專利名稱：硅光電器件以及利用該硅光電器件的圖像輸入/輸出裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硅光電器件以及利用該硅光電器件的圖像輸入/輸出裝置，更具體地，本發(fā)明涉及一種能夠發(fā)射并接收光的硅光電器件以及利用該硅光電器件以便在逐個像素的基礎(chǔ)上輸入/輸出圖像信號的圖像輸入/輸出裝置。
背景技術(shù)：
利用硅半導(dǎo)體襯底的一個優(yōu)點是硅半導(dǎo)體襯底能夠在襯底之中集成邏輯元件、運算元件和驅(qū)動元件中確保優(yōu)良的可靠性和高集成度。硅半導(dǎo)體襯底的另一個優(yōu)點是由于硅的低價格、因此硅半導(dǎo)體襯底與化合物半導(dǎo)體相比能夠以更低的成本獲得高檔的集成電路。這就是為什么大多數(shù)集成電路采用硅(Si)作為基底材料的原因。
因為硅具有使光發(fā)射困難的間接躍遷(transition)能帶帶隙，因此通常采用具有直接躍遷能帶帶隙并提供優(yōu)良發(fā)光特性的化合物半導(dǎo)體材料來制造發(fā)光器件例如LED。
只有當(dāng)施加超過預(yù)定閾值的電流時，這些發(fā)光器件才會發(fā)射光。因此，為了提供適合電平下的電流，每一個發(fā)光器件都需要一個放大電路和/或一個開關(guān)電路。放大電路將小電流放大至使發(fā)光器件產(chǎn)生振蕩的電平并且開關(guān)電路控制光發(fā)射的開/關(guān)操作。
由于混合式結(jié)，在半導(dǎo)體制造工藝中集成制造具有由硅制造的放大電路和/或開關(guān)電路并由化合物半導(dǎo)體材料制造的發(fā)光器件是不切實際的。因此，必須建立在由化合物半導(dǎo)體材料制造的發(fā)光器件之外的單獨工藝中制造的放大電路和/或開關(guān)電路。
然而，由于在外圍電源線中的電抗和寄生電容效應(yīng)，因此在發(fā)光元件之外提供單獨制造的放大電路就難于實現(xiàn)高速開關(guān)。
此外，當(dāng)使用由化合物半導(dǎo)體材料制造的發(fā)光元件陣列作為顯示器件，例如必須在每個發(fā)光元件之外提供開關(guān)電路時，那么就在逐個像素的基礎(chǔ)上產(chǎn)生光發(fā)射。然而，這就難于控制在逐個像素的基礎(chǔ)上的用作光發(fā)射的電流的接通和關(guān)斷時間，其防礙對發(fā)光持續(xù)時間的控制。
同時，為了對所需物體照相并將它的照片傳輸?shù)狡渌揭约霸诒O(jiān)視器上顯示從其它方發(fā)送的圖像，考慮到Internet(互連網(wǎng))上的通信和移動電話的使用，就存在漸增的需求。
為了滿足這些漸增的需求，如圖1所示，已經(jīng)非常普及地安裝了計算機系統(tǒng)中的除了用于顯示圖像的監(jiān)視器1之外的單獨的照相機2，其使操作者能對所需物體照相并將它的照片轉(zhuǎn)送到其它方。在圖1中，附圖標(biāo)記3和4分別表示主機和用于輸入字符的鍵盤。
由于常規(guī)的顯示器例如典型的計算機顯示器只能顯示圖像，因此為了與其它方進(jìn)行可視通信，就需要單獨的照相機來通過操作者對所需的物體照相。
為了給他自己/她自己照相并不防礙在顯示器上觀看該圖像，操作者必須遠(yuǎn)離顯示器安置照相機。這就產(chǎn)生一個問題，其中就不能給在顯示器上正前方觀看圖像的操作者進(jìn)行照相，降低了交互式可視通信中的逼真性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種在硅基底襯底上形成所述的硅光電器件，并且其具有用于執(zhí)行開關(guān)和/或放大功能的內(nèi)置電路，以便可以選擇性地進(jìn)行光的發(fā)射和接收、易于控制光的發(fā)射和接收的持續(xù)時間并可在連續(xù)的半導(dǎo)體制造工藝中進(jìn)行制造。
本發(fā)明還提供一種使用能夠用于每個象素的光發(fā)射和光接收的硅光電器件陣列的圖像輸入/輸出裝置。圖像輸入/輸出裝置能夠在單一屏上顯示圖像、通過給所需物體照相并能觀察顯示的圖像來產(chǎn)生電圖像信號、或者將光信息直接輸入顯示屏，由此實現(xiàn)雙向信息傳輸。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種硅光電器件，包括n-型或p-型硅基底襯底；光電器件部分，包含在襯底的一部分上以預(yù)定的與襯底相反類型的雜質(zhì)超淺摻雜以便產(chǎn)生光的發(fā)射和接收的摻雜區(qū)和在襯底的背面的一部分上形成的半導(dǎo)體材料區(qū)，半導(dǎo)體材料區(qū)具有與襯底相反的導(dǎo)電類型由此形成疊置結(jié)構(gòu)和摻雜區(qū)，由此光電器件具有內(nèi)置的一級晶體管(one-steptransistor)；在光電器件部分的一個側(cè)面上形成并公用襯底的開關(guān)部分，用于在光電器件部分選擇性地產(chǎn)生光的發(fā)射和接收；以及電極結(jié)構(gòu)，將用于控制光的發(fā)射和接收的電信號和/或電源輸入到光電器件部分和開關(guān)部分和/或輸出光接收信號。
這里，電極結(jié)構(gòu)包括當(dāng)位于具有疊置結(jié)構(gòu)的光電器件部分最外側(cè)部分處的半導(dǎo)體材料區(qū)是第一半導(dǎo)體材料區(qū)，并且靠近第一半導(dǎo)體材料區(qū)內(nèi)側(cè)的半導(dǎo)體材料區(qū)是第二半導(dǎo)體材料區(qū)時，第一控制極電連接到第二半導(dǎo)體材料區(qū)；第一控制極電連接到摻雜區(qū)；并且第二控制極電連接到第二半導(dǎo)體材料區(qū)。
其中電極結(jié)構(gòu)還包括絕緣膜、高阻材料層和第二半導(dǎo)體材料區(qū)，絕緣膜形成在第二半導(dǎo)體材料區(qū)的一部分上，第一控制極形成在高阻材料層上，高阻材料層形成在絕緣膜和第二半導(dǎo)體材料區(qū)上，其中第一控制極通過絕緣膜與狹窄區(qū)域上的第二半導(dǎo)體材料區(qū)電連接、高阻材料層形成在第一控制極和第二半導(dǎo)體材料區(qū)之間。
此外，本發(fā)明提供硅光電器件的另一個實施例，該硅光電器件包括n-型或p-型硅基底襯底；光電器件部分，包含在襯底的一部分上以預(yù)定的與襯底相反類型的雜質(zhì)超淺摻雜以便產(chǎn)生光的發(fā)射和接收的摻雜區(qū)和在襯底的背面的一部分上形成的半導(dǎo)體材料區(qū)，其中半導(dǎo)體材料區(qū)具有與襯底相反的導(dǎo)電類型由此與摻雜區(qū)形成疊置結(jié)構(gòu)，由此光電器件具有內(nèi)置的一級晶體管；在光電器件部分的一個側(cè)面上形成并公用襯底的開關(guān)部分，用于在光電器件部分中選擇性地產(chǎn)生光的發(fā)射和接收；以及電極結(jié)構(gòu)，其將用于控制光的發(fā)射和接收的電信號和/或電源輸入到光電器件部分和開關(guān)部分并輸出光接收信號。
這里，開關(guān)部分具有金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)結(jié)構(gòu)，并且電極結(jié)構(gòu)還包含所有都在開關(guān)部分上設(shè)置的第二控制極以及第三和第四控制極。此外，第三電極或第四電極其中之一可以電連接到摻雜區(qū)。
作為一種替換，開關(guān)部分可以具有雙極結(jié)型晶體管結(jié)構(gòu)，并且電極結(jié)構(gòu)還包含在開關(guān)部分中設(shè)置的基極電極、發(fā)射極電極和集電極電極。
這里，可以通過摻雜在襯底上形成基極、通過摻雜在基極上形成發(fā)射極并通過摻雜在基極的一個側(cè)面上形成集電極來形成開關(guān)部分。
在此情況下，希望集電極一個側(cè)面上的基極和發(fā)射極的邊界之間的間隙足夠窄。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種具有由多個硅光電器件組成能夠輸入并輸出圖像的在n-型或p-型硅基底襯底上以二維陣列排列的硅光電器件屏的圖像輸入/輸出裝置。每一個硅光電器件包含光電器件部分，包含在襯底的一部分上以預(yù)定的與襯底相反類型的雜質(zhì)超淺摻雜以產(chǎn)生光的發(fā)射和接收的摻雜區(qū)和在襯底的背面上形成的多個半導(dǎo)體材料區(qū)，半導(dǎo)體材料區(qū)的至少一部分半導(dǎo)體材料區(qū)與摻雜區(qū)形成疊置結(jié)構(gòu)，靠近襯底的半導(dǎo)體材料區(qū)具有與襯底相反的導(dǎo)電類型并且鄰近的半導(dǎo)體材料區(qū)彼此具有彼此相反的導(dǎo)電類型以便光電器件具有內(nèi)置的兩個或多級晶體管；在光電器件部分的一個側(cè)面上形成并公用襯底的開關(guān)部分，用于在光電器件部分中選擇性地產(chǎn)生光的發(fā)射和接收；以及將用于控制將光的發(fā)射和接收的電信號和/或電源輸入到光電器件部分和開關(guān)部分和/或輸出光接收信號的電極結(jié)構(gòu)，由此能夠通過相同的硅光電器件輸入并輸出圖像。形成電極圖案以便能夠在逐個像素的基礎(chǔ)上選擇性地將圖像輸入到硅光電器件屏并從硅光電器件屏中輸出圖像。
