光电二极管阵列结构及其制造方法与流程

本发明涉及一种光电二极管阵列结构及其制造方法，具体地，涉及一种具有共电极的光电二极管阵列结构及其制造方法。

背景技术：

1、光电二极管（photodiode）是一种将外部光信号转换成电信号的电子元件。其中，吸收外部光线是其核心功能，可以检测外部光信号然后将其转换为可测量的电流。这种转换对于各种应用（例如：光通信、光学测量和成像）至为重要。

2、有关光电二极管吸收外部光线的方式是利用其二极管内部的半导体材料（如硅基板）吸收外部光线，当光子进入光电二极管并被吸收时，光子的能量可使价带中的电子跃迁到导带，从而产生电子空穴对。这些光生载流子在二极管内建电场的作用下分离并产生电流。

3、然而，传统的光电二极管存在两个问题，其一，传统单晶粒光电二极管，若想提升光响应效率，其中常见的技术手段乃是扩大晶粒尺寸、增加活性面积。然而晶粒尺寸扩大，将同步增大结电容（junction capacitance，cj），导致光电二极管充放电速度变慢，晶粒无法适用在高频或光通讯领域中快速切换速度等相关应用。为克服上述问题，业界亟需一种创新的光电二极管架构，在提升光电二极管光电效率的同时，仍可避免结电容的增加，影响晶粒的反应速度。

技术实现思路

1、本发明的一个主要目的在于提供一种创新的光电二极管阵列结构及其制造方法。相较于传统光电二极管，本发明光电二极管阵列结构中的光电二极管应用晶圆移转与键合技术，使光电二极管的外延结构自易碎的外延生长基板移转至具有高强度的透明基板上，以强化晶粒本体的结构强度，进而提升工艺良率，降低生产成本，以符合经济生产的要求。特别地，本发明还利用激光烧结技术，在元件结构中设置激光烧结侧壁，以有效阻挡来自于元件侧壁的外部光线干扰，以抑制噪声干扰而提高元件的信噪比（snr）和光电流增益效果。

2、本发明的另一主要目的在于提供一种创新的光电二极管阵列结构及其制造方法。相较将多个单独的晶粒串接成的光电二极管阵列结构，本发明光电二极管阵列结构通过共用阳极方式，达到串接多个光电二极管晶粒的目的。该串接方式下的阵列结构不仅具有集成度更高的特性，更特别地，可以减少单颗晶粒上电极焊垫的设置，以增加光电二极管的活性区面积，提高单颗光电二极管的光响应效率，但仍维持单颗晶粒独立操作的特性，以避免结电容呈倍数增加，影响光电二极管晶粒的反应速度。

3、为达上述目的，本发明提供一种光电二极管阵列结构，所述光电二极管阵列结构包括多个光电二极管，多个光电二极管中的每个包括透明基板、台面外延层、第二导电型外延层、第一导电型金属环和第二导电型金属环。台面外延层具有本征外延层、第一导电型原位掺杂外延层和激光烧结侧壁，其中，第一导电型原位掺杂外延层设置在本征外延层上，并且激光烧结侧壁设置在第一导电型原位掺杂外延层的外侧边缘，以限定各个光电二极管的活性区。第二导电型外延层设置在透明基板上，并且台面外延层设置在第二导电型外延层上。第一导电型金属环在激光烧结侧壁内侧环设在第一导电型原位掺杂外延层的表面上，第二导电型金属环相邻于台面外延层的侧壁设置而电性连接到第二导电型外延层，其中，相邻的各个光电二极管的各个第二导电型金属环彼此紧邻设置以共同电性串接为共阳极。

4、在本发明的实施例的光电二极管阵列结构中，第一导电型原位掺杂外延层是n型原位掺杂磷化铟外延层，掺杂剂为硫、硅中的一种，掺杂浓度为1017~19cm-3。

5、在本发明的实施例的光电二极管阵列结构中，多个光电二极管中的每个还包括光学键合层，光学键合层设置在透明基板与第二导电型外延层之间，用以阻挡外部光线经由透明基板进入第二导电型外延层。

6、在本发明的实施例的光电二极管阵列结构中，光学键合层是分布式布拉格反射层。

7、在本发明的实施例的光电二极管阵列结构中，多个光电二极管中的每个还包括光学滤波层，光学滤波层是多波段带通滤光层，并且覆盖台面外延层的表面和侧壁，以允许外部光线中特定波段的光线通过而阻挡外部光线中特定波段以外的其他光线进入活性区。

