專利名稱：納米結(jié)構(gòu)的光電二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包含納米線作為pn或pin結(jié)一部分的光電二極管和雪崩光電二極管。
背景技術(shù)：
光電二極管(PD)是這樣類型的光檢測器，其能在暴露于光或其它電磁能時產(chǎn)生電 荷載子(charge carrier)。雪崩光電二極管(APD)是另一種類型的光檢測器器件，其進一 步產(chǎn)生電荷載子，包括倍增電荷載子，即內(nèi)部電流增益效應(yīng)，其能夠獲得高靈敏度。下文中， 當討論兩種類型光檢測器的共同特征時，PD和APD將共同簡稱為光電二極管。使用傳統(tǒng)平面技術(shù)制造的半導(dǎo)體光電二極管在兩個電觸頭(contact)之間包括垂 直pn結(jié)，即P型半導(dǎo)體層在η型半導(dǎo)體層上，或者垂直p-i-n結(jié)，即在ρ型和η型層之間存 在一個或多個中間本征或低摻雜半導(dǎo)體層。通過向雪崩光電二極管的P-i-n結(jié)施加反偏壓 以引起高電場下的雪崩倍增，雪崩光電二極管對從所吸收的光所產(chǎn)生的光電流執(zhí)行放大。 公知的是，半導(dǎo)體光電二極管的性能受限于高暗電流和噪聲。典型地，APD的p-i-n或p-n 結(jié)的不同部分由不同材料形成，以便提升例如光吸收區(qū)域和雪崩倍增區(qū)域的性能。例如，Si 提供了低噪聲特性，但限制了可檢測的波長。然而，對器件泄露電流(即，暗電流)的一個重 大貢獻源自于器件層中相當高的缺陷密度。當通過外延生長或晶片接合來組合相對于例如 晶格應(yīng)變不兼容的器件層時，這是顯著的。此外，APD還經(jīng)受由于高電場所造成的邊緣擊穿。 通過使用所謂保護環(huán)，可部分避免邊緣擊穿。然而，這限制了器件的有源區(qū)。目前，靈敏的光檢測器結(jié)構(gòu)尺寸由于與表面積的增加不成比例的增長的暗電流而 受限。另外，暗電流有隨時間增加的趨勢，這是因為半導(dǎo)體材料的降級導(dǎo)致的。最后，器件 由于短路而出現(xiàn)失效。在諸如APD之類的高內(nèi)部電場器件中這種效果特別顯著，這是由于 高電流水平將使降級加速。

發(fā)明內(nèi)容
現(xiàn)有技術(shù)的大面積光電檢測器具有關(guān)于高暗電流的缺陷，有限的靈敏度、可伸縮 性、及由短路帶來的有限可靠性。本發(fā)明的目的在于提供一種光電二極管，其可至少部分地 克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。根據(jù)本發(fā)明的光電二極管包括由布置在兩個觸頭之間的至少部分地由第一區(qū)域 和第二區(qū)域所形成的p-i-n或pn結(jié)，第一區(qū)域由具有第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料制成，第 二區(qū)域由具有與第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料制成。P-i-n或pn結(jié)包括 用于從所吸收的光產(chǎn)生電荷載子的光吸收區(qū)域。P-i-n或者pn結(jié)的一段包括一個或多個納 米線，它們被間隔開并布置為收集來自光吸收區(qū)域的電荷載子。優(yōu)選地，納米線從半導(dǎo)體襯 底或從布置在半導(dǎo)體襯底上的表面層伸出，并且半導(dǎo)體襯底或表面層包括所述第一區(qū)域。被提供在納米線與所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域中的一個之間的由低摻雜或本 征半導(dǎo)體材料制成的至少一個低摻雜區(qū)域?qū)崿F(xiàn)光電二極管和雪崩光電二極管的改進設(shè)計 和性能。
在本發(fā)明的一個方面中，提供了軸向光電二極管設(shè)計，其中第一導(dǎo)電類型的所述 第一區(qū)域是半導(dǎo)體襯底或表面層中的摻雜區(qū)域，并且低摻雜區(qū)域被提供在所述第一區(qū)域和 納米線之間。在本發(fā)明的另一個方面中，提供了徑向光電二極管設(shè)計，其中低摻雜區(qū)域以及可 選地摻雜區(qū)域被布置在核心殼配置中的每個納米線上。光電二極管并不限于這些軸向和徑向設(shè)計。一個或多個低摻雜區(qū)域可被提供在納 米線的兩側(cè)上，并且納米線一側(cè)上的平面層可與納米線另一側(cè)上的徑向?qū)咏Y(jié)合。在根據(jù)本發(fā)明一個實施例的雪崩光電二極管中，p-i-n結(jié)部分地由低摻雜區(qū)域形 成，該低摻雜區(qū)域由布置在半導(dǎo)體襯底或在半導(dǎo)體襯底上布置的表面層之中的第一導(dǎo)電類 型摻雜區(qū)域上的低摻雜或本征半導(dǎo)體材料制成。低摻雜區(qū)域包括雪崩倍增區(qū)域和可選地光 吸收區(qū)域。P-i-n結(jié)的另一個部分由一個或多個從低摻雜區(qū)域伸出的納米線形成。納米線 可被摻雜以提供與第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型的第二區(qū)域，或者納米線可被連接到 鄰近摻雜層，所述鄰近摻雜層與納米線在一起或獨自地提供所述第二區(qū)域。在根據(jù)本發(fā)明的雪崩光電二極管的另一個實施例中，通過第一低摻雜層、納米線、 以及布置在第二低摻雜層上的第二導(dǎo)電類型的第二摻雜層形成了 P-i-n結(jié)，其中第一低摻 雜層由布置在位于半導(dǎo)體襯底或表面層中的、第一導(dǎo)電類型的第一摻雜層上的第二導(dǎo)電類 型的低摻雜或本征半導(dǎo)體材料制成，所述納米線穿過電介質(zhì)層中的開口伸出到與第一導(dǎo)電 類型相反的第二導(dǎo)電類型的低摻雜或本征半導(dǎo)體材料的第二低摻雜層。通過第二低摻雜層 提供光吸收區(qū)域，并且通過第一低摻雜層來提供雪崩倍增區(qū)域。從在第二低摻雜層中吸收 的光所產(chǎn)生的電荷載子由納米線來收集并且由于反偏壓而被傳輸給第一低摻雜層。