可選地，本發(fā)明提供具有由多個硅光電器件組成、能夠輸入并輸出圖像的在n-型或p-型硅基底襯底上以二維陣列排列的硅光電器件屏的圖像輸入/輸出裝置的另一個實施例。每一個硅光電器件包含具有內(nèi)置的一級晶體管的光電器件部分；在光電器件部分的一個側(cè)面形成并公用襯底的開關(guān)部分，用于在光電器件部分中選擇性地產(chǎn)生光的發(fā)射和接收；以及將用于控制將光的發(fā)射和接收的電信號和/或電源輸入到光電器件部分和開關(guān)部分和/或輸出光接收信號，由此能夠通過相同的硅光電器件輸入并輸出圖像的電極結(jié)構(gòu)。這里，光電器件部分包含在襯底的一部分上以預(yù)定的與襯底相反類型的雜質(zhì)超淺摻雜以便產(chǎn)生光的發(fā)射和接收的摻雜區(qū)以及在襯底的背面上形成的半導(dǎo)體材料區(qū)，半導(dǎo)體材料區(qū)具有與襯底相反的導(dǎo)電類型并由此與摻雜區(qū)形成疊置結(jié)構(gòu)以便光電器件具有內(nèi)置的一級晶體管。形成電極圖案以便能夠在逐個像素的基礎(chǔ)上選擇性地將圖像輸入到硅光電器件屏并從硅光電器件屏中輸出圖像。
這里，在硅光電器件屏中，可以設(shè)置對于每個象素的用于發(fā)射并接收光的三個或多個硅光電器件。在此情況下，希望設(shè)計對應(yīng)于每個象素的三個或多個硅光電器件以便發(fā)射和/或接收用于表示彩色圖像的不同波長的光。
此裝置還包含用于在硅光電器件屏的正面上顯示特定彩色圖像的濾色器。此外，此裝置還用于數(shù)字電視，其中光遙控器用于將信息輸入到顯示屏或選擇顯示屏上的菜單。


通過參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，本發(fā)明的上述目的和優(yōu)點將變得更加明顯，其中圖1簡要示出典型的計算機系統(tǒng)；圖2示出根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的硅光電器件及其外圍驅(qū)動電路；圖3示出當(dāng)利用非均勻擴散將圖2的摻雜區(qū)形成為超淺深度時的p-n結(jié)中形成的縱向和橫向量子阱(QW′)的能帶；圖4示出圖2中所示的光電器件部分的等效結(jié)構(gòu)；圖5示出圖2中所示的光電器件部分的等效電路；圖6示出用于圖2中所示的具有內(nèi)置兩級晶體管的光電器件部分的等效符號表示；圖7示出圖2硅光電器件的等效符號表示和用于驅(qū)動硅光電器件的外圍驅(qū)動電路；圖8是說明圖2的硅光電器件工作的時序圖；圖9簡要示出根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的硅光電器件；圖10簡要示出根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的硅光電器件；圖11示出圖10中所示的光電器件部分的等效電路；圖12示出根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的硅光電器件及其外圍驅(qū)動電路；圖13是圖12的硅光電器件的等效電路圖；圖14簡要示出根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的圖像輸入/輸出裝置；圖15是簡要示出根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的圖像輸入/輸出裝置的分解透視圖；圖16是簡要示出圖5中所示的濾色器結(jié)構(gòu)的平面圖；圖17簡要示出根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的圖像輸入/輸出裝置；圖18示出根據(jù)本發(fā)明的實施例用作數(shù)字電視的圖像輸入/輸出裝置。
具體實施例方式
參照圖2，根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的硅光電器件10包含n-型或p-型硅基底襯底11；光電器件部分20，用于產(chǎn)生光的發(fā)射和接收；在光電器件部分20的一個側(cè)面形成的、與光電器件部分20共用襯底11的開關(guān)部分30，用于選擇性地產(chǎn)生光的發(fā)射和接收；以及電極結(jié)構(gòu)，將用于控制光的發(fā)射和接收的電信號和/或電源輸入到光電器件部分20和開關(guān)部分30并輸出光接收信號。
襯底11是由含有硅(Si)例如Si、碳化硅(SiC)或金剛石并且由n-型或p-型材料摻雜的預(yù)定半導(dǎo)體材料構(gòu)成的硅基半導(dǎo)體襯底。
光電器件部分20由與襯底11的相反導(dǎo)電類型的超淺摻雜區(qū)25和在襯底11的背面形成的多個半導(dǎo)體材料區(qū)21和23組成，淺摻雜區(qū)25形成在襯底11的一部分上，半導(dǎo)體材料區(qū)21和23的至少一部分半導(dǎo)體材料區(qū)與摻雜區(qū)25形成疊置結(jié)構(gòu)(由圖2中的虛線表示的部分A)。光電器件部分20構(gòu)成為具有內(nèi)置的兩個或多級晶體管。
通過非均衡擴散或注入工藝注入預(yù)定的雜質(zhì)來形成摻雜區(qū)25以便產(chǎn)生并接收光。
例如，通過非均衡擴散、通過控制膜的開口(未示出)將預(yù)定雜質(zhì)例如硼或磷注入襯底11中來形成與襯底11相反摻雜類型例如p+-型的摻雜區(qū)25。
即，如果由n-型摻雜襯底11，那么摻雜區(qū)25就由p+-型摻雜。另一方面，如果由p-型摻雜襯底11，那么摻雜區(qū)25就由n+-型摻雜。
這里，當(dāng)形成摻雜區(qū)25時控制膜作為掩膜，以便摻雜區(qū)25在襯底11上形成為所需的超淺厚度。在已經(jīng)形成如圖2所示的摻雜區(qū)25之后，可以從襯底11去除控制膜或在襯底11的一部分上保留控制膜。
優(yōu)選地，在摻雜工藝期間，摻雜區(qū)形成為超淺深度以便由于量子抑制效應(yīng)、光電轉(zhuǎn)換效應(yīng)即電子-空穴對產(chǎn)生和湮滅能夠產(chǎn)生高量子效率。通過在襯底11和摻雜區(qū)25之間的p-n結(jié)24處形成至少一個量子阱、量子點和量子線來實現(xiàn)這種量子抑制效應(yīng)。
這里，可以在p-n結(jié)24中形成量子阱、量子點或量子線(大多數(shù)為量子阱)。在p-n結(jié)24處可以形成由兩種類型或多種類型的量子阱、量子點或量子線組成的多種結(jié)構(gòu)。為了簡化描述，以下將描述僅在p-n結(jié)24中的量子阱的形成。然而，此處的量子阱意味著量子阱、量子點或量子線中的至少一種。
圖3示出通過非均衡擴散將摻雜區(qū)2 5形成為超淺深度時的p-n結(jié)24中形成的縱向和橫向量子阱(QW’)的能帶。在圖3中，Ec、Ev、Ef分別表示導(dǎo)帶、價帶和費米能級。由于在半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域中能級是眾所周知的，所以將省略它的詳細(xì)描述。
如圖2的放大部分所示，p-n結(jié)24具有量子阱結(jié)構(gòu)，其中交替形成相反導(dǎo)電類型的摻雜部分。這里，阱和阻擋層分別為大約2nm和3nm寬。
可以通過控制最佳的控制膜厚度和擴散工藝條件來形成具有量子阱的超淺p-n結(jié)。
例如，可以通過擴散工藝期間適合的擴散溫度和襯底11表面的變更電位(deformed potential)來將擴散剖面的厚度調(diào)整為10-20nm。通過由此形成的超淺擴散剖面來產(chǎn)生量子阱系統(tǒng)。這里，根據(jù)控制膜的初始厚度和表面預(yù)處理來確定襯底11表面的電位變更。該電位決定于制造工藝的進(jìn)行。
優(yōu)選地，控制膜為具有適合于將摻雜區(qū)25形成為超淺深度的厚度的氧化硅(SiO2)層?？梢酝ㄟ^在襯底11的一個表面上形成氧化硅層然后利用光刻工藝蝕刻用于進(jìn)行擴散的開口、以掩膜結(jié)構(gòu)方式來形成控制膜。
正如擴散技術(shù)中所公知，當(dāng)氧化硅膜大于適合的厚度(例如幾千埃)、或擴散溫度較低時，空位主要影響擴散，由此出現(xiàn)深擴散。當(dāng)氧化硅膜低于適合的厚度或擴散溫度高時，Si自填隙主要影響擴散，由此出現(xiàn)深擴散。因此，當(dāng)氧化硅膜形成為適合厚度以相同速率產(chǎn)生Si自填隙和空位時，Si自填隙和空位結(jié)合在一起以便阻礙雜質(zhì)擴散，由此構(gòu)成淺摻雜。這里，由于在擴散技術(shù)領(lǐng)域中公知空位和Si自填隙的物理特性，所以將省略它的詳細(xì)描述。
因為在摻雜區(qū)25和襯底11之間的p-n結(jié)24處形成其中產(chǎn)生電子-空穴對產(chǎn)生和湮滅的量子阱，因此根據(jù)本發(fā)明第一實施例的硅光電器件10進(jìn)行如上所述的光的發(fā)射和接收。
