專利名稱：波長選擇性光電檢測器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種光電檢測器，特別涉及一種具有增大S/N比的波長選擇性光電檢測器。
背景技術：
光電檢測器用來檢測光信號，并且將光信號轉換為具有與光信號相同的信息的電信號。光電檢測器可以分類為使用熱電效應的檢測器和半導體光電檢測器等，其中，使用熱電效應的檢測器通過將入射紅外線轉換為電壓來允許光電檢測，并且半導體光電檢測器使用通過光吸收在半導體中產生載荷(carrier)。半導體光電檢測器可以是二極管型光電檢測裝置或光導型光電檢測器。通常，半導體光電檢測器使用硅和砷化鎵(GaAs)來形成。
圖1是雪崩型半導體光電檢測器的示意概念圖。
參照圖1，在傳統雪崩光電檢測器中，i(π)光吸收層13和p型放大層15介于p+型電極11與n型電極17之間。p+型電極11連接到外部負電極，而n型電極17連接到外部正電極。因此，雪崩光電檢測器通過將強的反偏壓施加于雪崩光電檢測器的兩端來驅動。
圖2是示出施加有反偏壓的雪崩光電檢測器的電場強度的圖。參照圖2，最強電場施加于p型放大層15。電場影響在光吸收層13中產生的電子和空穴的運動速率。
圖3是示出雪崩光電檢測器中的電子運動和空穴運動的概念圖。參照圖3，通過反偏壓注入的光載體在光吸收層13中吸收光能。因此，產生電子空穴對，并且它們由反偏壓加速。空穴向負電極加速，并且吸收到p+型電極11中，而電子向正電極加速，并且順序與施加強電場的p型放大層15的原子碰撞。因此，產生二次電子，從而放大電流。這就稱作“雪崩現象”。
圖4是如圖1所示的傳統雪崩光電檢測器的等效電路的示意電路圖。如圖4所示，在傳統雪崩光電檢測器中，噪聲電流Inoise和信號電流Isig流經該等效電路。
由于雪崩現象，雪崩光電檢測器可以檢測甚至是極其微弱的光信號。另外，結電容小且響應特性非常好。然而，傳統雪崩光電檢測器不僅導致因溫度升高而產生的熱噪聲即約翰遜-尼奎斯特(Johnson-Nyquist)噪聲，而且導致因具有寬帶寬的光電流的流動而產生的散射噪聲(shot noise)。因此，信噪(S/N)比惡化。為降低散射噪聲，應減小接收頻率的帶寬Δf和光電檢測器的暗電流。另外，當施加強的反偏壓時，需要解決因噪聲電流產生的光電檢測器的另外問題。
發明內容
本發明提供一種具有增大S/N比的光電檢測器。
根據本發明的一方面，提供一種光電檢測器，包括透明上電極，包括電容器；第一半導體層，位于上電極之下；光吸收層，位于第一半導體層之下，用于吸收光以產生電子空穴對；放大層，位于光吸收層之下，用于產生二次電子；第二半導體層，位于放大層之下；以及下電極，位于第二半導體層之下，并且包括與外部電阻并聯的電感。
該電容器包括在兩個薄傳導層之間形成的多個薄介質層，并且用作濾過具有特定波長頻帶的光的濾光器。
薄傳導層可以由ITO或ZnO形成。
薄介質層可以由SiO2或SiNx形成。
與外部電阻和外部電源歐姆接觸的結合區可以附于上電極的表面。
上電極，包括第一圓形電極，在與外部電源歐姆接觸的結合區所在的上電極中央形成；第二圓形電極，與第一圓形電極相隔預定距離，并且與外部電阻歐姆接觸的結合區附于此；以及圓形絕緣層，位于第一圓形電極與第二圓形電極之間。
下電極包括具有螺旋形線圈的絕緣層以用作電感器。另外，在下電極中形成空穴，從而與外部裝置歐姆接觸。
第一半導體層可以由p型半導體層形成，放大層可以由p+型半導體層形成，并且第二半導體層可以由n型半導體層形成。