常用在平面技術(shù)中的很多限制可能源于材料組合中的受限靈活性的挑戰(zhàn)，主要是 由于晶格匹配限制。在硅上(根據(jù)本發(fā)明，其用于光電二極管的生產(chǎn))的例如III-V納米線 的直接生長的可能性，與通常使用的晶片接合技術(shù)相比，意味著很強的優(yōu)勢。由于本發(fā)明，可以提供具有改進的暗電流特性的光電二極管。本發(fā)明的進一步的 優(yōu)勢在于提供了這樣的光電二極管，其具有基本隨時間恒定的暗電流，從而極大降低了由 于短路造成的故障的風(fēng)險。替代地，根據(jù)本發(fā)明的光電二極管的納米線可以被設(shè)計為提供 斷路器行為。通過基于在納米線的至少一部分中建立的空間電荷將該部分用作電流限制結(jié)構(gòu)， 可進一步提高根據(jù)本發(fā)明的光電二極管的性能和可靠性。該空間電荷效應(yīng)產(chǎn)生了很高且可 被區(qū)分出的串聯(lián)電阻，其可能阻止過大的電流泄漏及器件失效。光電二極管的反向電阻還 可被增加，以使得光電二極管具有較高的擊穿電壓和改進的雪崩功能性。在從屬利要求中定義了本發(fā)明的實施例。當結(jié)合附圖和權(quán)利要求考慮時，后文對 本發(fā)明的詳細描述將使本發(fā)明其它目的、優(yōu)點和新穎特征變得明顯。


現(xiàn)將參考附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中
圖la-b示意性圖解說明了光電二極管，其中有源區(qū)域位于根據(jù)本發(fā)明的摻雜納米線 和摻雜襯底之間的共同本征層中；
圖加-b示意性地圖解說明了包含從摻雜襯底伸出的納米線的光電二極管，該摻雜襯底形成了 p-i-n結(jié)的一個區(qū)域，其中有源區(qū)域位于包圍每個納米線的本征層中，在圖加中， p-i-n結(jié)的其它摻雜區(qū)域通過從納米線再生長的共同結(jié)合(coalesced)半導(dǎo)體層而形成， 并且在圖2b中每個納米線被包圍在根據(jù)本發(fā)明的分離的摻雜半導(dǎo)體層中；
圖3示意性圖解說明了 在(a)中是軸向光電二極管設(shè)計的一個實施例，并且在(b)中 是根據(jù)本發(fā)明基于在硅上生長的InGaAs納米線的徑向光電二極管設(shè)計；
圖4示意性圖解說明了光電二極管，其包括兩個低摻雜層，由根據(jù)本發(fā)明的納米線分
1 ；
圖5示意性圖解說明了根據(jù)本發(fā)明的InGaAs/Si SAM APD ；
圖6示意性圖解說明了 在(a)中是圖5的InGaAs/Si SAM APD的電場圖和帶圖，在 (b)中是沒有偏壓的，且在(c)中是具有反偏壓的；以及
圖7示意性圖解說明了在根據(jù)本發(fā)明的納米線之下的結(jié)輪廓(junction profile)。
具體實施例方式在本發(fā)明中，半導(dǎo)體光電二極管的一段(section)通過使用納米線陣列被劃分，納 米線陣列典型地包含1到多于IOexpS)的、彼此間隔開的納米線?；緛碚f，納米線陣列的 納米線使光電二極管的P和η區(qū)域彼此連接，由此電荷載子由于偏壓而被納米線收集并被 高效地導(dǎo)走，所述電荷載子從光吸收區(qū)域中吸收的光所產(chǎn)生。這可被用于不同光檢測器，并 在下文針對光電二極管(PD)、雪崩光電二極管(APD)、以及分離的吸收倍增雪崩光電二極 管(SAM APD)進行具體描述。出于本申請的目的，術(shù)語納米線被解釋為在其寬度或直徑上基本具有納米尺寸的 結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)一般也被稱為納米晶須、納米棒等。在襯底上通過顆粒輔助生長或所謂VLS (蒸汽-液體-固體)機制形成納米線的基本過程被描述于美國專利第7，335，908號中，還 有不同類型的化學(xué)束外延和汽相外延方法，它們都是公知的。然而，本發(fā)明并不限于此類納 米線或VLS工藝。其它合適的用于生長納米線的方法在本領(lǐng)域中也是已知的，例如示于國 際申請第WO 2007/ 104781號中。從上述內(nèi)容可知納米線可在不使用顆粒作為催化劑的情 況下生長。因此選擇性生長的納米線和納米結(jié)構(gòu)、蝕刻的結(jié)構(gòu)、其它納米線、以及從納米線 制造的結(jié)構(gòu)都被包括在內(nèi)。盡管在使用平面技術(shù)制造的半導(dǎo)體器件中有特定的限制，例如連續(xù)層之間的晶格 失配，但是納米線技術(shù)提供了在連續(xù)層中選擇半導(dǎo)體材料的更好的靈活性，并由此提供了 適應(yīng)帶結(jié)構(gòu)的更大可能性。一個示例是III-V半導(dǎo)體納米線在硅襯底上的生長，其被用于 將在下文中描述的本發(fā)明實施例。納米線也潛在地具有比平面層更低的缺陷密度，并且通 過以納米線替換半導(dǎo)體器件中的平面層的至少部分，與缺陷相關(guān)的限制可以被減少。此外， 納米線提供了具有低缺陷密度的表面作為進一步外延生長的模板。參考圖1-4，詳細地，根據(jù)本發(fā)明的光電二極管包括至少部分由第一區(qū)域1和第二 區(qū)域2所形成的p-i-n或pn結(jié)。第一區(qū)域1由具有第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料制成，第二 區(qū)域2由具有與第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料制成，S卩，第一區(qū)域是ρ型 并且第二區(qū)域是η型或者第一區(qū)域是η型并且第二區(qū)域是P型。所述P-i-n或pn結(jié)還包 括用于從所吸收的光產(chǎn)生電荷載子的光吸收區(qū)域11。P-i-n或者pn結(jié)的一段包括納米線 7的陣列，其被間隔開并被布置為收集來自光吸收區(qū)域11的電荷載子。納米線之間的間隙可用電介質(zhì)材料、本征半導(dǎo)體材料、或低摻雜半導(dǎo)體材料來填充。