[发明专利]结合有电路的光接收装置

说明书

本发明涉及一种结合有电路的光接收装置，其中光接收装置包括在同一衬底上的光探测光电二极管部分和电路元件。本发明尤其涉及一种结合有电路的光接收装置的结构，用以改进光探测光电二极管部分的性能。

近年来，光盘装置变得越来越小，而其性能变得越来越高。随着这种改进，增加了对结构紧密和重量轻的光读取装置的需求。为实现这种光读取装置，提出了一项技术，其中有：在单个全息装置中集成产生寻轨光束的功能、对光分束的功能和产生误差信号的功能；激光二极管、分束光电二极管等容放在单个装配盒中；或全息装置安置在装配盒的上表面。这种技术称作光模块。

包含在光读取装置中的部件是一个结合有电路的光接收装置。在结合有电路的光接收装置中，集成例如，将信号光转变为电信号(光电转换信号)的光探测光电二极管部分的电路元件、用于处理光电转换信号的晶体管、电阻和电容器。

图5表示传统的结合有电路的光接收装置4000的横截面图。

结合有电路的光接收装置4000包括光电二极管区51和用于处理光电转换信号的外部电路区52，其中光电二极管区51中设置有把光信号转换为电信号的光探测光电二极管。特别是，在外部电路区52中，安装了NPN晶体管和直立的PNP晶体管。

为了降低结合有电路的光接收装置4000的生产成本，增加制造工艺的公用性。对于光电二极管区51和外部电路区52，顺次提供P型衬底53(P)、P型外延层54(P-)和N型外延层55(N)。在光电二极管区51中，具有PN结的P型外延层54和N型外延层55，形成光探测光电二极管区。在外部电路区52中，上述两个晶体管由于杂质扩散提供给P型外延层54和N型外延层55。

光电二极管的光敏性和响应速度通常是光电二极管性能的主要量度。光敏性由耗散层产生的载流子数量和在耗散层之外产生并在光探测中当把反向偏压施加给PN结时由于载流子扩散而到达耗散层的载流子数量之和来决定。响应速度在很大程度上受探测光电二极管PN结的电容量值影响。因此，为足够增大耗散层的有效做法是增加光电二极管的光敏性和降低结的电容量以提高响应速度。

因此，作为第一导电型区域，如上所述地使用P型衬底53，其中P型衬底53设置在P型外延层54具有低浓度(高的特定阻力)的表面。或者也可用P型低浓度衬底(未示出)代替。

这样的衬底导致耗散层容易在吸收光的第一导电型区中膨胀，因此使得能够有效利用进入的信号光。另外，可降低PN结电容量。

因此随着时间的推移，由于光记录介质如光盘的记录密度变大，所以施加到介质上的光的波长减小。特别是，当具有780nm的红外光用于CD盘时，650nm的减小波长的红光用于DVD。现在正在开发使用进一步减少波长的大约410nm的蓝光。

但是，当信号波长减少时，信号光可以到达的硅的厚度(后面称为穿透厚度)也快速减少。例如，虽然780nm光的穿透厚度长达大约8μm，但410nm光的穿透厚度小于或等于大约0.3μm。

图5所示的常规结合有电路的光接收装置4000中光电二极管的结构存在如下问题。

(1)N型外延层55通常需要至少大约1μm或更大的厚度，以便在外部电路区52中提供晶体管。另外，提供具有高浓度的N型扩散区56(N⁺)，以降低阴极电阻，使得穿透光大部分被基本上没有耗散的N型外延层55吸收。因此，载流子的复合率较高并且复合的载流子不能对光电电流做贡献，故不能增加光敏性。另外，光探测光电二极管部分的PN结电容太大以至于不能达到高响应速度。

(2)不考虑外部电路区52的一致性，N型外延层55可制造得很薄。在这种情况下，当N型外延层55生长时，由于外部隔离扩散区57(P⁺)或膜生产装置的作用，发生P型自动掺杂。自动掺杂的发生导致在第一导电区(P型衬底53，其具有在其上生长的低浓度P型外延层；或P型低浓度衬底)和在其上生长的N型外延层55之间的界面附近形成一个势能峰值，破坏了响应特征。

(3)为减少生产步骤和提高对短波光的敏感性，可提供光探测光电二极管部分，其中在N型外延层55中提供P型扩散区。但是，在这种情况下，用在P型扩散区中的硼在其表面分离，因此Ns(表面浓度)很低。结果是，复合的表面增加，使得敏感性降低。另外，对于由于其结构而具有较大穿透厚度的长波，光探测光电二极管的光敏性不能增加。因为耗散层不能变大，所以结的电容增加并因此降低响应速度。