即，如果在光電器件部分20上提供驅(qū)動電流，那么作為電子和空穴兩者的載流子就注入p-n結(jié)24中的量子阱并在量子阱中在亞帶能帶下復(fù)合(湮滅)。在此情況下，根據(jù)其中載流子復(fù)合的狀態(tài)產(chǎn)生不同波長的電致發(fā)光(EL)，并且發(fā)射的光量隨提供的驅(qū)動電流的量而改變。
因此，當(dāng)在光電器件部分20上入射光時，入射光中的光子就被具有量子阱結(jié)構(gòu)的p-n結(jié)24吸收，以便產(chǎn)生電子和空穴對，并且在亞帶能級下激發(fā)p-n結(jié)24中形成的量子阱中的電子和空穴。因此，如圖2所示，當(dāng)負(fù)載電阻R與輸出端相連時，輸出與輻射光量成比例地信號Vout。
在此情況下，在光電器件部分20處的吸收波長和發(fā)射波長取決于因襯底11中的微缺陷(實際為摻雜區(qū)25的表面上)產(chǎn)生的微孔(micro-cavity)。因此，通過在制造工藝期間調(diào)整微孔的尺寸就可以獲得具有所需的吸收波長和發(fā)射波長范圍的硅光電器件10。
這里，當(dāng)因襯底11表面上的微缺陷產(chǎn)生的微孔的諧振波長相匹配時，就可以放大并提高電致發(fā)光(EL)的強度和吸收率。
因此，通過在制造工藝期間調(diào)整微孔的尺寸，根據(jù)本發(fā)明第一實施例的硅光電器件10就可以發(fā)射并接收特定波長的光。形成不同微孔尺寸就能夠使硅光電器件10發(fā)射并吸收白光。就是說，如果微孔具有同一尺寸，那么硅光電器件10就發(fā)射并吸收特定波長的光例如紅光、綠光或藍(lán)光。另一方面，如果它們具有不同尺寸，那么硅光電器件10就發(fā)射并吸收不同波長的光即自光。
根據(jù)本發(fā)明的硅光電器件10可以發(fā)射并吸收具有最短波長至最長波長(例如，從紫外(UV)至紅外(IR)的范圍)光譜的光。這就能夠使硅光電器件10發(fā)射并吸收白光。
這里，由于在摻雜區(qū)25的表面上形成的微缺陷，由變更電位引起微孔。因此，可以調(diào)整確定微孔尺寸的變更電位以便使量子阱變更。通過調(diào)整微孔的尺寸，就可以發(fā)射并吸收具有所需波長例如紅光、綠光或藍(lán)光、或白光的光。
由于因摻雜區(qū)25的p-n結(jié)24處的電荷分布的電位的局部變化而發(fā)生量子抑制效應(yīng)以及在量子阱中形成亞能級，所以具有如上所述的超淺摻雜區(qū)25的硅光電器件10具有高量子效率。
多個半導(dǎo)體材料區(qū)21和23包含位于具有疊置結(jié)構(gòu)的部分A的最外側(cè)的第一半導(dǎo)體材料區(qū)21和鄰近第一半導(dǎo)體材料區(qū)21的內(nèi)側(cè)的第二半導(dǎo)體材料區(qū)23。
圖2示出了一個實例，其中因為多個半導(dǎo)體材料區(qū)21和23由第一和第二半導(dǎo)體材料區(qū)21和23組成，所以硅光電器件10的光電器件部分20具有兩級晶體管。這里，光電器件部分20具有內(nèi)置的兩個或多級晶體管。
可以通過將雜質(zhì)注入與摻雜區(qū)25相比更大的深度，在襯底11的背面形成第一和第二半導(dǎo)體材料區(qū)21和23。例如可以在襯底11的背面上通過注入使襯底11反型的雜質(zhì)、利用典型的擴散、通過擴散使雜質(zhì)擴散比摻雜區(qū)25更深來形成第二半導(dǎo)體材料區(qū)23。然后，在第二半導(dǎo)體材料區(qū)23的一部分上通過注入使第二半導(dǎo)體材料區(qū)23反型的摻雜、利用相同的用于形成第二半導(dǎo)體材料區(qū)23的擴散工藝來形成第一半導(dǎo)體材料區(qū)21。還可以利用注入方法通過注入雜質(zhì)來形成第一和/或第二半導(dǎo)體材料區(qū)21和23。
圖2示出了一個實例，其中橫貫襯底11的整個背面形成第二半導(dǎo)體材料區(qū)23，并且形成隔離凹槽17，用于保證位于光電器件部分20一個側(cè)面的第二半導(dǎo)體材料區(qū)23與開關(guān)部分30一個側(cè)面上的第二半導(dǎo)體材料區(qū)23之間的電隔離。
這里，可以通過在襯底11的背面上淀積與襯底11的導(dǎo)電類型相反的導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料例如p-型半導(dǎo)體材料來形成第二半導(dǎo)體材料區(qū)23。在此情況下，可以通過蝕刻第二半導(dǎo)體材料區(qū)23的一部分并將n-型半導(dǎo)體材料淀積到蝕刻的部分中、或通過將與第二半導(dǎo)體材料區(qū)23的導(dǎo)電類型相反的導(dǎo)電類型的雜質(zhì)注入到第二半導(dǎo)體材料區(qū)23的一部分中的任何一種方法來形成第一半導(dǎo)體材料區(qū)21。
電極結(jié)構(gòu)包含電連接到光電器件部分20的第一控制極29、第一和第二電極22和27、電連接到開關(guān)部分30的第二控制極35、以及第三和第四電極37和39。圖2中的參考數(shù)字22表示用于將第一電極22與外圍驅(qū)動電路40的電阻R電連接的接觸電極。
當(dāng)?shù)谝话雽?dǎo)體材料區(qū)21位于具有光電器件部分20中的疊置結(jié)構(gòu)的部分A的最外側(cè)、且第二半導(dǎo)體材料區(qū)23鄰近第一半導(dǎo)體材料區(qū)21的內(nèi)側(cè)時，構(gòu)成第一控制極29和第二電極27以便分別電連接到第二和第一半導(dǎo)體材料區(qū)23和21?？梢杂刹煌该鞯碾姌O金屬形成第二電極27和第一控制極29。
形成第一電極22以便電連接到摻雜區(qū)25。優(yōu)選由透明電極材料例如氧化銦錫(ITO)形成第一電極25以便覆蓋摻雜區(qū)25。可選擇性地，可以環(huán)繞用于輸入并輸出光的窗口區(qū)、由不透明電極金屬來形成第一電極22。
在根據(jù)本發(fā)明第一實施例的上述結(jié)構(gòu)的硅光電器件10的光電器件部分20中，如果襯底11由n-型摻雜，那么摻雜區(qū)25、第二半導(dǎo)體材料區(qū)23和第一半導(dǎo)體材料區(qū)21就分別由p-型、p-型和n-型摻雜。在此情況下，第一和第二電極22和27分別作為陽極和陰極。
當(dāng)襯底11、摻雜區(qū)25以及第一和第二半導(dǎo)體材料區(qū)21和23具有圖2所示的導(dǎo)電類型時，如圖4和5所示，摻雜區(qū)25、襯底11和第二半導(dǎo)體材料區(qū)23就形成pnp晶體管結(jié)構(gòu)25，而襯底11、第二半導(dǎo)體材料區(qū)23和第一半導(dǎo)體材料區(qū)21就形成npn晶體管結(jié)構(gòu)27。圖4和5分別示出了根據(jù)圖2的本發(fā)明的第一實施例的硅光電器件的等效結(jié)構(gòu)和等效電路。
正如圖4和5的等效結(jié)構(gòu)和等效電路中所示，由摻雜區(qū)25、襯底11以及第一和第二半導(dǎo)體材料區(qū)21和23組成的光電器件部分20具有內(nèi)置的兩級晶體管。
在另一方面，如果襯底11摻雜為p-型，因此，摻雜區(qū)25以及第一和第二半導(dǎo)體材料區(qū)21和23就摻雜為與上述出現(xiàn)的導(dǎo)電類型相反的導(dǎo)電類型。在此情況下，摻雜區(qū)25、襯底11和第二半導(dǎo)體材料區(qū)23就形成npn晶體管結(jié)構(gòu)，而襯底11、第二半導(dǎo)體材料區(qū)23和第一半導(dǎo)體材料區(qū)21就形成pnp晶體管結(jié)構(gòu)。第一和第二電極22和27分別作為陰極和陽極，并且第一控制極29作為第一控制極G1。
集成上述結(jié)構(gòu)的兩級晶體管的光電器件部分20可以放大通過第一控制極G1提供的微電流而關(guān)斷反向電流的流動、在p-n結(jié)24處根據(jù)通過第一控制極G1提供的電流量來調(diào)整發(fā)光量、并起動或關(guān)斷光的發(fā)射。此外，如圖6所示，構(gòu)成光電器件部分20以便進(jìn)一步將開關(guān)添加到用于放大電流的二極管。圖6示出了具有上述結(jié)構(gòu)的兩級晶體管的光電器件部分20的等效符號表示。
開關(guān)部分30將電源選擇性地提供到光電器件部分20，以便選擇性地產(chǎn)生光的發(fā)射和接收。當(dāng)需要光發(fā)射時開關(guān)部分30就將電源提供到光電器件部分20、并且當(dāng)需要光接收時開關(guān)部分30就關(guān)斷電源以防止電源被提供到光電器件部分20。
圖2示出了一個實例，其中根據(jù)本發(fā)明第一實施例的硅光電器件10包含具有兩級晶體管的光電器件部分20和具有金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)結(jié)構(gòu)的開關(guān)部分30。這里，MOSFET是場效應(yīng)晶體管的一種類型，其中控制極通過薄氧化硅(SiO2)層與形成電流通路的半導(dǎo)體層絕緣。