8、在本发明的实施例的光电二极管阵列结构中，光学滤波层还包括抗反射层，以降低光学滤波层的表面反射损失。

9、为达上述目的，本发明提供一种光电二极管阵列结构，所述光电二极管阵列结构包括多个光电二极管。多个光电二极管中的每个包括活性区、第一导电型金属环和第二导电型金属环，其中，第一导电型金属环设置在活性区上，第二导电型金属环设置在活性区的外侧，并且相邻的各个光电二极管的各个第二导电型金属环彼此紧邻设置以共同电性串接为共阳极。

10、在本发明的另一实施例的光电二极管阵列结构中，多个光电二极管中的每个还包括台面外延层，台面外延层具有本征外延层、第一导电型原位掺杂外延层和激光烧结侧壁，其中，第一导电型原位掺杂外延层设置在本征外延层上，并且激光烧结侧壁设置在第一导电型原位掺杂外延层的外侧边缘，以限定各个光电二极管的各个活性区。

11、在本发明的另一实施例的光电二极管阵列结构中，多个光电二极管中的每个还包括第二导电型外延层，台面外延层设置在第二导电型外延层上，其中，各个第一导电型金属环分别电性连接到各个第一导电型原位掺杂外延层，并且各个第二导电型金属环分别电性连接到各个第二导电型外延层。

12、在本发明的另一实施例的光电二极管阵列结构中，多个光电二极管中的每个还包括光学键合层和透明基板，其中，光学键合层设置在透明基板与第二导电型外延层之间，用以阻挡外部光线经由透明基板进入第二导电型外延层。

13、在本发明的另一实施例的光电二极管阵列结构中，光学键合层是分布式布拉格反射层。

14、在本发明的另一实施例的光电二极管阵列结构中，多个光电二极管中的每个还包括光学滤波层，光学滤波层是多波段带通滤光层，并且覆盖台面外延层的表面和侧壁，以允许外部光线中特定波段的光线通过而阻挡外部光线中特定波段以外的其他光线进入活性区。

15、在本发明的另一实施例的光电二极管阵列结构中，光学滤波层还包括抗反射层，以降低光学滤波层的表面反射损失。

16、为达上述目的，本发明提供一种光电二极管阵列结构的制造方法，所述方法包括以下步骤：首先，提供透明基板，透明基板上具有多个台面外延层；其次，切割透明基板以形成多个光电二极管，其中，多个光电二极管中的每个包括多个台面外延层中的一个、第一导电型金属环和第二导电型金属环，并且第一导电型金属环设置在台面外延层上，第二导电型金属环设置在台面外延层的外侧，其中，相邻的各个光电二极管的各个第二导电型金属环彼此紧邻设置以共同电性串接为共阳极。

17、在本发明的实施例的光电二极管阵列结构的制造方法中，台面外延层具有本征外延层、第一导电型原位掺杂外延层和激光烧结侧壁，其中，第一导电型原位掺杂外延层设置在本征外延层上，并且激光烧结侧壁设置在第一导电型原位掺杂外延层的外侧边缘，以限定各个光电二极管的活性区。

18、在本发明的实施例的光电二极管阵列结构的制造方法中，多个光电二极管中的每个还包括第二导电型外延层，台面外延层设置在第二导电型外延层上，其中，各个第一导电型金属环分别电性连接到各个第一导电型原位掺杂外延层，并且各个第二导电型金属环分别电性连接到各个第二导电型外延层。

19、在本发明的实施例的光电二极管阵列结构的制造方法中，多个光电二极管中的每个还包括光学键合层和透明基板，其中，光学键合层设置在透明基板与第二导电型外延层之间，用以阻挡外部光线经由透明基板进入第二导电型外延层。

20、在本发明的实施例的光电二极管阵列结构的制造方法中，多个光电二极管中的每个还包括光学滤波层，光学滤波层是多波段带通滤光层，并且覆盖台面外延层的表面和侧壁，以允许外部光线中特定波段的光线通过而阻挡外部光线中特定波段以外的其他光线进入活性区。

21、在本发明的实施例的光电二极管阵列结构的制造方法中，光学滤波层还包括抗反射层，以降低光学滤波层的表面反射损失。

22、在参照附图及随后描述的实施方式后，本领域技术人员可了解本发明的其他目的，以及本发明的技术手段和实施例。