該材料可能是透明的。納米線典型地在半導(dǎo)體襯底或布置在半導(dǎo)體襯底上的表面層上生長。半導(dǎo)體襯底 和/或表面層優(yōu)選地是根據(jù)本發(fā)明的光電二極管的一部分。光電二極管的納米線7然后從 半導(dǎo)體襯底3或布置在半導(dǎo)體襯底3上的表面層4伸出，并且半導(dǎo)體襯底3或表面層4包 括所述第一區(qū)域1。如上所述，光電二極管可包括pn結(jié)，其在結(jié)的每側(cè)上帶有相反導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體 材料。由于吸收進入光而產(chǎn)生的電荷載子通過結(jié)被分離并有助于光電流。吸收發(fā)生在耗盡 區(qū)或緊鄰耗盡區(qū)的區(qū)域中?？赏ㄟ^在P型和η型區(qū)域之間(優(yōu)選鄰近納米線)引入由低摻雜 或本征半導(dǎo)體材料制成的低摻雜區(qū)域來改變耗盡區(qū)的特性(例如寬度)，從而形成p-i-n結(jié)。 本質(zhì)上，p-i-n結(jié)的低摻雜區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了比pn結(jié)更寬的耗盡區(qū)。耗盡區(qū)以及由此的光吸收區(qū) 域可完全位于低摻雜區(qū)域中，或者其可延伸到任何鄰近區(qū)域內(nèi)，例如納米線和/或P或η區(qū) 域。本發(fā)明中納米線的主要作用并不是光吸收器，盡管其至少部分地被這樣使用。因此，光 吸收區(qū)域可與納米線7重疊。在本發(fā)明的一個實施例中，由低摻雜或本征半導(dǎo)體材料制成的至少第一低摻雜區(qū) 域10被提供在納米線7和相反導(dǎo)電類型的所述第一區(qū)域1和所述第二區(qū)域2中的一個之 間，以至少部分地形成P-i-n結(jié)的光吸收區(qū)域11。低摻雜區(qū)域10可被提供在納米線7的 任何一側(cè)或兩側(cè)上。出于本申請的目的，布置在半導(dǎo)體襯底或在半導(dǎo)體襯底上布置的表面 層之中的低摻雜區(qū)域10被稱為軸向設(shè)計，并且布置作為至少部分包圍每個納米線7的殼層 的低摻雜區(qū)域10被稱為徑向設(shè)計。然而，本發(fā)明并不限于純軸向或徑向設(shè)計。例如，不同 的殼層可與半導(dǎo)體襯底中的低摻雜區(qū)域組合。低摻雜區(qū)域有助于光吸收區(qū)域的形成，其基 本上位于鄰近半導(dǎo)體襯底的位置，或者在半導(dǎo)體襯底中，在包圍納米線的殼層中或者在從 納米線生長出的層中，盡管光吸收區(qū)域9可延伸到納米線7和/或所述第一和第二區(qū)域1、 2中。這種低摻雜區(qū)域也可用在光電二極管中，其用于p-i-n結(jié)中雪崩倍增區(qū)域的形 成。雪崩倍增和光吸收可至少部分地通過相同或不同的低摻雜區(qū)域來形成。此外，雪崩倍 增區(qū)域可至少部分地由納米線來形成。圖Ia示意性圖解說明了根據(jù)本發(fā)明的光電二極管的一個實施例，其包括了低摻 雜區(qū)域。光電二極管包括納米線7的陣列，其從布置在半導(dǎo)體襯底3上的表面層4伸出。如 圖Ia所示，每個納米線7的端部可被連接到共同的第一接觸裝置5。通過由ρ摻雜半導(dǎo)體 材料制成的半導(dǎo)體襯底3中的第一區(qū)域1和由η摻雜半導(dǎo)體材料制成的每個納米線7中的 第二區(qū)域2、及由低摻雜或本征材料制成的表面層4中的低摻雜區(qū)域10來形成p-i-n結(jié)。 用于從吸收的光產(chǎn)生電荷載子的光吸收區(qū)域11基本由低摻雜區(qū)域10來提供。所產(chǎn)生的電 荷載子由納米線7收集，這是由于反偏壓的p-i-n結(jié)。光吸收區(qū)域11可通過低摻雜區(qū)域10 自身形成，或者光吸收區(qū)域11可延伸到納米線7和/或第一區(qū)域1之中。圖Ib示意性圖 解說明了光電二極管，其中第一和第二區(qū)域1、2具有與圖Ia中的光電二極管相比相反的極 性，即，半導(dǎo)體襯底3是n型的并且納米線7是ρ型的。圖la-b的納米線結(jié)構(gòu)可被設(shè)計成 作為光電二極管或雪崩光電二極管來工作。雪崩光電二極管在反偏壓下工作，并且除了光 吸收區(qū)域外，低摻雜區(qū)域10提供了雪崩倍增區(qū)域。第二接觸裝置(未示出)可電連接到半導(dǎo) 體襯底的背側(cè)或其它位置。
圖1中圖解說明的實施例中的納米線7的使用實現(xiàn)了對導(dǎo)電路徑的分割，而不會 損失有源體積(active volume)。該分割的光電二極管顯示了與相應(yīng)的平面器件相比相當 大下降的暗電流，而不損失量子效率。在被簡單制造的同時，分割的光電二極管提供了解決 平面器件的高暗電流基本問題的簡單解決方案。圖加-b示意性地圖解說明了根據(jù)本發(fā)明的光電二極管的徑向設(shè)計的實施例。光 電二極管包含從半導(dǎo)體襯底3伸出的納米線7的陣列。至少部分地由第一區(qū)域1和第二區(qū) 域2形成p-i-n結(jié)，第一區(qū)域由半導(dǎo)體襯底中的具有第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料制成，第二 區(qū)域由包圍每個納米線的、具有與第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料制成。 在納米線7的陣列和所述第二區(qū)域2之間提供了低摻雜或本征區(qū)域10，以便提供用于產(chǎn)生 電荷載子的光吸收區(qū)域。應(yīng)該意識到的是有源區(qū)域的光吸收區(qū)域也可是P類型或η類型， 只要其摻雜的程度足夠低以在工作偏壓下被耗盡。第一和第二區(qū)域具有相反的摻雜極性， 這在這些實施例中被示例為η摻雜的第一區(qū)域和P類型第二區(qū)域，然而并不限于此。徑向 本征區(qū)域的形成是平面本征區(qū)域的替換性選擇，并且徑向方法簡化了良好定義的本征區(qū)域 的形成。