电阻(低噪声)铝条,并且可以将例如铝平面用作反射镜。
根据本发明的光电检测器的第一实施例在权利要求2中进行了限定。
通过使所述表面层具有与焊点凸起相连的金属区域,其中该焊点凸起用于将所述光电检测器安装到光学拾取单元的柔性PCB上,该光电检测器可以精确地安装到该柔性PCB上,并且该光电检测器不再需要容纳在外壳中(这就为柔性PCB提供了更多的空间)。该焊点凸起提供了小的引导电感,其中引导电感越小,频率越高,就更加稳定。
根据本发明的光电检测器的第二实施例在权利要求3中进行了限定。
通过将所述衬底层分别选择为p型或n型,以及将所述外延层分别选择为n型或p型,并且所述外延层分别包括至少一个p型或n型区域,则所述外延层和所述区域形成了用作光电检测器的二极管的电极。优选的是,所述外延层包含许多小的、条状区域而不是包含一个大区域,并且在所述区域处的外延层是耗尽型的,从而减少了该光电检测器的电容。
根据本发明的光电检测器的第三实施例在权利要求4中进行了限定。
通过使所述外延层和所述衬底层形成另一个二极管的电极,该光电检测器的效率例如再次加倍,这是由于目前两个二极管共同进行工作而造成的。光电检测器二极管和另一个二极管的公共阴极或阳极例如分别通过分别为n型或p型的低欧姆埋入式条和分别也为n型或p型的井连接,并且该埋入式条位于衬底层与外延层之间。
应当观察到,该另一个二极管本身是一种现有技术的光电检测器,其不是上下倒置地使用的,并且包括较厚的层,其中所述另一个二极管捕获电子空穴对,否则这些电子空穴对将有助于产生阶跃响应中的所谓的慢尾(slow-tails)。慢尾源自在硅中深处生成的电子空穴对。这些少量的电荷载流子在它们到达电极之前必须借助于扩散行进很长距离。因为扩散是较慢的过程,所以该少量电荷载体到电极的行进过程将花费较长的时间,这就导致了阶跃响应中的慢尾。根据本发明,电极和另一电极都提供了可以相加的结果(例如电流)。
根据本发明的光电检测器的第四实施例在权利要求5中进行了限定。
硅上绝缘体是有利的衬底层,这是因为通过去除硅可以容易地使所述衬底层变薄。
根据本发明的光电检测器的第五实施例在权利要求6中进行了限定。
所述刻蚀限位块形成了衬底层的有利部分,这是因为通过刻蚀所述衬底层直到所述限位块为止可以容易地使所述衬底层变薄。
根据本发明的光学拾取单元的实施例和根据本发明的方法的实施例与根据本发明的光电检测器的实施例相对应。
本发明尤其基于以下理解,即被光电检测器转变为电流的入射光必须到达外延层,本发明另外特别地基于以下基本思想,即光不是从一侧入射到外延层,而是从另一侧入射到外延层。
本发明尤其解决了以下问题,即提供了具有更好效率的光电检测器,并且有利之处尤其在于已经将表面层(外侧)处的不利反射转变为表面层(内侧)处的有利反射。
将参照下文中所述的(多个)实施例解释本发明的这些和其它方面,并且使之清楚。
图1表示了构成根据本发明的光电检测器的结构图。
图1所示的根据本发明的光电检测器包括衬底层1,其上放置了外延层2,并且表面层3位于所述外延层2上。表面层3包括与焊点凸起4、5相连的金属区域15、16,还包括金属反射镜9、10和位于外延层2与表面层3之间的边界附近或边界上的金属区域6、7、8。外延层2包括位于外延层2与衬底层1之间的边界附近或边界上的埋入式条11、12,并且包括位于所述埋入式条11、12附近以及所述埋入式条11、12与表面层3之间的井13、14,还包括位于所述金属区域6、7、8附近的浅掺杂区域17、18、19。
现有技术的光电检测器从上面接收光20,换句话说是通过表面层3来接收光20。为了使光20通过所述表面层3,需要在第一金属层中的金属区域6、7、8层上制造孔,以及在第二金属层中的金属反射镜9、10层和金属区域15、16层上制造孔。而且,入射光20在所述金属层处(外侧)的反射对激光器的稳定性造成了问题,该激光器生成了该光20(通常,光20来自激光器并且通过反射和聚焦到达光盘)。
