一种雪崩光电二极管阵列探测器制造技术

本发明专利技术提供一种雪崩光电二极管阵列探测器，包括第一导电类型衬底层、PN结、隔离结构、至少一阳极引出端及阴极引出端，其中，第一导电类型半导体层位于第一导电类型衬底层上，PN结位于第一导电类型半导体层中，且PN结在水平面上的投影具有间隔区域；隔离结构位于第一导电类型半导体层中，并位于PN结间隔区域，且隔离结构不与PN结接触。本发明专利技术中，单像素的PN结在水平面上的投影具有间隔区域，这样单像素的PN结宽度总和减少，由于整个PN结区域及PN结之间的区域都可以吸收入射光子，且由于重掺杂的第二导电类型掺杂层的减少会提高部分短波长光子的吸收，所以不会影响雪崩光电二极管的光子探测效率，且同时降低了单像素的暗电流或暗计数率。计数率。计数率。

【技术实现步骤摘要】
一种雪崩光电二极管阵列探测器


[0001]本专利技术属于光电
，涉及一种雪崩光电二极管阵列探测器。

技术介绍

[0002]单光子探测器包括光电倍增管(Photomultiplier Tube，简称PMT)、模拟或数字型硅光电倍增器(Silicon Photomultiplier，简称SiPM)、单光子雪崩光电二极管(Single PhotonAvalanche Diode，SPAD)等多种类型，其中，由于PMT具有体积大、工作电压高、功耗高、易损坏、受光阴极限制而导致探测效率较低、对磁场敏感以及不适合制作大规模阵列等缺点，其导致单光子探测器的应用受到限制。为此，模拟型的硅基光电倍增器已被提出，雪崩光电二极管(Avalanche Photo Diode，简称APD)在设计时，希望获得较高的光子探测效率(Photon detection efficiency，简称PDE)和较低的暗计数率(Dark Count Count，简称DCR)，但是暗计数率主要与器件有源区面积相关，且随着光子探测效率的提高，暗电流或者暗计数率也增大。因此如何保证光子探测效率的同时，抑制器件的暗计数率非常重要。