此外，徑向配置將實現(xiàn)大耗盡效應(yīng)，形成以納米線為中心的圓柱形耗盡區(qū)域并向外 延伸到環(huán)繞的殼層中。在圖加中，第一區(qū)域1包括了半導(dǎo)體襯底3中的第一 η摻雜層，并且至少每個納 米線7的端部由殼層包圍，殼層包括通過第二 ρ摻雜層過度生長的低摻雜區(qū)域10，第二 ρ摻 雜層至少部分形成了所述第二區(qū)域2。優(yōu)選地，納米線7由低摻雜或本征半導(dǎo)體材料制成。 第二摻雜層包括大于納米線帶隙的單個帶隙或多個帶隙。電介質(zhì)層15或替代地低摻雜或 本征半導(dǎo)體層覆蓋了半導(dǎo)體襯底3的表面并圍繞著納米線7。ρ和η摻雜層及中間本征區(qū)域 和本征納米線形成了 p-i-n結(jié)。在基本對應(yīng)于殼層的低摻雜區(qū)域10的光吸收區(qū)域11中光 生了電荷載子。如圖加所示，摻雜層可能從納米線7再生長以形成共同結(jié)合的半導(dǎo)體層， 其從納米線再生長并且填充了納米線7之間的間隙。這促進了在摻雜層上形成共同第一觸 頭5。該光電二極管結(jié)構(gòu)結(jié)合寬范圍可檢測波長給出了高光密度，同時仍然保持著由納米線 方法帶來的低暗電流。在圖2b中，當?shù)诙诫s層從納米線7再生長時，納米線7之間留下間隙。間隙可 用電介質(zhì)材料、本征或低摻雜半導(dǎo)體材料來填充。間隙中的材料可能是透明的。由于這種 分離，每個納米線7定義了分離的光電二極管，其通過半導(dǎo)體襯底以及可選地通過在第二 摻雜層上布置的共同第一觸頭連接到鄰近納米線光電二極管。具體地，圖加-b的光電二極管可包括硅上的III-V半導(dǎo)體材料，舉例來說，由硅制 成的半導(dǎo)體襯底中的n+-Si層、本征InGaAs納米線、p-InGaAs低摻雜區(qū)域、以及包圍低摻 雜區(qū)域的P+ InGaAs層。如果n+_Si層對于入射光子是透明的，則這些光電二極管可穿過 n+_Si層而暴露于光，或者如果被選擇帶有高于底層的帶隙，則這些光電二極管可穿過ρ+ 層從頂側(cè)暴露于光。由于圖2示出的光電二極管的光吸收區(qū)域11位于光電二極管的納米 線側(cè)，可使用大量的其它III-V材料，并且因此帶寬范圍從長波長^(InSb, 0,17 eV)到高 UV(A1N, 6,2 eV)。材料選擇的高靈活性是由于納米線已經(jīng)展現(xiàn)出來的對晶格失配的基本 上高的容忍性。此外，直接在硅上外延生長III-V納米線中的最新發(fā)展實現(xiàn)了在大批量生 產(chǎn)友好的硅襯底上制造高質(zhì)量III-V材料，其明顯地降低了潛在的制造成本，同時避免了 目前晶片接合解決方案的缺陷。
本發(fā)明的光電二極管可包括第一接觸裝置5，其包括電連接到第二區(qū)域的頂部觸 頭。當光電二極管適于接收來自納米線側(cè)的光時，優(yōu)選的是透明的頂部觸頭。合適的透明 觸頭材料的示例是ITO和&10，然而并不限于此。頂部觸頭的另一個示例是重摻雜半導(dǎo)體， 其具有較寬的帶隙并對于入射輻射是透明的，以歐姆觸頭終結(jié)。在工作中，上述光電二極管由于在光吸收區(qū)域11中的電荷載子的產(chǎn)生而產(chǎn)生了 光電流。有源區(qū)域典型地在低摻雜區(qū)域之內(nèi)，但可能延伸到周圍的P和/或η型區(qū)域和/ 或納米線之中。光產(chǎn)生的電荷載子不可避免地導(dǎo)向納米線7并被導(dǎo)走，這是由于反偏壓極 性。當在p-i-n結(jié)的襯底部分中產(chǎn)生電荷載子時，最大納米線間隔應(yīng)該增加，以降低 暗電流。然而，納米線間隔受限于增加的俘獲(trapping)和復(fù)合(recombination)，并且從 而在間隔增加時，受限于降低的收集效率。從硅襯底伸出的納米線7優(yōu)選地以小于2 μ m(優(yōu) 選在0. 1和Ιμπι之間)的最大間隔被間隔開。一般地，最大間隔可依據(jù)少數(shù)電荷載子的最 大擴散長度來表達。在一個實施例中，當光吸收區(qū)域部分地未耗盡時，納米線7以小于少數(shù) 載子擴散長度的相鄰納米線7之間的最大間隔被間隔開。納米線7可以有序陣列布置，其 中相鄰納米線之間等間隔，但納米線7也可更隨機地分布，盡管仍具有不超過優(yōu)選間隔的 平均間隔。根據(jù)本發(fā)明的光電二極管不同于傳統(tǒng)的平面器件，在其中一個橫向?qū)?lateral layer)被分裂為大量的列。這種分裂的優(yōu)勢如上所述，納米線分割實現(xiàn)了材料、帶隙、摻雜 輪廓和/或程度及低缺陷密度的選擇的靈活性，其實現(xiàn)了改進的泄漏電流、工作電壓和服 務(wù)壽命。本發(fā)明的納米線光電二極管的基本優(yōu)勢在于電流通路被分割而不損失有源體積， 導(dǎo)致了較低的暗電流而不損失量子效率。器件物理特性對于徑向設(shè)計和軸向設(shè)計是類似 的，同時對于徑向P-i-n結(jié)構(gòu)增加的益處在于界面沿納米線的長度延伸并且決定性載子分 離發(fā)生在徑向方向上。收集距離預(yù)期會小于少數(shù)載子擴散長度，并且因此光產(chǎn)生載子可高 效地達到P-i-n結(jié)并且沒有大量的體復(fù)合。光電二極管的分割也可降低光電二極管的電容 并因此增加工作速度。納米線和納米結(jié)構(gòu)這二者都可被用在光電二極管中以利用分割效應(yīng)。換句話說， 納米線可具有不同的長度，即它是銀納米線(nanowie)或納米樁(nanostub)。參考圖3a，光電二極管的有源區(qū)域可基本在納米線之內(nèi)。在本發(fā)明的一個實施例 中，光電二極管包括η-摻雜半導(dǎo)體襯底3上的基本本征或低摻雜納米線。與襯底3相對的 納米線7的端部包圍在連接到第一接觸裝置5的ρ型半導(dǎo)體材料中。因此，基本上在納米 線中形成了耗盡區(qū)。耗盡區(qū)可包括光吸收區(qū)域，并且可選地還包括雪崩倍增區(qū)域?？墒褂?不同組成和/或摻雜程度的異質(zhì)結(jié)構(gòu)來設(shè)計納米線的帶隙。