例如，在MOSFET結(jié)構(gòu)的開關(guān)部分30中，一對p+-型半導(dǎo)體材料部分31和33彼此分離并嵌入n-型襯底11，在襯底11之上形成薄氧化硅層15。為了獲得所需的電絕緣，如圖2中所示，優(yōu)選在除了襯底11上用于電接觸和光的發(fā)射和接收的區(qū)域之外的襯底11的整個表面之上形成氧化硅層15。
分別在p+-型半導(dǎo)體材料區(qū)31和33上形成第三和第四電極37和39。形成第四電極39以便電接觸光電器件部分20的第一電極22由此電連接到摻雜區(qū)25。第三和第四電極37和39分別作為源極S和漏極D。在第三和第四電極37和39之間的氧化硅層15上形成第二控制極35以便根據(jù)提供到第二控制極G2的電源的出現(xiàn)來控制源極S和漏極D之間的電流通路的接通和關(guān)斷。
上述MOSFET結(jié)構(gòu)的開關(guān)部分30根據(jù)提供到第二控制極G2的電壓的出現(xiàn)來控制源極S和漏極D之間的電流通路的接通和關(guān)斷，由此在光電器件部分20中選擇性地產(chǎn)生光的發(fā)射和接收。
圖7示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的圖2的硅光電器件10的等效符號表示和用于驅(qū)動硅光電器件10的外圍驅(qū)動電路40。
如圖7所示，構(gòu)成硅光電器件10以便將開關(guān)添加給二極管，用于關(guān)斷反向電流的流動并作為一個開關(guān)，由此選擇性地將電源提供給光電器件部分20。
當(dāng)反向電流提供給第一和第二電極22和27時，反向電流并不在上述圖7的硅光電器件10中流動。
因此，建立外圍驅(qū)動電路40的電源41以便當(dāng)信號輸入到第二控制極G2時就會在第一和第二電極22和27間施加正向電壓。
現(xiàn)在將描述上述的根據(jù)本發(fā)明第一實施例的硅光電器件10的工作。
參照圖8，當(dāng)在第一和第二電極22和27間施加正向電壓、同時信號輸入到第一控制極(gate)G1時，根據(jù)本發(fā)明第一實施例的硅光電器件10作為發(fā)光元件。當(dāng)在第一和第二電極22和27間沒有施加電壓、同時信號輸入到第一控制極G1時，硅光電器件10就作為光接收元件。
更具體地，當(dāng)?shù)谝豢刂茦OG1沒有接通，硅光電器件10既不作為發(fā)光元件工作也不作為光接收元件工作而與第二控制極G2的開/關(guān)(on/off)狀態(tài)無關(guān)。就是說，如果沒有信號輸入到第一控制極29，那么根據(jù)本發(fā)明第一實施例的硅光電器件10就不作為光電器件工作而不管信號是否被輸入到第二控制極35。
當(dāng)?shù)谝豢刂茦OG1接通時，根據(jù)本發(fā)明第一實施例的硅光電器件10就作為發(fā)光元件或光接收元件工作。
當(dāng)?shù)谝缓偷诙刂茦OG1和G2接通時，在開關(guān)部分30的第三和第四電極37和39之間形成電流通路。然后，電源電流通過開關(guān)部分30流入到光電器件部分20，并且硅光電器件10就發(fā)光。
當(dāng)?shù)谝缓偷诙刂茦OG1和G2分別接通和關(guān)斷時，由于在開關(guān)部分30的第三和第四電極37和39之間沒有形成電流通路，電源電流就發(fā)生關(guān)斷并且硅光電器件10就處于能夠執(zhí)行光接收的狀態(tài)。因此，在此狀態(tài)下，當(dāng)外界的光入射到摻雜區(qū)25上時，就通過p-n結(jié)24處光的吸收而產(chǎn)生的電子-空穴對來產(chǎn)生、放大并輸出與入射光量成正比的電流。
因為在第一和第二電極22和27之間連接有負(fù)載電阻R，所以當(dāng)硅光電器件10作為光接收元件工作時，它就輸出信號Vout。
同時，當(dāng)電流提供到第一控制極29時，第一和第二電極22和27即陽極和陰極之間的電壓就提高。就存在陽極和陰極之間稱之為擊穿電壓的電壓，當(dāng)特定的電壓提供到第一控制極29時，顯著的電流就會突然穿過根據(jù)本發(fā)明第一實施例的硅光電器件10。
如果由于陽極和陰極之間的電壓超過擊穿電壓，電流提供到第一控制極29，那么陰極和陽極就傳導(dǎo)以提供根據(jù)本發(fā)明第一實施例的硅光電器件10所需的電流以便執(zhí)行發(fā)光。因此，由于通過p-n結(jié)24處的量子抑制效應(yīng)而引起的電子-空穴對的湮滅，提供非常小的電流到第一控制極29就會在集成了兩個或多級晶體管的硅光電器件10中產(chǎn)生發(fā)光。
由于根據(jù)本發(fā)明第一實施例的硅光電器件10在第一控制極G1電流(通過第一控制極29提供的電流)關(guān)斷時不工作，為了在根據(jù)本發(fā)明的硅光電器件10中中斷光的發(fā)射和接收，所以可關(guān)斷第一控制極G1電流。
就是說，如果關(guān)斷正接通發(fā)光的第一控制極G1電流，那么就會關(guān)斷光發(fā)射。因此，當(dāng)?shù)诙刂茦OG2接通時通過接通或關(guān)斷第一控制極G1就能接通或關(guān)斷光發(fā)射。因此，如果關(guān)斷正接通接收的第一控制極G1電流、即分別接通并關(guān)斷第一和第二控制極G1和G2，那么光接收就變?yōu)殛P(guān)斷。
當(dāng)關(guān)斷第一控制極G1信號時，如圖8所示，根據(jù)本發(fā)明第一實施例的硅光電器件10就處于系統(tǒng)關(guān)斷(off)狀態(tài)，其中即使提供第二控制極G2信號(通過第二控制極35提供信號)無論光的發(fā)射或光的接收都不會發(fā)生。
此外，如果執(zhí)行光接收的同時沒有輸入第二控制極G2信號、而提供第一控制極G1電流時，如果輸入具有第一控制極G1電流的第二控制極G2信號，那么根據(jù)本發(fā)明第一實施例的硅光電器件10就發(fā)光。
因此，通過按需要將方波控制脈沖添加到第一控制極G1電流以及將電源開關(guān)控制脈沖提供到第二控制極G2，就能夠控制硅光電器件10中的光的發(fā)射和接收之間的發(fā)光開關(guān)的開/關(guān)(on/off)狀態(tài)和光的發(fā)射或光的接收的持續(xù)時間。
在此情況下，因為根據(jù)本發(fā)明第一實施例的具有兩級晶體管的硅光電器件10能夠放大電流，所以由于具有較小第一控制極G1電流的p-n結(jié)24處的量子抑制效應(yīng)、當(dāng)放大并輸出由兩級晶體管放大所檢測的小幅度信號時，硅光電器件10就產(chǎn)生發(fā)光。
此外，通過控制第一和第二控制極G1和G2信號，根據(jù)本發(fā)明的硅光電器件10就能調(diào)整光的發(fā)射和接收的持續(xù)時間。在此情況下，第一控制極G1電流作為使硅光電器件10的系統(tǒng)接通或關(guān)斷的開關(guān)的觸發(fā)信號。
這里，當(dāng)電流提供到第一控制極29，電流就流入npn晶體管結(jié)構(gòu)，其使pnp晶體管的基極電流流過產(chǎn)生光的發(fā)射和接收的p-n結(jié)24。
此外，由于當(dāng)?shù)谝缓偷诙刂茦OG1和G2接通時產(chǎn)生發(fā)光、而當(dāng)?shù)谝缓偷诙刂茦OG1和G2中的任何一個關(guān)斷時終止發(fā)光，因此根據(jù)本發(fā)明第一實施例的硅光電器件10就可以維持所需的發(fā)光的持續(xù)時間。此外，當(dāng)?shù)谝豢刂茦OG1接通且第二控制極G2由關(guān)斷(off)狀態(tài)切換為接通(接通)(on)狀態(tài)以便從光接收切換為發(fā)光時、或者當(dāng)?shù)谝豢刂茦OG1關(guān)斷時，就終止光接收，由此硅光電器件10就維持所需的光接收的持續(xù)時間。
通過利用方波脈沖來調(diào)整提供到第一和第二控制極29和35的信號，就能夠在根據(jù)本發(fā)明第一實施例的硅光電器件10中控制光的發(fā)射和接收并且在光的發(fā)射和接收之間進(jìn)行切換。此外，通過調(diào)整方波脈沖的周期，就能夠維持所需的光的發(fā)射和接收的持續(xù)時間。
圖9簡要示出了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的硅光電器件50，其具有厚膜電阻類型的第一控制極結(jié)構(gòu)51。這里，與圖2中的相同或相似功能的元件表示為相同的參考數(shù)字，并且將省略其詳細(xì)的描述。
參照圖9，厚膜電阻類型的第一控制極結(jié)構(gòu)51包含絕緣膜53，形成在第二半導(dǎo)體材料區(qū)23的一部分上，例如形成本發(fā)明第一實施例中的第一控制極29處的區(qū)域的一部分；電阻材料層55，形成在絕緣膜53和第二半導(dǎo)體區(qū)23上；以及第一控制極59，形成在電阻材料層55上，以便與設(shè)置在第一控制極59和第二半導(dǎo)體材料區(qū)23之間的電阻材料層55電連接，通過絕緣膜53與狹窄區(qū)域上的第二半導(dǎo)體材料區(qū)23電連接。第一控制極59具有基本上與本發(fā)明第一實施例中的第一控制極29相同的功能。