而且,所述光20例如包括红外光,其穿透深度为例如20μm,或者例如包括蓝光,其穿透深度为例如0.3μm。当所述光20转变为例如电流时,对于较薄外延层2来说现有技术光电检测器的效率变差:经由表面层3进入该光电检测器的光子将不会全部转变为外延层2内的电子空穴对,并且继而在衬底层1中消失,这是由于根据更加先进的HF集成电路(ic)工艺(例如CQuBiC3)制成的外延层2变得越来越薄。为了获得良好的效率,外延层2的厚度需要为例如入射光20的穿透深度的大约两或三倍。
为了提供效率改进了的光电检测器,尤其是通过使光20经由衬底层1入射来上下倒置地使用该光电检测器,由此将金属区域6、7、8、15、16和反射镜9、10用作反射镜。因此,外延层2就近似有两倍的机会将光子转变为电子空穴对:在光子来自衬底层1时的第一次通过过程中将光子转变为电子空穴对,或者在光子被金属区域6、7、8、15、16和反射镜9、10反射之后的第二次通过过程中将光子转变为电子空穴对。因此,当外延层2的厚度相同时,目前的效率例如为原先的大约两倍。
与所述现有技术的光电检测器相比,在所述金属层中不再需要制造任何孔来使光通过,并且入射光20在金属区域6、7、8、15、16和反射镜9、10内侧的反射对激光器稳定性造成的问题更小。由于目前光20经由衬底层1入射,例如可以使用低欧姆(低噪声)铝条6、7、8,并且可以将例如铝平面9、10用作反射镜。
与表面层3中的金属区域15、16相连的焊点凸起4、5可以使所述光电检测器精确地安装在光学拾取单元的柔性印刷电路板(PCB)上,并且该光电检测器不再需要容纳在外壳中(这就为柔性PCB提供了更多的空间)。该焊点凸起4、5提供了小的引导电感,其中引导电感越小,频率越高,就更加稳定。
所述衬底层1为例如p型(或n型),并且所述外延层2为n型(或p型),并且所述外延层2包括至少一个浅p型(或n型)掺杂区域17、18、19。因而,所述外延层2和所述浅掺杂区域17、18、19构成了用作光电检测器的二极管的电极。优选的是,所述外延层2包含许多小的、条状区域17、18、19而不是包含一个大区域17、18、19,并且在所述区域17、18、19处的外延层2是耗尽型的,从而减少了该光电检测器的电容。
所述外延层2和所述衬底层1可以构成另一个二极管的电极,在这种情况下,该光电检测器的效率例如再次加倍,这是由于目前两个二极管共同进行工作(其中它们的电流例如相加了)。另一个二极管和光电检测器二极管例如都通过低欧姆埋入式条11、12连接,该埋入式条11、12为n型(或p型)并且位于衬底层1与外延层2之间。这两个二极管具有由外延层2、埋入式条11、12和井13、14组成的公共阴极(或阳极)。
所述衬底层1可以为硅上绝缘体。在这种情况下,通过去除硅,可以容易地使所述衬底层1更薄。和/或所述衬底层1可以包括刻蚀限位块,在这种情况下,通过刻蚀所述层直到所述刻蚀限位块为止,可以容易地使所述衬底层1更薄。
在外延层2为具有轻掺杂轮廓的n型的情况下,井13、14为具有稍重掺杂轮廓的n型、埋入式条11、12为具有更重掺杂轮廓的n型并且埋入式条11、12的中心为具有最量掺杂轮廓的n型。因此,在光电检测器内可以生成用于加速(少量)空穴并且因此提高所述光电检测器的带宽的电场(基于掺杂轮廓梯度)。
埋入式条11、12可以由标准埋入式条(BN或BP)以及深埋入式条(BND或BPD)的组合构成,或者它们可以仅由埋入式条(BND或BPD)或者标准埋入式条(BN或BP)构成。
根据本发明的用于制造光电检测器(用于转变经由所述光电检测器的至少一侧入射的至少一个光信号20)的方法包括以下步骤:将至少一个外延层2放置在至少一个衬底层1上,将至少一个表面层3放置在所述外延层2上(其中所述一侧包括所述衬底层1),并且包括赋予所述表面层3反射镜功能的步骤,以用于反射至少部分所述光信号20。由此可以推测该衬底层1不太厚。