圖4示意性圖解說明了基于納米線的光電二極管的一個實施例，其包括至少部分 地由第一區(qū)域1和第二區(qū)域2形成的p-i-n結(jié)，第一區(qū)域1由具有第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體 材料制成，第二區(qū)域2由具有與第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料制成，即， 第一區(qū)域是P型且第二區(qū)域是η型或者第一區(qū)域是η型并且第二區(qū)域是P型。P-i-n結(jié)還 包括位于第一和第二區(qū)域1、2之間的低摻雜區(qū)域10，以便形成光吸收區(qū)域11。低摻雜區(qū)域 10通過納米線7的陣列被分為第一低摻雜層和第二低摻雜層，所述納米線7被布置為收集光吸收區(qū)域11中產(chǎn)生的電荷載子。所述第一區(qū)域1由半導(dǎo)體襯底3中第一導(dǎo)電類型的第 一摻雜層形成。由第一導(dǎo)電類型的低摻雜或本征半導(dǎo)體材料制成的第一低摻雜層被提供在 納米線陣列和所述第一區(qū)域1之間，典型地作為布置在半導(dǎo)體襯底3上的表面層。每個納 米線7穿過電介質(zhì)層15的開口伸出，或者穿過低摻雜或本征半導(dǎo)體層，直到第二導(dǎo)電類型 的第二低摻雜層。所述第二區(qū)域2至少部分地由布置在第二低摻雜層上的第二導(dǎo)電類型的 第二摻雜層形成。在工作中，從第二低摻雜層中的吸收光所產(chǎn)生的電荷載子通過納米線7 被收集，并傳輸給第一低摻雜層。舉例而言，在圖4的光電二極管結(jié)構(gòu)中，第一摻雜層包括η+ Si，第一低摻雜層包 括η- Si，第二低摻雜層包括ρ- InGaAs，并且第二摻雜層包括ρ+ InGaAs0圖5示意性圖解說明了基于納米線的APD的一個實施例，其包括至少部分地由第 一區(qū)域1和第二區(qū)域2形成的p-i-n結(jié)，第一區(qū)域1由具有第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料制 成，第二區(qū)域2由具有與第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料制成，S卩，第一區(qū) 域是P型且第二區(qū)域是η型或者第一區(qū)域是η型并且第二區(qū)域是ρ型。p-i-n結(jié)或pn結(jié)還 包括有源區(qū)域，用于從所吸收光產(chǎn)生電荷載子。所述p-i-n結(jié)還包括位于第一和第二區(qū)域 1、2之間的低摻雜區(qū)域10，以便形成有源區(qū)域。低摻雜區(qū)域10通過一個或多個納米線7被 分為第一低摻雜層和第二低摻雜層，納米線7被布置為收集有源區(qū)域的光吸收區(qū)域11中產(chǎn) 生的電荷載子。所述第一區(qū)域1由半導(dǎo)體襯底3中第一導(dǎo)電類型的第一摻雜層形成。由第 一導(dǎo)電類型的低摻雜或本征半導(dǎo)體材料制成的第一低摻雜層被提供在每個納米線7和所 述第一區(qū)域1之間，其典型地作為布置在半導(dǎo)體襯底3上的表面層，以便形成雪崩倍增區(qū)域 12。每個納米線7穿過電介質(zhì)層15中的開口伸出，或者穿過低摻雜或本征半導(dǎo)體層，到達 第二導(dǎo)電類型的第二低摻雜層，其中第二低摻雜層形成了光吸收區(qū)域11。所述第二區(qū)域2 至少部分地由布置在第二低摻雜層上的第二導(dǎo)電類型的第二摻雜層形成。在工作中，從第 二低摻雜層中吸收光所產(chǎn)生的電荷載子由于反偏壓而被納米線7收集，并被傳輸給第一低 摻雜層。舉例而言，在圖5的APD結(jié)構(gòu)中，第一摻雜層包括η+ Si，第一低摻雜層包括ρ- Si， 第二低摻雜層包括P- InGaAs，并且第二摻雜層包括ρ+ InGaAs0這種APD利用了具有高效 吸收InGaAs材料的硅的低噪聲倍增能力。在工作中，典型地從襯底側(cè)入射的紅外區(qū)(硅對 于所述紅外區(qū)是透明的)中的光子在P^nGaAs層中被吸收。在反偏壓下，光生的電子向硅 部分漂移，并注入到高場P-Si倍增區(qū)域之中。這一概念的重要優(yōu)點在于高場倍增區(qū)域與較 弱場光吸收區(qū)域物理分離。沒有這種分離，暗電流可能由于InGaAs區(qū)域中的齊納隧道效應(yīng) 而變得非常高，齊納隧道效應(yīng)是由于小帶隙和低電子有效質(zhì)量所造成的。這個設(shè)計的額外 優(yōu)點是暴露于高場的納米線更傾向于斷路行為，而不是短路。對于通信裝置，硅納米線APD是令人感到興趣的，這是因為低噪聲(雪崩噪聲)特 性。在標準平面外延生長技術(shù)中，由于較大的晶格失配，不可能形APD0晶片 接合是目前的唯一的替代方式，但由于巨大的泄露電流而使其結(jié)果令人失望。圖6示意性圖解說明了 在a)中是用于圖5實施例的反偏壓下的電場圖及該APD 的帶隙圖，在b)中是沒有偏壓的，并且在c)中是具有偏壓的。注意到P-Si的摻雜可以是 均勻或非均勻的，在低摻雜P區(qū)域中有高摻雜P+尖峰(spike)(厚度不超過幾百納米)。這 種所謂的Hi_L0 APD配置具有這樣的優(yōu)勢其在倍增區(qū)域中在較低電場下獲得高增益，這是由于在該區(qū)域中場接近均勻。雪崩多余噪聲也會更小，這是因為電離系數(shù)比在較低場處 更高。如果本征或低摻雜硅層被用來替代P-Si層，摻雜尖峰應(yīng)從剛剛離開界面處引入到 p-InGaAs 層。這種雪崩光電二極管可被設(shè)計成使得 -峰值電場足夠高，以實現(xiàn)雪崩；
-在可能是包圍納米線的徑向結(jié)合層的P- InGaAs區(qū)域中發(fā)生光生，并且電子被注入 到P- Si區(qū)域中；
-P- InGaAs區(qū)域完全耗盡；并且