根據本發明，上電極包括電容器，并且下電極包括電感器，從而形成用于消除高頻噪聲的LC諧振電路。另外，該電容器包括薄傳導層之間的多個薄介質層，從而用作僅濾過具有特定波長頻帶的光的濾光器。
通過參照附圖對本發明的優選實施例進行詳細描述，本發明的上述和其他特性和優點將會變得更加清楚，其中圖1是傳統雪崩光電檢測器的示意截面圖；圖2是示出雪崩光電檢測器中的電場強度的圖；圖3是示出雪崩光電檢測器中電子運動和空穴運動的示意概念圖；圖4是如圖1所示的傳統雪崩光電檢測器的等效電路的示意電路圖；圖5是根據本發明一個實施例的光電檢測器的示意概念圖；以及圖6是如圖5所示的光電檢測器的示意電路圖。
具體實施例方式
下面將參照附圖對根據本發明一個實施例的波長選擇性光電檢測器進行詳細描述。
圖5是根據本發明一個實施例的光電檢測器的示意概念圖。
參照圖5，光電檢測器30包括上電極31、第一半導體層33、光吸收層35、放大層37、第二半導體層39以及下電極41。
上電極31包括電容器C，它由迭置在一起的第一薄傳導層31a、薄介質層31b和第二薄傳導層31c組成。用于濾光的第一圓形電極位于第一薄傳導層31a的上表面的中央。圍繞著第一圓形電極形成圓形絕緣層，并且在圓形絕緣層的外面形成第二圓形電極。連接到外部電源的結合區附于第一圓形電極，并且連接到外部電阻的結合區附于第二圓形電極。
電容器C可以包括多個薄傳導層31a和31c以及多個薄介質層31b。薄傳導層31a可以由ITO或ZnO形成，而薄介質層3 1b可以由SiO2或SiNx形成。如果第一薄傳導層31a和第二薄傳導層31c由電介質材料形成，則電容器C可以用作選擇具有特定波長頻帶的光的濾光器，并且還最小響應具有其他波長頻帶的光。
當第一半導體層33為p型半導體層時，第二半導體層39由n型半導體形成。介于第一和第二半導體層33和39之間的放大層37由p型半導體形成，并且光吸收層35由n型半導體形成。在第一半導體層33攙有n型離子的情況下，第二半導體層39、放大層37和光吸收層35分別攙有p型離子、n型離子和p型離子。
下電極41包括如圖5所示形成螺旋形線圈41b的絕緣層41a，從而用作電感器。空穴41c在下電極41的中央形成，從而與外部裝置歐姆接觸。
根據本發明實施例的光電檢測器包括作為電容器的上電極31和作為電感器的下電極41，從而形成LC諧振電路。
如果將強的反偏壓施加于上電極31，則從通過上電極31入射的光中消除高頻噪聲元素。然后，通過第一半導體層33在光吸收層35中吸收光。在光吸收層35中吸收的光產生電子空穴對。在此，電子向n型第二半導體層39移動，而空穴向p型第一半導體層33移動。當向n型第二半導體層39移動的時候，電子與放大層37的原子碰撞，并且產生二次電子。因此，與接收光量成正比放大的電流流經光電檢測器。然后，光信號通過下電極41轉換為電信號，從而再現光信號的信息。
圖6是如圖5所示的光電檢測器的示意電路圖。
參照圖6，電容器C、光電檢測器結構PD和電感器L串聯，并且光電檢測器結構PD和電感器L與外部電阻R并聯。在此，不同于圖5，光電檢測器結構PD表示僅包括第一半導體層33、光吸收層35、放大層3和第二半導體層39而排除上電極31和下電極41的半導體裝置。
電源V的陰極連接到電容器C，而其陽極連接到電感器Lo噪聲電流In流經電源V，同時僅有信號電流Is流經外部電阻。電源的電壓V、電感器L的電壓VL、電感器L的感抗XL和電容器C的容抗XC之間的關系如下面方程1所示。