如果電阻材料層55的長度、寬度、厚度和電阻率為l、w、t和ρs，那么電阻材料層55的電阻RL就是RL＝(1ρs)/(wt)。因此，通過選擇電阻材料層55的長度、寬度、厚度和用于電阻材料層55的適合材料(改變材料與材料間的電阻率)，就可以獲得所需的電阻材料層55電阻值。
典型地，將外電阻插入用于驅(qū)動光電器件的電路中以便防止由于過流產(chǎn)生的光電器件的誤操作。厚膜電阻類型的其中已經(jīng)埋入了電阻的第一控制極結(jié)構(gòu)51消除了插入外電阻來防止誤操作的需要。
雖然迄今為止已經(jīng)參照具有兩級晶體管的硅光電器件來展示并描述了本發(fā)明，但本發(fā)明并不限于此結(jié)構(gòu)。就是說，根據(jù)本發(fā)明的硅光電器件可以具有內(nèi)置的兩個或多級的晶體管?？蛇x擇性地，正如此后的本發(fā)明第三實施例中所述，硅光電器件具有內(nèi)置的一級晶體管。
圖10簡要示出了根據(jù)本發(fā)明第三實施例的硅光電器件70。
參照圖10，根據(jù)本發(fā)明第三實施例的硅光電器件70具有其構(gòu)成集成有一級晶體管的光電器件部分80。這里，具有基本上與圖2中的相同功能的元件表示為相同的參考數(shù)字，并且將省略它的詳細(xì)描述。
在本發(fā)明的第三實施例中，光電器件部分80包含與襯底11相反類型的超淺摻雜區(qū)25，形成在襯底11的由于p-n結(jié)24處通過量子抑制效應(yīng)引起的電子-空穴對湮滅而產(chǎn)生發(fā)光的一部分上；與襯底11相反類型的半導(dǎo)體材料區(qū)85，形成在襯底11的背面上；電連接到摻雜區(qū)25的第一電極22，電連接到半導(dǎo)體材料區(qū)85的第二電極87，以及電連接到襯底11的第一控制極89。這里，第二電極87和第一控制極89分別對應(yīng)于圖2中的第二電極27和第一控制極29。
如圖11中所示其等效電路的光電器件部分80具有內(nèi)置的一級晶體管。
可以在襯底11的背面的一部分上通過將雜質(zhì)注入與摻雜區(qū)25相比更大的深度來形成半導(dǎo)體材料區(qū)85。例如，可以在襯底11的背面通過注入使襯底11反型的雜質(zhì)、利用典型的擴散、通過擴散使雜質(zhì)比摻雜區(qū)25更深地擴散進(jìn)入半導(dǎo)體材料區(qū)85來形成半導(dǎo)體材料區(qū)85。這里，還可以通過使用注入方法注入雜質(zhì)來形成半導(dǎo)體材料區(qū)85。
這里，可以通過蝕刻襯底11背面的一部分并將與襯底11相反導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料例如p-型半導(dǎo)體材料淀積到蝕刻的部分中來形成半導(dǎo)體材料區(qū)85。
在根據(jù)本發(fā)明第三實施例的上述結(jié)構(gòu)的硅光電器件70中，如果由n-型材料摻雜襯底11，那么就由p-型摻雜摻雜區(qū)25和半導(dǎo)體材料區(qū)85，由此形成如圖11中所示的pnp晶體管結(jié)構(gòu)81。
當(dāng)摻雜區(qū)25、襯底11和半導(dǎo)體材料區(qū)85形成pnp晶體管結(jié)構(gòu)81時，根據(jù)本發(fā)明第三實施例的硅光電器件70優(yōu)選使用摻雜區(qū)25、半導(dǎo)體材料區(qū)85和襯底11分別作為集電極、發(fā)射極和基極，作為基極接地電路或發(fā)射極接地電路工作。在此情況下，對應(yīng)于襯底11的結(jié)構(gòu)81的中心處的n-型層最好很薄。
當(dāng)摻雜區(qū)25、半導(dǎo)體材料區(qū)85和襯底11分別作為集電極、發(fā)射極和基極時，如上所述，電連接到摻雜區(qū)25、半導(dǎo)體材料區(qū)85和襯底11的第一電極22、第二電極87和第一控制極89就分別作為集電極電極、發(fā)射極電極和基極電極。
另一方面，如果由p-型材料摻雜襯底11并且由與上述相反的導(dǎo)電類型摻雜摻雜區(qū)25和半導(dǎo)體材料區(qū)85，由此摻雜區(qū)25、襯底11和半導(dǎo)體材料區(qū)85就形成npn晶體管結(jié)構(gòu)。
當(dāng)在發(fā)射極和基極之間并且在集電極和基極之間施加正向電壓時，根據(jù)如上所述本發(fā)明第三實施例的上述硅光電器件70中的一級晶體管結(jié)構(gòu)81作為脈沖開關(guān)電路工作。
當(dāng)在發(fā)射極和基極之間并且在集電極和基極之間施加反向電壓時，一級晶體管結(jié)構(gòu)81也作為脈沖開關(guān)電路工作。
根據(jù)本發(fā)明第三實施例的具有內(nèi)置的一級晶體管的硅光電器件70依據(jù)以下原理作為發(fā)光元件或光接收元件工作。
在根據(jù)本發(fā)明第三實施例的硅光電器件70的發(fā)射極和基極之間并且在集電極和基極之間施加正向電壓或反向電壓，就會由于在p-n結(jié)24處由量子抑制效應(yīng)能產(chǎn)生光的發(fā)射和接收，同時控制光的發(fā)射或光的接收的開/關(guān)(on/off)狀態(tài)。
此外，當(dāng)分別在發(fā)射極和基極之間并且在集電極和基極之間施加正向電壓和反向電壓時，根據(jù)本發(fā)明第三實施例的上述硅光電器件70中的一級晶體管結(jié)構(gòu)81提供單級放大。
因此，如果分別在發(fā)射極和基極之間并且在集電極和基極之間施加正向電壓和反向電壓，當(dāng)?shù)谝缓偷诙刂茦OG1和G2接通時，即使當(dāng)?shù)谝豢刂茦OG1關(guān)斷、第二控制極G2關(guān)斷時，當(dāng)施加的小幅度值、提供到第一控制極G1電流信號同時被放大并輸出光檢測器上檢測的信號時，根據(jù)本發(fā)明第三實施例的硅光電器件70也能在p-n結(jié)24處產(chǎn)生發(fā)光。
當(dāng)摻雜區(qū)25、襯底11和半導(dǎo)體材料區(qū)85形成pnp晶體管結(jié)構(gòu)時，根據(jù)本發(fā)明第三實施例的硅光電器件70還提供單級放大和脈沖開關(guān)功能。
如上所述，內(nèi)置到根據(jù)本發(fā)明的硅光電器件70的一級或多級晶體管結(jié)構(gòu)作為能夠選擇放大、開關(guān)和狀態(tài)(其中電流流動或終止流動)保持功能的至少一種功能的內(nèi)置的有源元件，由此驅(qū)動發(fā)光元件和光接收元件。
圖12示出了根據(jù)本發(fā)明第四實施例的硅光電器件90及其外圍驅(qū)動電路110，并且圖13示出了它的等效電路圖。參照圖12和13，根據(jù)本發(fā)明第四實施例的硅光電器件90的特征在于包含具有雙極結(jié)型晶體管(bipolarjunction transistor)結(jié)構(gòu)的開關(guān)部分100。這里，具有基本上與圖2中的相同功能的元件表示為相同的參考數(shù)字，并且將省略它的詳細(xì)描述。
這里，設(shè)計雙極結(jié)型晶體管以便利用基極電流來控制載流子從發(fā)射極103流向集電極105。根據(jù)pn結(jié)的形成方法分類的雙極結(jié)型晶體管的三種類型為合金晶體管，生長結(jié)晶體管和擴散晶體管。
圖12示出了一個實例，其中開關(guān)部分100通過擴散工藝構(gòu)成為具有平面結(jié)構(gòu)。當(dāng)應(yīng)用擴散方法，通過與形成摻雜區(qū)25的相同表面上摻雜來形成n+-型基極101、通過摻雜在基極101上形成p+-型發(fā)射極103、然后通過摻雜在襯底101上形成p+-型集電極105以便集電極105與基極101隔離，就能夠制造具有pnp結(jié)構(gòu)的開關(guān)部分100。這里，可以將開關(guān)部分100制造為npn結(jié)構(gòu)。
在此情況下，優(yōu)選形成發(fā)射極103其具有明顯小于基極101的雜質(zhì)濃度，并且基極101的寬度w足夠小以便大多數(shù)的載流子到達(dá)集電極105。這里w表示基極101和發(fā)射極103的邊界之間的間隙。
如果開關(guān)部分100是pnp結(jié)構(gòu)的雙極結(jié)型晶體管，如圖12中所示，空穴就作為載流子。相反，如果開關(guān)部分100是npn結(jié)構(gòu)的雙極結(jié)型晶體管，那么電子就作為載流子。
同時，在基極101、發(fā)射極103和集電極105上分別形成基極電極107、發(fā)射極電極108和集電極電極109。形成集電極電極109以便接觸光電器件部分20的第一電極22并由此電連接到摻雜區(qū)25。
利用基極電極107作為第二控制極G2。為了在根據(jù)本發(fā)明第四實施例的硅光電器件90中產(chǎn)生發(fā)光，電壓信號輸入到第二控制極G2。