-圖6中A處的p-Si區(qū)域中的電場足夠低，以阻止隧道效應(yīng)(對于具有約50% GaAs和 50% InAs 的 InGaAs 組合，Ei< 1. 5xl0exp5V/ cm)。后者是很關(guān)鍵的，這是因為如果場太高，暗電流隨偏壓而快速增加。此外，在圖5 的C處隧道效應(yīng)不太可能具有低梯度。根據(jù)本發(fā)明的光電二極管并不限于所示出的極性。pn配置可與np配置交換。帶 有相反極性的器件具有η型線對于制造角度來說可能更加方便。在納米線APD中，可在納米 線中使用兩種或更多材料來降低異質(zhì)結(jié)障礙，其將導(dǎo)致會減慢器件速度的載子堆積效應(yīng)。 例如，GaInAsP納米線可被使用，其中( 和P含量沿著納米線而改變。對于高速通信(大于
(Λ/s)這是特別重要的。如上所述，本發(fā)明使得提供這樣的光電二極管成為可能該光電二極管具有改進 的暗電流特性，從而使得制造改進的大面積器件成為可能。本發(fā)明的另外的優(yōu)點在于提供 了具有基本隨時間恒定的暗電流的光電二極管，從而極大降低了由于短路造成失效的風(fēng) 險。具體地，改進的暗電流特性對于在高反偏壓水平下工作的光電二極管(例如APD)是有 用的，這是因為半導(dǎo)體材料的退化由于局部高電場點(也被稱為微等離子體)的形成而被加 速。這可能將導(dǎo)致電流絲化(current filamentation)，局部加熱和最終過早的器件擊穿。 替代地，根據(jù)本發(fā)明的光電二極管的納米線可被設(shè)計為提供斷路器行為。該失效機制表現(xiàn) 為納米線電阻的大增，通常會增加幾個數(shù)量級，跟隨的是納米線上的高電場施加。斷路器行 為相對于短路行為是有優(yōu)勢的，這是因為在大陣列中一個或較少數(shù)目的納米線的失效將不 會很大地影響性能，而短路可能是有害的。此外，這種行為可被用來進一步提升根據(jù)本發(fā)明 的光電二極管的性能和可靠性，這是通過基于在納米線的至少一部分中建立的空間電荷而 將所述納米線部分用作電流限制結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)的。該空間電荷效應(yīng)產(chǎn)生了很高且可被區(qū)分出 的串聯(lián)電阻，其使得阻止過大的電流泄漏及器件失效成為可能。光電二極管的反向電阻也 可增加，以使得光電二極管具有較高的擊穿電壓和改進的雪崩功能性。根據(jù)本發(fā)明的基本納米線光電二極管已經(jīng)提供了改進的電流泄漏和暗電流特性。 根據(jù)本發(fā)明的納米線光電二極管的性能，特別是電流泄漏和暗電流特性可通過光電二極管 的合適設(shè)計而被進一步改進，以便在納米線之中形成耗盡區(qū)的理想傳播(spreading)。光 電二極管的臨界段在下文中被稱之為電流限制結(jié)構(gòu)，并且下文的說明和估計顯示了多個參 數(shù)，例如納米線的尺寸、摻雜程度、以及半導(dǎo)體材料，可被改變以獲得期望特性。在本發(fā)明的一個實施例中，根據(jù)本發(fā)明的光電二極管包括電流限制結(jié)構(gòu)。所述電 流限制結(jié)構(gòu)包括包圍在電介質(zhì)材料或低摻雜或本征材料中的每個納米線7的至少一部分， 由此在工作中所述部分適于至少部分地被耗盡，以便提供預(yù)定的空間電荷效應(yīng)。
電流限制效果可通過改變多個參數(shù)來設(shè)計，所述多個參數(shù)例如納米線的間隔； 摻雜程度；納米線部分的直徑和長度；或者通過在納米線中引入異質(zhì)結(jié)構(gòu)或通過改變材料組合?？梢栽诓粚怆姸O管有源區(qū)域造成很大影響的情況下設(shè)計電流限制結(jié)構(gòu)。因此 可獲得與電流限制結(jié)構(gòu)結(jié)合的大的有源區(qū)域。在反偏壓模式中，根據(jù)本發(fā)明，光電二極管的 有源區(qū)域基本上形成在鄰近每個納米線的低摻雜區(qū)域中。光電二極管包括電荷限制結(jié)構(gòu)， 其由從界面延伸到低摻雜區(qū)域的納米線的一部分形成。由于高電場，納米線至少部分地耗 盡并且建立了空間電荷。通過控制p-i-n結(jié)的特性和操作可獲得預(yù)定的電流限制效果?；?本上，該效果依賴于耗盡區(qū)延伸到納米線之中的程度。這可例如通過摻雜納米線及鄰近區(qū) 域來控制。電流限制結(jié)構(gòu)可能很小，同時具有大的光吸收區(qū)域。納米線中空間電荷電阻的粗略估計如下給出
V是跨過線長度7 (假定為約1微米)的電壓；J和I是納米線電流密度和電流。A是納 米線橫截面積(假定相應(yīng)于約100 nm的直徑)，vD是載子漂移速度，取約IO7 cm/s。半導(dǎo)體 的介電常數(shù)NW假定為約10。該估計顯示空間電荷電阻非常高并且這可用來 -最小化內(nèi)部泄露電流，即，暗電流；
-將電阻增加到平面技術(shù)所不能容易達到的水平； -在正向偏壓的P-i-n器件中建立巨大的空間電荷效應(yīng)；
-防止局部嚴重的器件失效，因為空間電荷不會影響反偏壓器件，除非存在浪涌(在擊 穿電壓附近的快速電流上升)； -設(shè)計I-V特征；等等
根據(jù)本發(fā)明的納米線光電二極管的不同實現(xiàn)可被設(shè)想在 -通信
-硅上的大面積、低Id器件；特別是長波長器件 -中紅外器件，特別是照相機；以及
-輻射硬化器件，特別地，使用包含諸如GaN之類的氮化物半導(dǎo)體的納米線。參考圖7，在平面技術(shù)中公知的問題是產(chǎn)生了摻雜輪廓，其引起器件周界處的局部 較高電場，導(dǎo)致了過早擊穿。為了避免這些，在平面雪崩光電二極管中使用了保護環(huán)。納米線方法消除了對保護環(huán)的需要，這是因為襯底中與每個納米線連接的半球形摻雜輪廓在距 納米線相同距離處產(chǎn)生了均勻的電場。圖7示意性圖解說明了從襯底伸出并在每個納米線 下具有半球形摻雜輪廓的納米線陣列。該半球形摻雜輪廓可以多種方式來實現(xiàn)，例如通過 在納米線生長期間的摻雜劑擴散，或在納米線生長之前的摻雜劑植入或擴散。替換性配置 是具有在納米線底部之間延伸的摻雜輪廓，以在納米線下給出同質(zhì)平面摻雜，從而避免保 護環(huán)。這在生長前或在納米線生長前在原地增加了一個制造步驟?？