VL=XLXL+XCV=jwLjwL+1jwCV]]>隨著電容器C的電容增大，VL逼近V。另外，因為在高頻電路阻抗隨著感抗XL的增大而變高，所以電源的高頻噪聲由插入到光接收裝置與地面之間的連接部分中的感抗XL濾除。因此，本發明的光電檢測器可以設計為使外部電阻R的值小，這是因為僅有因光產生的信號電流IS流經外部電阻R。此外，由于電感器L和電容器C用作帶通濾波器，因此光電檢測器的S/N比可以用下面方程2表示。
S/N=P‾SPNS‾+PNT‾=(MePηhv)2XL2M2eΔf(ηePhv+ID)XL+4kTΔf]]>在此，M為增益， 為散射噪聲功率， 為熱噪聲功率，并且 為信號功率。本發明的光電檢測器可以設計為具有用于檢測具有特定頻帶的信號的電路結構，從而改善頻率選擇性。在該電路結構中，帶寬Δf和感抗XL減小，從而增大光電檢測器的S/N比。
如上所述，在本發明的光電檢測器中，上電極包括電容器并且下電極包括電感器，從而形成LC諧振電路。這樣就防止外部電阻存在噪聲，從而增大光電檢測器的S/N比。
另外，電容器包括迭置在一起的多個薄傳導層和多個薄介質層。因此，電容器可以用作濾過具有特定波長頻帶的光的濾光器。
盡管本發明是參照其優選實施例來具體描述的，但應該理解，本發明的范圍不限于上面詳細描述，它只是示例性的，而是應該理解本發明的范圍由所附權利要求限定。例如，本領域的普通技術人員可以采用能改善電容器和電感器性能的各種其他結構和方案。
權利要求
1.一種光電檢測器，包括透明上電極，包括電容器；第一半導體層，位于上電極之下；光吸收層，位于第一半導體層之下，用于吸收光以產生電子空穴對；放大層，位于光吸收層之下，用于產生二次電子；第二半導體層，位于放大層之下；以及下電極，位于第二半導體層之下，并且包括與外部電阻并聯的電感。
2.如權利要求1所述的裝置，其中，所述電容器包括在兩個薄傳導層之間形成的多個薄介質層，并且用作濾過具有特定波長頻帶的光的濾光器。
3.如權利要求2所述的裝置，其中，薄傳導層由ITO和ZnO之一形成。
4.如權利要求2所述的裝置，其中，薄介質層由SiO2和SiNx之一形成。
5.如權利要求2所述的裝置，其中，與外部電阻和外部電源歐姆接觸的結合區附于上電極的表面。
6.如權利要求5所述的裝置，其中，上電極包括第一圓形電極，在與外部電源歐姆接觸的結合區所在的上電極中央形成；第二圓形電極，與第一圓形電極相隔預定距離，并且與外部電阻歐姆接觸的結合區附于此；以及圓形絕緣層，位于第一圓形電極與第二圓形電極之間。
7.如權利要求1所述的裝置，其中，下電極包括具有螺旋形線圈的絕緣層以用作電感器。
8.如權利要求7所述的裝置，其中，在下電極中形成空穴，從而與外部裝置歐姆接觸。
9.如權利要求1所述的裝置，其中，第一半導體層由p+型半導體層形成。
10.如權利要求1所述的裝置，其中，放大層由p型半導體層形成。
11.如權利要求1所述的裝置，其中，第二半導體層由n型半導體層形成。
全文摘要
提供一種波長選擇性光電檢測器。該光電檢測器，包括透明上電極，包括電容器；第一半導體層，位于上電極之下；光吸收層，位于第一半導體層之下，用于吸收光以產生電子空穴對；放大層，位于光吸收層之下，用于產生二次電子；第二半導體層，位于放大層之下；以及下電極，位于第二半導體層之下，并且包括與外部電阻并聯的電感。該光電檢測器可以改善S/N比，并且僅濾過具有特定波長頻帶的光。
文檔編號H01L31/0328GK1512597SQ03148920
公開日2004年7月14日 申請日期2003年6月24日 優先權日2002年12月30日
發明者金俊永, 崔秉龍, 李銀京 申請人:三星電子株式會社