就是說，圖12中所示的開關(guān)部分100設(shè)計為電壓驅(qū)動的pnp雙極結(jié)型晶體管，以便提供用于切換通過第二控制極G2即基極電極107輸入的發(fā)光電源的觸發(fā)信號。
根據(jù)本發(fā)明第四實施例的上述包含雙極結(jié)型晶體管結(jié)構(gòu)的開關(guān)部分100的硅光電器件90能選擇性地產(chǎn)生光的發(fā)射和接收。
控制上述結(jié)構(gòu)的具有雙極結(jié)型晶體管結(jié)構(gòu)的硅光電器件90的光的發(fā)射和接收、光的發(fā)射和接收之間的切換和它的持續(xù)時間的原理，類似于參照圖2所述的根據(jù)本發(fā)明第一實施例的硅光電器件10的原理。
就是說，當(dāng)?shù)谝豢刂茦OG1關(guān)斷時，無論第二控制極G2的開/關(guān)(on/off)狀態(tài)如何、硅光電器件90都不執(zhí)行光的發(fā)射和接收。當(dāng)?shù)谝缓偷诙刂茦OG1和G2接通時，載流子就從發(fā)射極103移動到集電極105，然后電源電流流向光電器件部分20，其引起在摻雜區(qū)25的p-n結(jié)24處產(chǎn)生發(fā)光。因此，通過將第一控制極G1接通或關(guān)斷同時使第二控制極G2保持接通(on)狀態(tài)，就可以接通或中斷發(fā)光。當(dāng)?shù)诙刂茦OG2關(guān)斷而第一控制極G1接通時，硅光電器件執(zhí)行光的接收。
因為控制上述結(jié)構(gòu)的硅光電器件90中的光的發(fā)射和接收、光的發(fā)射和接收之間的切換和它的持續(xù)時間的原理類似于參照圖2所述的根據(jù)本發(fā)明第一實施例的控制原理，所以將省略它的詳細(xì)描述。
雖然圖12已經(jīng)示出了根據(jù)本發(fā)明第四實施例的硅光電器件90的一個實例，其包含已經(jīng)內(nèi)置了兩級放大晶體管的光電器件部分20，在硅光電器件90中的光電器件部分20的結(jié)構(gòu)并不限于這種結(jié)構(gòu)。就是說，可能具有雙極結(jié)型晶體管結(jié)構(gòu)和集成有兩級或多級的放大晶體管的光電器件部分的開關(guān)部分。而且，開關(guān)部分具有雙極結(jié)型晶體管結(jié)構(gòu)，并且如本發(fā)明第二實施例所述，可以形成光電器件部分，其具有內(nèi)置的一級的放大晶體管。此外，可能包含替代第一控制極29的在本發(fā)明第三實施例中所述的厚膜型的第一控制極結(jié)構(gòu)51。
由于圖12中所示的開關(guān)部分100僅僅作為雙極結(jié)型晶體管的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的一個實例，因此可以對開關(guān)部分100和用于驅(qū)動具有開關(guān)部分100的硅光電器件90的外圍驅(qū)動電流110的細(xì)節(jié)進(jìn)行各種改變。
根據(jù)本發(fā)明實施例的上述硅光電器件包含其中已經(jīng)內(nèi)置了一級或多級晶體管的光電器件部分以及用于選擇控制光的發(fā)射和接收的開關(guān)部分。因此，根據(jù)本發(fā)明的硅光電器件提供內(nèi)部電流的放大、由此小電流就能產(chǎn)生發(fā)光并放大和輸出光接收信號。而且，根據(jù)本發(fā)明的硅光電器件消除了一外部提供放大電路和開關(guān)電路的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的外電源線中的電感和電容的寄生效應(yīng)，由此能夠用于高速開關(guān)。
根據(jù)本發(fā)明的上述硅光電器件可以選擇性地作為發(fā)光元件和光接收元件工作。因此，利用本發(fā)明的硅光電器件就能夠?qū)崿F(xiàn)能通過相同象素輸入并輸出圖像的圖像輸入/輸出裝置。
圖14簡要示出了利用根據(jù)本發(fā)明第一實施例的硅光電器件的圖像輸入/輸出裝置。參照圖14，根據(jù)本發(fā)明第一實施例的圖像輸入/輸出裝置包含在n-型或p-型硅基襯底上以二維陣列排列的多個硅光電器件125組成的硅光電器件屏120，每個光電器件能夠用于光的發(fā)射和接收并在兩個操作之間進(jìn)行開關(guān)切換。這里，可以采用根據(jù)本發(fā)明上述實施例的其中一種硅光電器件用于硅光電器件125。
硅光電器件125能夠用于光的發(fā)射和接收以及易于在兩個操作之間進(jìn)行開關(guān)切換，因此能夠通過相同的硅光電器件125來執(zhí)行圖像的輸入和輸出。因此，硅光電器件屏120就能夠通過相同的像素用于圖像的輸入和輸出。
而且，硅光電器件125可以控制發(fā)光和光的接收的持續(xù)時間、用小電流驅(qū)動發(fā)光并放大和輸出光接收信號，由此能夠控制圖像的輸入和輸出而不用所需的外圍放大電路和開關(guān)電路并實現(xiàn)低功率的圖像輸入/功率器件。
這里，由于利用半導(dǎo)體制造工藝、使用半導(dǎo)體材料在微陣列中形成硅光電器件125，所以可以通過半導(dǎo)體制造工藝在單一的n-型或p-型襯底11上制造硅光電器件屏120。
為了在逐個像素的基礎(chǔ)上能夠輸入并輸出圖像，在襯底11中將由光電器件125的二維陣列組成的硅光電器件屏120中的電極結(jié)構(gòu)形成圖案。
在根據(jù)本發(fā)明的圖像輸入/輸出裝置中，如圖14所示，可以形成硅光電器件屏120以便單一的硅光電器件125對應(yīng)于每個像素P。在此情況下，優(yōu)選構(gòu)成每個硅光電器件125以便發(fā)射、檢測、吸收單一波長的光或白光。
當(dāng)構(gòu)成硅光電器件125以便發(fā)射并檢測單一波長的光或白光時，根據(jù)本發(fā)明的圖像輸入/輸出裝置就能夠顯示單色圖像并通過給物體照相產(chǎn)生單色圖像的電信號。
同時，如圖15所示，根據(jù)本發(fā)明第二實施例的圖像輸入/輸出裝置能夠顯示彩色圖像同時通過給物體拍彩色照片產(chǎn)生彩色圖像電信號，圖像輸入/輸出裝置包含硅光電器件屏120以及濾色器130，在硅光電器件屏120中構(gòu)成每個硅光電器件125以便發(fā)射并檢測白光，濾色器130用于顯示位于硅光電器件屏120的正面(光的輸入和輸出一個側(cè)面)的彩色圖像。
在此情況下，如圖16所示，構(gòu)成濾色器130以便所有的R、G、B彩色元件對應(yīng)于每個像素P。
以類似于其中以二維方式排列將在以后描述的根據(jù)本發(fā)明其它實施例的硅光電器件屏中的硅光電器件的方式，來排列濾色器130的R、G、B元件。這里，關(guān)于用于表示R、G和B色彩的濾色器130的排列可以進(jìn)行各種變化。
在此方式下，包含位于硅光電器件屏120的正面的濾色器130的圖像輸入/輸出裝置就能夠輸入并輸出彩色圖像。就是說，這種裝置能將拍攝的圖像轉(zhuǎn)換為彩色圖像電信號并根據(jù)彩色圖像電信號顯示彩色圖像。
圖17簡要示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的圖像輸入/輸出裝置。參照圖17，構(gòu)成硅光電器件屏140以便至少三個硅光電器件145R、145G和145B對應(yīng)于每個像素P。圖17示出了一個實例，其中設(shè)計硅光電器件屏140以便三個硅光電器件145R、145G和145B對應(yīng)于每個像素P。
在此情況下，對于對應(yīng)于每個像素P的三個硅光電器件145R、145G和145B，采用根據(jù)本發(fā)明的該實施例設(shè)計的硅光電器件之一來發(fā)射紅光R、綠光G和藍(lán)光B，檢測每種色彩的光并將它們轉(zhuǎn)換為彩色圖像電信號。
在此方式下，當(dāng)構(gòu)成硅光電器件屏以便對于每個像素提供用于發(fā)射并檢測特定色彩的光例如紅光R、綠光G和藍(lán)光B的三個硅光電器件145a、145b和145c時，根據(jù)本發(fā)明的圖像輸入/輸出裝置就能夠呈現(xiàn)全RGB色彩而不用濾色器。在此情況下，構(gòu)成硅光電器件145a、145b和145c具有不同長度的微孔、以發(fā)射并檢測不同波長的光。
利用圖17中所示的根據(jù)本發(fā)明的硅光電器件屏140就能夠不用單獨的濾色器顯示彩色圖像。這里，為了產(chǎn)生更加清楚的彩色圖像，圖15和16中所示的濾色器130可以設(shè)置在硅光電器件屏140的正面。而且，對于用于發(fā)射并檢測對應(yīng)于每個像素的光的三種波長的至少三個硅光電器件145R、145G和145B中的色彩排列和/或濾色器130中的R、G和B元件的排列可以進(jìn)行各種改變。
如上所述，由于根據(jù)本發(fā)明的能夠輸入并輸出單色圖像的圖像輸入/輸出裝置能夠用于在逐個像素的基礎(chǔ)上選擇圖像的輸入和輸出，可以采用這種裝置作為雙向可視通信例如計算機監(jiān)視器、電視和手持終端所需的設(shè)備的圖像輸入/輸出裝置。在此情況下，由于根據(jù)本發(fā)明的圖像輸入/輸出裝置能夠用于單屏中的圖像輸入和輸出，因此當(dāng)執(zhí)行可視通信時，這種裝置的使用就消除了單獨照相機的需要。這里，手持終端的實例包含各種各樣的便攜通信設(shè)備例如移動電話和個人數(shù)字助理(PDA)。