墒褂眉{米線和納米樁 這二者來消除保護環(huán)，但為了獲得斷路器行為，應(yīng)使用納米線。本發(fā)明實現(xiàn)了異質(zhì)結(jié)PD，其中實際上“任何”半導(dǎo)體材料可被結(jié)合。這是可能的， 因為納米線可在半導(dǎo)體襯底或?qū)由仙L，而與晶格失配無關(guān)?？杀皇褂玫牟牧系姆秶鷱闹?少^iSb (0, 17 eV)到AlN (6,2 eV)，允許從遠紅外到紫外的光電流響應(yīng)。一般地，吸收區(qū) 域的材料與納米線或納米樁的材料相同，不過如果吸收材料具有小的帶隙，將有益的是具 有更高帶隙的納米線以進一步降低暗電流，其利用與吸收層的梯度界面以允許經(jīng)由納米線 的良好載子收集。盡管實施例已經(jīng)以InGaAs/Si結(jié)構(gòu)作為示例進行了描述，但其它III-V材料也可 使用，例如InAsP以及h、Ga、As、及P的任何不同組合，以及其它半導(dǎo)體襯底可被使用。如 本領(lǐng)域技術(shù)人員所意識到的，化合物的化學(xué)計量性成分(stochiometric composition)可 以改變。用于摻雜的合適材料在本領(lǐng)域是公知的。沒有大量摻雜劑種類存在的半導(dǎo)體材料通常被稱為本征半導(dǎo)體材料，其被指定為 p-i-n結(jié)中的i。出于本申請的目的將意識得到的是，本征區(qū)域或材料也可以是其載子濃度 與本征值基本相當或相等的區(qū)域，其被無意摻雜或低摻雜P型或η型。光探測器中的不同區(qū)域可包括多個不同成分的層，或者甚至帶有成分梯度或具有 梯度摻雜輪廓的層。盡管在本申請實施例中的描述不帶有這種異質(zhì)結(jié)，但它意在落入本申 請范圍內(nèi)。僅舉例而言，可通過具有上文描述的核心殼結(jié)構(gòu)并使用納米線中的異質(zhì)結(jié)構(gòu)段 代替摻雜半導(dǎo)體襯底而獲得Pn或p-i-n結(jié)。此外，器件可一般被設(shè)計為在雪崩模式下工作， 盡管這沒有在說明書中明確公開。貫穿本申請中使用了表面層，以表示布置在半導(dǎo)體襯底上的半導(dǎo)體層。此類層通 常被稱為緩沖層，由于層的有限的厚度，其經(jīng)常提供一維特性。根據(jù)本發(fā)明的表面層在厚度 上不受限，在一維特性上也不受限。相反，表面層可具有類體(bulk-like)的特性。盡管已經(jīng)用“頂部”、“垂直”、“背部”等術(shù)語描述了本發(fā)明，但光檢測器器件在空間 中的物理取向并不重要。這些術(shù)語僅用來描述光檢測器的不同特征之間的相互關(guān)系。盡管已經(jīng)結(jié)合目前所知最實際及優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行了描述，但應(yīng)該理解的 是本發(fā)明并不限于所公開的實施例。相反，意在覆蓋所附權(quán)利要求之內(nèi)的各種變形和等同 布置。
權(quán)利要求
1.一種光電二極管，包括至少部分由第一區(qū)域(1)和第二區(qū)域(2)所形成的p-i-η或 pn結(jié)，所述第一區(qū)域(1)由具有第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料制成，并且所述第二區(qū)域(2)由 具有與所述第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料制成，其中，所述p-i-n或pn 結(jié)包括用于從所吸收的光產(chǎn)生電荷載子的光吸收區(qū)域(11)，其特征在于，所述P-i-n或者 pn結(jié)的一段包括納米線(7)的陣列，其被間隔開并被布置為傳送來自所述光吸收區(qū)域(11) 的所述電荷載子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電二極管，其中所述p-i-n或pn結(jié)至少包括由低摻雜或 本征半導(dǎo)體材料制成的第一低摻雜區(qū)域(10)，其被提供在所述納米線(7)與所述第一區(qū)域 (1)和所述第二區(qū)域O)中的一個之間，并且所述光吸收區(qū)域(11)基本上在所述第一低摻 雜區(qū)域(10)內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光電二極管，其中所述p-i-n或pn結(jié)進一步包括雪崩 倍增區(qū)域(12)，用于倍增在所述光吸收區(qū)域(11)中產(chǎn)生的電荷載子。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光電二極管，其中所述雪崩倍增區(qū)域(1 和所述光吸收區(qū) 域(11)基本上在所述第一低摻雜區(qū)域(10)內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電二極管，包括由低摻雜或本征半導(dǎo)體材料制成的、被提 供在所述納米線(7)與所述第一區(qū)域(1)之間的第一低摻雜區(qū)域和由低摻雜或本征半導(dǎo)體 材料制成的、被提供在所述納米線(7)和所述第二區(qū)域( 之間的第二低摻雜區(qū)域，其中所 述第二低摻雜區(qū)域被布置為促進用于產(chǎn)生電荷載子的光吸收區(qū)域(11)的形成，并且所述第 一低摻雜區(qū)域被布置為促進雪崩倍增區(qū)域(12)的形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的光電二極管，其中所述納米線(7)從半導(dǎo)體襯底 (3)或布置在所述半導(dǎo)體襯底(3)上的表面層(4)伸出，并且所述半導(dǎo)體襯底(3)或所述表 面層(4)包括所述第一區(qū)域(1)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光電二極管，其中第一導(dǎo)電類型的所述第一區(qū)域(1)是所述 半導(dǎo)體襯底(3)或所述表面層(4)中的摻雜區(qū)域，并且所述第一低摻雜區(qū)域(10)被提供在 所述第一區(qū)域(1)和所述納米線(7)之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光電二極管，其中第二導(dǎo)電類型的所述第二區(qū)域(2)至少部分地由納米線(7)的陣列形成；所述第一區(qū)域(1)至少部分地由所述半導(dǎo)體襯底(3 )中的第一導(dǎo)電類型的第一摻雜層 形成；并且由第一導(dǎo)電類型的低摻雜或本征半導(dǎo)體材料制成的第一低摻雜層被提供在納米線(7) 的陣列與所述第一區(qū)域(1)之間，以便至少部分地形成所述第一低摻雜區(qū)域(10)。
