[发明专利]光电探测器及其制造方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请是2011年9月14日提交的申请第13/232,564号的继续部分申请。

技术领域

本发明的实施方式涉及一种光电探测器。本发明的进一步的实施方式涉及一种用于制造光电探测器的方法。进一步的实施方式涉及光电探测器或者光敏像素元件的阵列。此外，本发明的一些实施方式涉及一种光敏像素元件。

背景技术

在很多工业应用和消费应用中，存在分析光学数据和图像的需要。存在被集成在CMOS（互补金属氧化物半导体）电路或ASIC（专用集成电路）中的高度集成的光敏像素阵列（摄像元件）的趋势。

这些装置可以用在例如安保应用、IT（信息技术）产品和光通信网络中。在技术要求上多种多样，诸如像素的数量、光谱响应和速度。光电探测器或光敏装置的另一个重要性质是量子效率（QE），量子效率表示装置对光的电灵敏性。取决于具体的应用或者装置，采用对量子效率的不同定义。典型地，量子效率是入射光的波长的函数并且可用作对光敏装置在不同波长下的性能度量。

当几个光敏像素元件以阵列方式排列时，两个或更多个光敏像素元件之间的串扰可能是一个问题。

在本文所披露的内容中，光电探测器是能够将电磁辐照转换成电量（诸如电压、电流、电阻等）的装置。典型地，电磁辐照的波长在对人眼可见的范围内或者邻近可见波长范围，诸如红外光或紫外光。然而，将特定的光电探测器构造成检测另外的波长范围内的电磁辐射也是可能的。

单个的光电探测器可用于提供表示例如入射辐射的亮度的单个电信号。光电探测器的另一可能的应用是在图像传感器内，其中多个光电探测器以阵列方式排列。典型地，光电探测器对固定的或预先确定的波长范围作出响应。

发明内容

本发明的实施方式提供了一种光电探测器，该光电探测器包括衬底、绝缘装置、读出电极装置和偏置电极装置。绝缘装置形成在衬底中并且被构造成与衬底的约束区（confined region）电绝缘。约束区被构造成响应辐照而生成自由电荷载流子。读出电极装置包括接触约束区的不同部分的至少两个电极并且被构造成提供光电流，该光电流通过响应辐照而生成的自由电荷载流子的至少一部分形成。偏置电极装置通过绝缘装置与约束区电绝缘。偏置电极装置被构造成被电偏置，这对约束区内的空间电荷载流子分布产生影响，使得与未被偏置状态相比，更少的自由电荷载流子在约束区的边界处复合（recombine）。

本发明的实施方式提供了一种光电探测器，该光电探测器包括衬底、位于衬底内的绝缘层、沟槽装置、读出电极装置和偏置电极装置。绝缘层基本上平行于衬底的主表面。沟槽装置包括从主表面至少延伸到绝缘层的深度的至少一个沟槽，使得沟槽装置和绝缘层界定一约束区。该约束区被构造成响应辐照而生成自由电荷载流子。读出电极装置包括接触约束区的不同部分的至少两个电极，以便传导与响应辐照而生成的自由电荷载流子的至少一部分相关联的光电流。偏置电极装置形成在沟槽装置内。偏置电极装置被构造成被电偏置并且从而在在约束区与沟槽装置之间的界面处产生表面电荷。表面电荷减少了界面处的复合活动。

本发明的实施方式提供了一种光电探测器，该光电探测器包括衬底、用于电绝缘衬底的约束区的装置和用于提供作为光电探测器的输出的光电流的装置。约束区被构造成响应辐照而生成自由电荷载流子。光电流由响应辐照而生成的自由电荷载流子的至少一部分形成。光电探测器还包括用于影响约束区内的空间电荷载流子分布的装置，使得与未被偏置状态相比，在用于影响的装置的被偏置状态，更少的自由电荷载流子在约束区的边界处复合。用于影响的装置形成在衬底内并且通过用于电绝缘约束区的装置与约束区绝缘。

本发明的实施方式提供了一种用于制造光电探测器的方法。该方法包括：提供具有主表面的半导体衬底；在衬底内形成电绝缘衬底的约束区的绝缘装置；形成通过绝缘装置与约束区电绝缘的偏置电极装置；以及形成读出电极装置。读出电极装置包括接触约束区的不同部分的至少两个电极并且被构造成提供光电流，该光电流由响应辐照而生成的自由电荷载流子的至少一部分形成。