技术实现思路

[0003]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种雪崩光电二极管阵列探测器，用于解决现有技术中无法在提高光子探测效率的同时抑制器件的暗电流或暗计数率的问题。
[0004]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种雪崩光电二极管阵列探测器，包括多个单像素结构，所述单像素结构包括：
[0005]第一导电类型衬底层；
[0006]第一导电类型半导体层，位于所述第一导电类型衬底层上；
[0007]PN结，位于所述第一导电类型半导体层中并包括自下而上依次设置的第一导电类型掺杂层及第二导电类型掺杂层，所述第一导电类型掺杂层的掺杂浓度高于所述第一导电类型半导体层的掺杂浓度，所述第二导电类型掺杂层的掺杂浓度高于所述第一导电类型掺杂层的掺杂浓度，所述第一导电类型为N型或P型，所述第二导电类型与所述第一导电类型相反，其中，所述PN结在水平面上的投影具有间隔区域；
[0008]隔离结构，位于所述第一导电类型半导体层中，并位于所述间隔区域，且所述隔离结构不与所述PN结接触；
[0009]至少一阳极引出端，位于所述第一导电类型半导体层上并与所述第二导电类型掺杂层接触；
[0010]阴极引出端，位于所述第一导电类型衬底层下方。
[0011]可选地，所述PN结在水平面上的投影呈螺旋状、网格状、梳齿状及圆环状中的至少一种。
[0012]可选地，所述隔离结构的顶面与所述第一导电类型半导体层的顶面齐平，所述隔离结构的底面高于所述PN结的底面。
[0013]可选地，所述隔离结构包括基于所述第一导电类型半导体层的第二导电类型掺杂区域。
[0014]可选地，所述第二导电类型掺杂区域的掺杂浓度高于所述第一导电类型掺杂层的掺杂浓度。
[0015]可选地，所述隔离结构包括沟槽及填充于所述沟槽内的隔离材料，所述沟槽自所述第一导电类型半导体层的顶面开口并往下延伸，所述沟槽的底面高于所述PN结的底面。
[0016]可选地，所述沟槽的侧壁倾斜。
[0017]可选地，所述隔离材料包括绝缘介质。
[0018]可选地，所述雪崩光电二极管阵列探测器还包括抗反射层，所述抗反射层位于所述第一导电类型半导体层上，所述阳极引出端贯穿所述抗反射层。
[0019]可选地，所述第二导电类型掺杂层的横截面积大于所述第一导电类型掺杂层的横截面积。
[0020]如上所述，本专利技术的雪崩光电二极管阵列探测器中，单像素的PN结在水平面上的投影具有间隔区域，使得所述PN结的部分区域呈分离状态，并由隔离结构隔离开，隔离结构的存在可以保证器件在击穿时空间电荷区互不交叠，这样单像素的PN结宽度总和减少，由于整个PN结区域及PN结之间的区域都可以吸收入射光子，且由于重掺杂的第二导电类型掺杂层的减少会提高部分短波长(<400nm)光子的吸收，所以不会影响雪崩光电二极管的光子探测效率，且同时降低了单像素的暗电流或暗计数率。
附图说明
[0021]图1显示为一种雪崩光电二极管探测器中单像素结构的一种简化结构的截面示意图。
[0022]图2显示为本专利技术实施例一的雪崩光电二极管阵列探测器中单像素结构的一种简化结构的截面示意图。
[0023]图3显示为所述第一导电类型半导体层、所述PN结的所述第二导电类型掺杂层、所述隔离结构、所述阳极引出端的第一种平面布局图。
[0024]图4显示为所述第一导电类型半导体层、所述PN结的所述第二导电类型掺杂层、所述隔离结构、所述阳极引出端的第二种平面布局图。
[0025]图5显示为所述第一导电类型半导体层、所述PN结的所述第二导电类型掺杂层、所述隔离结构、所述阳极引出端的第三种平面布局图。
[0026]图6显示为所述第一导电类型半导体层、所述PN结的所述第二导电类型掺杂层、所述隔离结构、所述阳极引出端的第四种平面布局图。
[0027]图7显示为本专利技术实施例二的雪崩光电二极管阵列探测器中单像素结构的一种简化结构的截面示意图。
[0028]元件标号说明
[0029]101
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表面抗反射层
[0030]102
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第二类型重掺杂区域
[0031]103
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第一类型掺杂区域
[0032]104
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第一类型轻掺杂区域
[0033]105
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第一类型重掺杂衬底层
[0034]106
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阳极引出端
[0035]107
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空间电荷区区域
[0036]108
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阴极引出端
[0037]201
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抗反射层
[0038]202
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第二导电类型掺杂层
[0039]203
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第一导电类型掺杂层
[0040]204
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第一导电类型半导体层
[0041]205
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第一导电类型衬底层
[0042]206
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阳极引出端
[0043]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种雪崩光电二极管阵列探测器，包括多个单像素结构，其特征在于，所述单像素结构包括：第一导电类型衬底层；第一导电类型半导体层，位于所述第一导电类型衬底层上；PN结，位于所述第一导电类型半导体层中并包括自下而上依次设置的第一导电类型掺杂层及第二导电类型掺杂层，所述第一导电类型掺杂层的掺杂浓度高于所述第一导电类型半导体层的掺杂浓度，所述第二导电类型掺杂层的掺杂浓度高于所述第一导电类型掺杂层的掺杂浓度，所述第一导电类型为N型或P型，所述第二导电类型与所述第一导电类型相反，其中，所述PN结在水平面上的投影具有间隔区域；隔离结构，位于所述第一导电类型半导体层中，并位于所述间隔区域，且所述隔离结构不与所述PN结接触；至少一阳极引出端，位于所述第一导电类型半导体层上并与所述第二导电类型掺杂层接触；阴极引出端，位于所述第一导电类型衬底层下方。2.根据权利要求1所述的雪崩光电二极管阵列探测器，其特征在于：所述PN结在水平面上的投影呈螺旋状、网格状、梳齿状及圆环状中的至少一种。3.根据权利要求1所述的雪崩光电二极管阵列探测器，其特征在于：所述隔离结构的顶面与所述第一导电类型半导体层的顶面齐平，所述隔离...

【专利技术属性】
技术研发人员：卞剑涛，胡海帆，盛振，
申请(专利权)人：江苏尚飞光电科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：