P型掺杂区工艺对Si基Pinned型光电二极管量子效率的影响

摘要：为了更全面、系统地分析Si基Pinned型光电二极管（PPD,pinned photodiode）量子效率的工艺敏感特性,基于考虑表面（SRH,shockley-read-hall）复合率模型的时域有限差分数值模拟方法,对不同P＋型表面层和P型外延（EPI,epitaxial）层工艺条件下PPD可见光谱量子效率的变化特征及物理机制进行了研究。结果表明,P＋型表面层离子束注入剂量和注入能量的增加分别引起非平衡载流子SRH复合率升高和PPD势垒区顶部下移,均可导致低于500nm波段量子效率的衰减,而后者进一步引起的势垒区纵向宽度缩减使该影响可持续至650nm波段;P型EPI掺杂浓度增加引起PPD势垒区底部上移,导致500~750nm波段量子效率的衰减;P型EPI厚度增加引起衬底强SRH复合区光电荷比重降低,导致高于700nm波段量子效率得到提升并趋向饱和。通过分析发现,Si基材料中光子吸收深度对波长的强依赖关系是导致两种P型掺杂区工艺条件对量子效率存在波段差异性影响的根本原因。

关键词：量子效率 工艺条件 数值模拟 

单位：西安微电子技术研究所 陕西西安710071