而且，根據(jù)本發(fā)明的能夠單屏輸入并輸出圖像的圖像輸入/輸出裝置使操作者給在監(jiān)視器的正前方的他自己/她自己照相并傳輸圖像成為可能，由此提高可視通信中的逼真性。
雖然已經(jīng)參考包含二維陣列排列的多個硅光電器件組成的單一硅光電器件的圖像輸入/輸出裝置，但本發(fā)明并不限于此。就是說，可以組合多個硅光電器件屏來構(gòu)成根據(jù)本發(fā)明的圖像輸入/輸出裝置以便具有更大的顯示屏。
圖18示出根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的用作數(shù)字電視的圖像輸入/輸出裝置。如圖18所示，可以在設(shè)計的數(shù)字電視中采用根據(jù)本發(fā)明的圖像輸入/輸出裝置以便將信息輸入顯示屏151并用光無線遙控器155選擇菜單。光的無線遙控器155設(shè)計為只照射特定范圍的光如光指示器。當(dāng)光信號從光無線遙控器155照射到顯示屏151例如預(yù)定的菜單153內(nèi)的特定區(qū)域時，位于該特定區(qū)域的作為光接收元件的硅光電器件就接收光信號并根據(jù)接收的光信號來執(zhí)行它的功能，例如改變數(shù)字電視50的頻道或在互連網(wǎng)(Internet)上的操作。
除了上面所述之外，可以在需要雙向信息傳輸?shù)脑O(shè)備的各種應(yīng)用中使用圖像輸入/輸出裝置。
通過在單晶硅晶片上形成MOSFET或雙極結(jié)型晶體管結(jié)構(gòu)的開關(guān)部分、然后在鄰近開關(guān)部分處通過超淺擴散或注入工藝形成光電器件部分來制造上述的硅光電器件。
當(dāng)形成硅光電器件屏?xí)r，作為在典型的存儲器制造工藝中形成字線和位線的工藝的內(nèi)層布線和電源線連接到每個像素結(jié)構(gòu)。作為在逐個像素的基礎(chǔ)上控制發(fā)光IC和光接收IC的硅光電器件屏可以容易地控制光的發(fā)射和接收并在相同像素中執(zhí)行發(fā)射和接收。
根據(jù)本發(fā)明上述的硅光電器件形成為具有用于執(zhí)行在硅基襯底以及超淺摻雜區(qū)上的開關(guān)切換和/或放大功能的內(nèi)置電路，由此能夠用于光的發(fā)射和接收。
因此，根據(jù)本發(fā)明上述的硅光電器件可以選擇性地執(zhí)行光的發(fā)射和接收，容易控制操作的持續(xù)時間并不使用外圍放大電路和開關(guān)電路來執(zhí)行高速開關(guān)切換。
而且，可以通過由于使用硅基襯底的連續(xù)的半導(dǎo)體制造工藝，來制造根據(jù)本發(fā)明上述結(jié)構(gòu)的具有內(nèi)置用于開關(guān)切換和/或放大功能的電路的硅光電器件。
同時，在根據(jù)本發(fā)明的圖像輸入/輸出裝置中，使用根據(jù)本發(fā)明的硅光電器件的硅光電器件屏，通過按照單個單元集成發(fā)光元件和光接收元件、能夠控制每個單個單元的發(fā)光和光接收的持續(xù)時間并具有內(nèi)置的放大電路，由此降低了整個尺寸。因此，根據(jù)本發(fā)明的圖像輸入/輸出裝置可以用于需要集成較小產(chǎn)品的應(yīng)用中。
根據(jù)本發(fā)明的圖像輸入/輸出裝置可以對于每個像素執(zhí)行發(fā)光和光的接收，由此在單一屏上顯示圖像、通過給所需的物體照相而不妨礙觀察所顯示的圖像來產(chǎn)生圖像電信號、或直接將光信息輸入顯示屏成為可能，由此能夠進(jìn)行雙向信息傳輸。
因此，利用根據(jù)本發(fā)明的圖像輸入/輸出裝置用于可視通信通過消除單獨照相機的需要就提供了逼真的通信。利用這種裝置用于數(shù)字TV就能夠?qū)@示屏上的菜單直接用光遙控器進(jìn)行選擇。
權(quán)利要求
1.一種硅光電器件，包括n-型或p-型硅基襯底；光電器件部分，包含摻雜區(qū)和形成在該襯底的背面的多個半導(dǎo)體材料區(qū)，該摻雜區(qū)在該襯底的一部分上超淺摻雜有預(yù)定的與襯底相反類型的雜質(zhì)以便可以產(chǎn)生光的發(fā)射和接收，至少一部分半導(dǎo)體材料區(qū)與該摻雜區(qū)形成疊置結(jié)構(gòu)，鄰近該襯底的該半導(dǎo)體材料區(qū)具有與該襯底相反的導(dǎo)電類型并且該鄰近的半導(dǎo)體材料區(qū)具有彼此相反的導(dǎo)電類型以便該光電器件部分具有內(nèi)置的兩級或多級晶體管；開關(guān)部分，形成在該光電器件部分的一個側(cè)面上并公用該襯底，用于在該光電器件部分中選擇性地產(chǎn)生光的發(fā)射和接收；以及電極結(jié)構(gòu)，將用于控制光的發(fā)射和接收的電信號和/或電源輸入到該光電器件部分和開關(guān)部分和/或輸出光接收信號。
2.如權(quán)利要求1所述的硅光電器件，其中電極結(jié)構(gòu)包括當(dāng)位于具有疊置結(jié)構(gòu)的光電器件部分的最外側(cè)的半導(dǎo)體材料區(qū)為第一半導(dǎo)體區(qū)、并且鄰近第一半導(dǎo)體區(qū)的內(nèi)側(cè)的半導(dǎo)體材料區(qū)為第二半導(dǎo)體區(qū)時，第一控制極電連接到第二半導(dǎo)體材料區(qū)；第一電極，電連接到摻雜區(qū)；以及第二電極，電連接到第一半導(dǎo)體材料區(qū)。
3.如權(quán)利要求2所述的硅光電器件，其中第一電極是形成在摻雜區(qū)上的透明電極。
4.如權(quán)利要求2所述的硅光電器件，其中電極結(jié)構(gòu)還包括絕緣膜、高阻材料層和第二半導(dǎo)體材料區(qū)，絕緣膜形成在第二半導(dǎo)體材料區(qū)的一部分上，第一控制極形成在高阻材料層上，高阻材料層形成在絕緣膜和第二半導(dǎo)體材料區(qū)上，其中第一控制極通過絕緣膜與狹窄區(qū)域上的第二半導(dǎo)體材料區(qū)電連接、高阻材料層形成在第一控制極和第二半導(dǎo)體材料區(qū)之間。
5.如權(quán)利要求1-4中任何一個所述的硅光電器件，其中在襯底的背面通過將雜質(zhì)注入到比摻雜區(qū)更大的深度來形成多個半導(dǎo)體材料區(qū)。
6.一種硅光電器件，包括n-型或p-型硅基襯底；光電器件部分，包含摻雜區(qū)和在該襯底的背面的一部分上形成的半導(dǎo)體材料區(qū)，在該襯底的一部分上用預(yù)定的與該襯底相反類型的雜質(zhì)超淺摻雜該摻雜區(qū)以產(chǎn)生光的發(fā)射和接收，該半導(dǎo)體材料區(qū)具有與該襯底相反的導(dǎo)電類型由此形成疊置結(jié)構(gòu)和該摻雜區(qū)，以使該光電器件具有內(nèi)置的一級晶體管；開關(guān)部分，形成在該光電器件部分的一個側(cè)面上并公用該襯底，用于在該光電器件部分中選擇性地產(chǎn)生光的發(fā)射和接收；以及電極結(jié)構(gòu)，其將用于控制光的發(fā)射和接收的電信號和/或電源輸入到該光電器件部分和該開關(guān)部分和/或輸出光接收信號。
7.如權(quán)利要求6所述的硅光電器件，其中電極結(jié)構(gòu)包括第一控制極，電連接到襯底；第一電極，電連接到摻雜區(qū)；以及第二電極，電連接到半導(dǎo)體材料區(qū)。
8.如權(quán)利要求7所述的硅光電器件，其中第一電極是在摻雜區(qū)上形成的透明電極。
9.如權(quán)利要求6-8中任何一個所述的硅光電器件，其中在襯底的背面通過將雜質(zhì)注入到比摻雜區(qū)更大的深度來形成半導(dǎo)體材料區(qū)。
10.如權(quán)利要求1-4和權(quán)利要求6-8中任何一個所述的硅光電器件，其中開關(guān)部分具有金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)結(jié)構(gòu)，其中電極結(jié)構(gòu)還包括第二控制極以及第三電極和第四電極，在開關(guān)部分上設(shè)置所有的電極，以及其中第三電極和第四電極其中之一電連接到摻雜區(qū)。
11.如權(quán)利要求10所述的硅光電器件，其中第三電極和第四電極的其中另一個電極和第二電極分別作為陽極和陽極或反之亦然。
12.如權(quán)利要求1-4和權(quán)利要求6-8中任何一個所述的硅光電器件，其中開關(guān)部分具有雙極結(jié)型晶體管結(jié)構(gòu)，并且其中電極結(jié)構(gòu)還包括在開關(guān)部分中設(shè)置的基極電極、發(fā)射極電極和集電極電極。
13.如權(quán)利要求12所述的硅光電器件，其中通過摻雜在襯底上形成基極、通過摻雜在基極上形成發(fā)射極并通過摻雜在基極的一個側(cè)面上形成集電極來形成開關(guān)部分。
14.如權(quán)利要求13所述的硅光電器件，其中在集電極一側(cè)的基極和發(fā)射極的邊界之間的間隙足夠窄。
