[发明专利]一种快速光电探测器

说明书

技术领域

本发明涉及电子元器件技术，具体的说是涉及一种快速光电探测器。

背景技术

光电探测器（Photo Detector），是利用半导体材料的光电效应制成的一种光探测器件。在光电探测器接收光照时，携带能量的光子进入光电二极管的PN结中，把能量传给共价键上的束缚电子，使部分电子挣脱共价键，从而产生电子-空穴对，称为光生载流子，它们在反向电压的作用下参与漂移运动，从而产生反向电流，称为光电流，如果在外电路接上负载，负载上就获得了电信号，从而实现了从光信号到电信号的转换。这些载流子产生的位置不同，在远离电场区域，产生的扩散载流子，其扩散速度比漂移运动速度要慢很多，所以在体内和远离所加电压区域里，载流子的运动以扩散为主，这也导致载流子变慢，从而使整个探测器频率特性变差，响应速度变慢。

公开号为CN102593132A的中国专利提出了一种新结构来消除慢光生载流子的方法。该结构采用标准CMOS工艺叠层差分双光电探测器，通过金属半导体金属型光电探测器和两种二极管型光电探测器（P+/N阱结型工作二极管和N阱/P衬底结型屏蔽二极管）的组合，屏蔽掉慢光生载流子，并在整体形成差分结构，得到两路相互隔离的光电流信号。该方法可以在保证整个探测器响应度的前提下提高整体的响应速度，不过由于采用了金属半导体金属型光电探测器，并且要形成一对差分信号，其参数也须精确计算，这也相应地增加了制作的工艺难度。

此外，公开号为US20090001434A的美国专利也提出了一种解决光生载流子速度较慢问题的方法。该方法采用纵向的PIN配置，以CMOS兼容的方式制造有效的光电二极管，结构为：P+硅衬底（阳极）/P-外延（I区）/N+（阴极）。由于其电压为纵向电压，使I区内也存在相对于传统光电二极管增大的电场，使得通过光入射而产生的载流子可以迅速流走。这种结构在解决纵向光生载流子时效果较好，不过由于在N+注入侧面也存在光生载流子，这些载流子由于离电极距离较远，无法快速流走，从而会影响了整体的响应速度。

综上，通过修改光电探测器的结构，来提高探测器响应速度的方法，结构设计复杂，且未能从根本上消除慢载流子产生的条件。而本专利中提出的快速光电探测器，结构更简单，更易实现，其利用现有工艺技术将纵向光电二极管中产生慢载流子的区域进行光信号屏蔽，避免了慢载流子的产生，从而大大提升了光电探测器的响应速度。此外，本专利中的光电探测器与现有工艺完全兼容，不需要制作复杂的结构，方式简单有效，不会增加工艺成本。

发明内容

本发明所要解决的，就是针对上述光电探测器存在的问题，提出了一种与目前工艺技术兼容的快速光电探测器。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种快速光电探测器，包括相连接的光电二极管和放大电路，所述光电二极管，包括N+衬底101、N-外延层102、阳极金属电极105和阴极金属电极106，所述N-外延层102设在N+衬底101的上端面，所述N-外延层102中设有P+注入区103，所述P+注入区103的上端面设有抗反射膜104和阳极金属电极105，所述放大电路由多个NMOS管108和PMOS管109组成，其特征在于，所述光电二极管与放大电路之间设置有遮光层，所述遮光层用于对非光敏区进行光屏蔽。

本发明总的技术方案，通过在N-外延层102上设置金属覆盖层107，将光电二极管周围的非光敏区用金属将光线屏蔽，从根本上消除了慢光生载流子的产生条件，大大提升了光电探测器的响应速度。

具体的，所述光电二极管的结构采用横向结构、纵向结构和横向与纵向相结合的结构中的一种。

具体的，所述遮光层为金属覆盖层107，所述金属覆盖层107和阳极金属电极105采用同一层金属版次且与阳极金属电极105相互独立。

本发明的有益效果为，从版图的角度提出了消除慢光生载流子的方法，其利用现有工艺技术将纵向光电二极管中产生慢光生载流子的区域进行光信号屏蔽，从根本上消除了慢光生载流子的产生条件，从而大大提升了光电探测器的响应速度；同时专利中的光电探测器与现有工艺完全兼容，不需要制作复杂的结构，方式简单有效，不会增加工艺成本。

附图说明

图1为本发明实施例1的光电探测器的截面示意图；

图2为本发明实施例1的光电探测器的版图示意图；

图3为传统的光电探测器中光电二极管的内部原理示意图；

图4为本发明实施例1的光电探测器中光电二极管的内部原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图，详细描述本发明的技术方案：