9.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的光電二極管，其中所述第一區(qū)域(1)由所述半導(dǎo)體襯底(3)中的第一導(dǎo)電類型的第一摻雜層形成；由低摻雜或本征半導(dǎo)體材料制成的第一低摻雜層被提供在納米線(7)和所述第一區(qū)域 (1)之間；所述納米線(7)穿過電介質(zhì)層(15)或低摻雜或本征半導(dǎo)體層中的開口伸出到所述第 二導(dǎo)電類型的第二低摻雜層，其中所述第二低摻雜層形成所述光吸收區(qū)域(11)；以及所述第二區(qū)域(2)至少部分地由布置在第二低摻雜層上的第二導(dǎo)電類型的第二摻雜層 形成；由此從所述第二低摻雜層中吸收的光所產(chǎn)生的電荷載子被所述納米線(7)收集并被傳輸?shù)降谝坏蛽诫s層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光電二極管，其中所述第一摻雜層包括η+Si，所述第 一低摻雜層包括η- Si，所述第二低摻雜層包括ρ- InGaAs，并且所述第二摻雜層包括ρ+ InGaAs0
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光電二極管，其中所述第一摻雜層包括η+Si，所述第 一低摻雜層包括P- Si，所述第二低摻雜層包括ρ- InGaAs，并且所述第二摻雜層包括ρ+ InGaAs，并且所述第一摻雜層適于形成所述雪崩倍增區(qū)域(12)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項所述的光電二極管，其中每個納米線(7)的至少一部 分被殼層所包圍，所述殼層包括通過第二摻雜層過度生長的低摻雜區(qū)域，所述第二摻雜層 至少部分地形成所述p-i-n結(jié)的所述第二區(qū)域。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的光電二極管，進一步包括電流限制結(jié)構(gòu)，其中 所述電流限制結(jié)構(gòu)包括包圍在電介質(zhì)材料、絕緣材料、或者低摻雜或本征材料中的每個納 米線(7)的至少一部分，由此在工作中所述部分適于至少部分地被耗盡以便提供預(yù)定的空 間電荷效應(yīng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光電二極管，其中所述電流限制結(jié)構(gòu)的所述納米線部分 被摻雜。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的光電二極管，其中所述納米線(7)由低摻雜或 本征半導(dǎo)體材料制成。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的光電二極管，其中所述納米線(7)由III-V半 導(dǎo)體材料制成。
17.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光電二極管，其中所述光吸收區(qū)域(9)包括選自以下 組的半導(dǎo)體材料中的一個或多個InGaAs、InAsP、以及InGaAsP。
18.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的光電二極管，其中所述半導(dǎo)體襯底包括硅。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電二極管，進一步包括電連接到所述第一區(qū)域(1)和所 述第二區(qū)域(2)之一的透明觸頭。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電二極管，其中所述納米線(7)被布置為提供雪崩倍增 區(qū)域(12)。
21.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光電二極管，其中所述半導(dǎo)體襯底(3)或所述表面層(4)包 括與每個納米線(7)連接的半球形摻雜輪廓。
全文摘要
本發(fā)明提供一種光電二極管，其包括至少部分由第一和第二區(qū)域(2)形成的p-i-n或pn結(jié)，所述第一和第二區(qū)域(2)由具有相反導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料制成，其中p-i-n或pn結(jié)包括光吸收區(qū)域(11)，用于從所吸收的光產(chǎn)生電荷載子。p-i-n或者pn結(jié)的一段包括一個或多個納米線(7)，其被間隔開并且被布置為收集在光吸收區(qū)域(11)中產(chǎn)生的電荷載子。在納米線(7)與所述第一區(qū)域(1)和所述第二區(qū)域(2)中的一個之間提供的由低摻雜或本征半導(dǎo)體材料制成的至少一個低摻雜區(qū)域(10)，實現(xiàn)了有源區(qū)域(9)的定制的光吸收區(qū)域和/或雪崩倍增區(qū)域。
文檔編號H01L31/0352GK102144298SQ200980134580
公開日2011年8月3日 申請日期2009年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月4日
發(fā)明者F·卡帕索, J·奧爾森, L·薩穆爾森 申請人:昆南諾股份有限公司