15.一種圖像輸入/輸出裝置，包括由多個硅光電器件組成的硅光電器件屏，該硅光電器件能夠輸入并輸出圖像、以二維陣列方式排列在n-型或p-型硅基襯底上，多個硅光電器件的其中每一個包括光電器件部分，包含摻雜區(qū)和形成在該襯底的背面的多個半導(dǎo)體材料區(qū)，該摻雜區(qū)在該襯底的一部分上超淺摻雜有預(yù)定的與襯底相反類型的雜質(zhì)以便可以產(chǎn)生光的發(fā)射和接收，至少一部分半導(dǎo)體材料區(qū)與該摻雜區(qū)形成疊置結(jié)構(gòu)，鄰近該襯底的該半導(dǎo)體材料區(qū)具有與該襯底相反的導(dǎo)電類型并且該鄰近的半導(dǎo)體材料區(qū)具有彼此相反的導(dǎo)電類型以便該光電器件部分具有內(nèi)置的兩級或多級晶體管；開關(guān)部分，形成在該光電器件部分的一個側(cè)面上并公用該襯底，用于在該光電器件部分中選擇性地產(chǎn)生光的發(fā)射和接收；以及電極結(jié)構(gòu)，將用于控制光的發(fā)射和接收的電信號和/或電源輸入到該光電器件部分和開關(guān)部分和/或輸出光接收信號，由此通過相同的硅光電器件就能夠輸入并輸出圖像，以及形成該電極結(jié)構(gòu)圖案以便在逐個像素的基礎(chǔ)上選擇性地將圖像輸入該硅光電器件屏并從該光電器件屏中輸出圖像。
16.如權(quán)利要求15的裝置，其中電極結(jié)構(gòu)還包括當(dāng)位于具有疊置結(jié)構(gòu)的光電器件部分的最外側(cè)的半導(dǎo)體材料區(qū)為第一半導(dǎo)體材料區(qū)、并且鄰近第一半導(dǎo)體材料區(qū)內(nèi)側(cè)的半導(dǎo)體材料區(qū)為第二半導(dǎo)體材料區(qū)時，第一控制極電連接到第二半導(dǎo)體材料區(qū)；第一電極，電連接到摻雜區(qū)；以及第二電極，電連接到第一半導(dǎo)體材料區(qū)。
17.如權(quán)利要求16的裝置，其中第一電極是在摻雜區(qū)上形成的透明電極。
18.如權(quán)利要求16的裝置，其中開關(guān)部分具有金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)結(jié)構(gòu)，其中電極結(jié)構(gòu)還包括第二控制極以及第三電極和第四電極，在開關(guān)部分上設(shè)置所有的電極，以及其中第三電極和第四電極其中之一電連接到摻雜區(qū)。
19.如權(quán)利要求18的裝置，其中第三電極和第四電極的其中另一個電極和第二電極分別作為陰極和陽極、或反之亦然。
20.如權(quán)利要求16的裝置，其中開關(guān)部分具有雙極結(jié)型晶體管結(jié)構(gòu)，開且其中電極結(jié)構(gòu)還包括在開關(guān)部分中設(shè)置的基極電極、發(fā)射極電極和集電極電極。
21.如權(quán)利要求20的裝置，其中通過摻雜在襯底上形成基極、通過摻雜在基極上形成發(fā)射極并通過摻雜在基極的一個側(cè)面上形成集電極來形成開關(guān)部分。
22.如權(quán)利要求21的裝置，其中在集電極一側(cè)的基極和發(fā)射極的邊界之間的間隙足夠窄。
23.如權(quán)利要求16的裝置，其中電極結(jié)構(gòu)還包括絕緣膜、高阻材料層和第二半導(dǎo)體材料區(qū)，絕緣膜形成在第二半導(dǎo)體材料區(qū)的一部分上，第一控制極形成在高阻材料層上，高阻材料層形成在絕緣膜和第二半導(dǎo)體材料區(qū)上，其中第一控制極通過絕緣膜與狹窄區(qū)域上的第二半導(dǎo)體材料區(qū)電連接、高阻材料層形成在第一控制極和第二半導(dǎo)體材料區(qū)之間。
24.如權(quán)利要求15-23中任何一個的裝置，其中在襯底的背面通過將雜質(zhì)注入到與摻雜區(qū)相比更大的深度來形成多個第二半導(dǎo)體材料區(qū)。
25.一種圖像輸入/輸出裝置，包括由多個硅光電器件組成的硅光電器件屏，該硅光電器件能夠輸入并輸出圖像、以二維陣列方式排列在n-型或p-型硅基襯底上，多個硅光電器件的每一個包括光電器件部分，包含摻雜區(qū)和形成在該襯底的背面的一部分的上半導(dǎo)體材料區(qū)，該摻雜區(qū)在該襯底的一部分上超淺摻雜有預(yù)定的與襯底相反類型的雜質(zhì)以便可以產(chǎn)生光的發(fā)射和接收，其中該半導(dǎo)體材料區(qū)具有與該襯底相反的導(dǎo)電類型由此與該摻雜區(qū)形成疊置結(jié)構(gòu)以便該光電器件具有內(nèi)置的一級晶體管；開關(guān)部分，形成在該光電器件部分的一個側(cè)面上并公用該襯底，用于在該光電器件部分中選擇性地產(chǎn)生光的發(fā)射和接收；以及電極結(jié)構(gòu)，將用于控制光的發(fā)射和接收的電信號和/或電源輸入到 該光電器件部分和開關(guān)部分和/或輸出光接收信號，由此通過相同的硅光電器件就能夠輸入并輸出圖像，以及形成該電極結(jié)構(gòu)圖案以便在逐個像素的基礎(chǔ)上選擇性地將圖像輸入該硅光電器件屏并從該光電器件屏中輸出圖像。
26.如權(quán)利要求25的裝置，其中電極結(jié)構(gòu)包括第一控制極，電連接到襯底；第一電極，電連接到摻雜區(qū)；以及第二電極，電連接到半導(dǎo)體材料區(qū)。
27.如權(quán)利要求26的裝置，其中第一電極是在摻雜區(qū)上形成的透明電極。
28.如權(quán)利要求26的裝置，其中開關(guān)部分具有金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)結(jié)構(gòu)，其中電極結(jié)構(gòu)還包括第二控制極以及第三電極和第四電極，在開關(guān)部分上設(shè)置所有的電極，以及其中第三電極和第四電極其中之一電連接到摻雜區(qū)。
29.如權(quán)利要求28的裝置，其中第三電極和第四電極的其中另一個電極和第二電極分別作為陰極和陽極、或反之亦然。
30.如權(quán)利要求26的裝置，其中開關(guān)部分具有雙極結(jié)型晶體管結(jié)構(gòu)，并且其中電極結(jié)構(gòu)還包括在開關(guān)部分中設(shè)置的基極電極、發(fā)射極電極和集電極電極。
31.如權(quán)利要求30的裝置，其中通過摻雜在襯底上形成基極、通過摻雜在基極上形成發(fā)射極并通過摻雜在基極的一個側(cè)面上形成集電極來形成開關(guān)部分。
32.如權(quán)利要求31的裝置，其中在集電極一例的基極和發(fā)射極的邊界之間的間隙足夠窄。
33.如權(quán)利要求25-32中任何一個的裝置，其中在襯底的背面通過將雜質(zhì)注入到與摻雜區(qū)相比更大的深度來形成第二半導(dǎo)體材料區(qū)。
34.如權(quán)利要求15-23和權(quán)利要求25-32中任何一個的裝置，其中在硅光電器件屏中，用于發(fā)射并接收光的三個或多個硅光電器件對應(yīng)于每個像素。
35.如權(quán)利要求34的裝置，其中對應(yīng)于每個像素的三個或多個硅光電器件發(fā)射和/或接收表示彩色圖像的不同波長的光。
36.如權(quán)利要求35的裝置，進(jìn)一步包括用于在硅光電器件屏的前面顯示清晰彩色圖像的濾色器。
37.如權(quán)利要求34的裝置，進(jìn)一步包括用于在硅光電器件屏的前面顯示清晰彩色圖像的濾色器。
38.如權(quán)利要求34的裝置，其中在數(shù)字電視中使用該器件，其中利用光遙控器將信息輸入顯示屏或在顯示屏上選擇菜單。
39.如權(quán)利要求15-23和權(quán)利要求25-32中任何一個所述的裝置，其中在數(shù)字電視中使用該器件，其中利用光遙控器將信息輸入顯示屏或在顯示屏上選擇菜單。
全文摘要
一種硅光電器件和使用該器件的圖像輸入/輸出裝置。該器件包含有一個或多級晶體管的光電器件部分和在該光電器件部分的一個側(cè)面上形成并公用襯底的開關(guān)部分，該開關(guān)部分用于在光電器件部分中選擇性地產(chǎn)生光的發(fā)射和接收。光電器件部分包含與n－型或p－型襯底相反類型的超淺摻雜區(qū)，其中由于量子抑制效應(yīng)在摻雜區(qū)和襯底之間的p－n結(jié)處產(chǎn)生光的發(fā)射和接收；及在襯底的背面上形成的一或多個半導(dǎo)體材料區(qū)，至少一部分半導(dǎo)體材料區(qū)與摻雜區(qū)形成疊置結(jié)構(gòu)。具有用于執(zhí)行開關(guān)切換和/或放大功能的內(nèi)置電路的硅光電器件能夠選擇性地產(chǎn)生光的發(fā)射和接收而不必使用任何一種外圍放大電路和開關(guān)電路、易于控制發(fā)光和光接收的持續(xù)時間、并可連續(xù)制造。
文檔編號H01L31/16GK1516278SQ20031012489
公開日2004年7月28日 申請日期2003年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月20日
發(fā)明者金俊永, 崔秉龍, 李銀京 申請人:三星電子株式會社