根据各个实施例,如果衬底层1过厚,则应使其变薄。例如通过刻蚀直到剖蚀限位块为止,来使该衬底层变薄,并且所述衬底层1包括所述刻蚀限位块,或者通过去除硅来使该衬底层变薄,并且所述衬底层1包括硅上绝缘体。
因此,该过程可以从具有一个顶层(仅使用单独的光电二极管)或者具有两个顶层(用于紧接的两个光电二极管,并且该外延层是例如公共阴极)的硅上绝缘体(SOI)晶片开始。实施普通的处理,例如CBiCMOS处理。最后,完成后续处理,去除背面的硅,并且透明塑料可以在(上下倒置的)安装之后覆盖该集成电路(ic)。替换硅上绝缘体(SOI)晶片,利用硅上任何元件(SOA)的技术可以使晶片变薄,其可以附着于第二晶片上并且通过刻蚀直到所述刻蚀限位块为止可以打开光学窗口。
“用于”的表达方式,例如“用于转变”和“用于反射”以及“用于安装”不排除同时或不同时地也实现其它功能。“所述表面层具有反射镜功能”的表达方式不排除还实现不同的功能,例如互连功能或者绝缘功能。“X与Y连接”和“X与Y之间的连接”以及“连接X与Y”等的表达方式不排除元件Z位于X与Y之间。“P包含Q”和“P包括Q”等的表达方式不排除还包含/包括元件R。术语“一”和“一个”不排除可能存在一个和多个这种元件。
本发明尤其基于以下理解,即被光电检测器转变为电流的入射光必须到达外延层2,并且尤其基于以下基本思想,即不是从一侧入射到外延层2,该入射光应从另一侧入射到外延层2。
本发明尤其解决了以下问题,即提供了具有更好效率的光电检测器,并且有利之处尤其在于已经将表面层3(外侧)处的不利反射转变为表面层3(内侧)处的有利反射。
Claims (10)
1.一种用于转变经由光电检测器的至少一侧入射的至少一个光信号的光电检测器,其包括至少一个衬底层、至少一个外延层和至少一个表面层,其中所述一侧包括所述衬底层,并且所述表面层具有用于反射至少部分所述光信号的反射镜功能。
2.根据权利要求1所述的光电检测器,其中所述表面层包括与焊点凸起相连的金属区域,所述焊点凸起用于将所述光电检测器安装到光学拾取单元的柔性印刷电路板上。
3.根据权利要求2所述的光电检测器,其中所述衬底层分别为p型或n型,所述外延层分别为n型或p型,并且所述外延层分别包括至少一个p型或n型区域,由此所述外延层和所述区域形成了二极管的电极。
4.根据权利要求3所述的光电检测器,其中所述外延层和所述衬底层形成了另一个二极管的电极。
5.根据权利要求2所述的光电检测器,其中所述衬底层包括硅上绝缘体。
6.根据权利要求2所述的光电检测器,其中所述衬底层包括刻蚀限位块。
7.一种光学拾取单元,其包括柔性印刷电路板和安装在该柔性印刷电路板上的光电检测器,该光电检测器转变经由所述光电检测器的至少一侧入射的至少一个光信号,并且包括至少一个衬底层、至少一个外延层和至少一个表面层,其中所述一侧包括所述衬底层,并且所述表面层具有用于反射至少部分所述光信号的反射镜功能,并且所述表面层包括与焊点凸起相连的金属区域,所述焊点凸起用于将所述光电检测器安装到所述柔性印刷电路板上。
8.一种用于制造光电检测器的方法,该光电检测器用于转变经由所述光电检测器的至少一侧入射的至少一个光信号,该方法包括以下步骤:在至少一个衬底层上放置至少一个外延层,在所述外延层上放置至少一个表面层,其中所述一侧包括所述衬底层,并且所述方法包括赋予所述表面层用于反射至少部分所述光信号的反射镜功能的步骤。
9.根据权利要求8所述的方法,其中所述方法包括使所述衬底层变薄的步骤。
10.根据权利要求9所述的方法,其中所述变薄的步骤包括刻蚀直到刻蚀限位块为止的子步骤,所述衬底层包括所述刻蚀限位块;所述变薄的步骤或者包括去除硅的子步骤,其中所述衬底层包括硅上绝缘体。
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