[發明專利]具有溫度補償自保護硅基APD陣列器件的制作方法

在審

• 申請號: 201410301179.4
• 申請日: 2014-06-30
• 公開（公告）號: CN105280551A
• 公開（公告）日: 2016-01-27
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工大華生電子有限公司
• 主分類號: H01L21/77
• 分類號: H01L21/77
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及光電子器件制造領域，特別涉及一種具有溫度補償自保護硅基APD陣列器件的制造方法。

背景技術

目前應用的光電探測器主要有兩種，即PIN光電二極管和APD光電二極管。PIN光電二極管由于制造工藝簡單，成本低廉的優點，在光纖通信中被大量使用。但載流子在PIN光電二極管器件內部不存在倍增過程，對單個光子而言僅能產生一對電子空穴對，無法應對微弱光信號探測的要求。而APD光電二極管吸收光子后，會在空間電荷區產生電子空穴對，在強電場作用下，半導體中的載流子發生雪崩倍增效應，將接收到的單光子信號在其內部倍增放大，實現單光子探測。此外，雪崩光電二極管還具有高量子效率、高增益、低暗電流等優點，并且和CMOS工藝兼容。因此，在光子技術、弱光場測量等領域中得到廣泛的應用。

高增益的雪崩光電二極管是一種具有內部放大作用的光電二極管，其工作在Geiger模式，器件的反向偏壓大于其雪崩擊穿電壓。入射光子在吸收區被吸收產生電子空穴對后，在強電場的作用下加速而獲得極大的動能，通過碰撞半導體晶格把能量傳遞給價帶上的電子，使之發生電離，從而產生二次電子空穴對。這些二次電離的電子空穴對又被加速產生更多的電子空穴對，從而產生一個很大的雪崩電流，形成倍增因子可達10⁶以上，雪崩電流從nA量級迅速增長到mA量級，對光信號實現有效放大。

發明內容

本發明提供了具有溫度補償自保護硅基APD陣列器件的結構及制作方法，提高了器件的增益、抑制了溫漂對增益的影響、降低了器件的工作電壓。

本發明提供了具有溫度補償自保護硅基APD陣列器件的制造方法，包括：多個微元APD并聯組成APD陣列，如圖1所示。其中，微元APD縱向結構依次是N型重摻雜陰極區，π型耗盡層形成的雪崩區，P型重摻雜層組成的場控區，摻雜外延層形成的吸收區，吸收區上設有陽極金屬電極。

進一步的，本發明所述高增益APD陣列制作在硅襯底上；

進一步的，場控區和雪崩區采用離子注入方式形成，本發明將吸收區和雪崩區分離，能夠獲得良好的電子注入，降低器件倍增噪聲。

最后，在APD陣列外圍采用表面貼裝技術SMD對APD陣列、溫敏二極管和淬滅電阻進行電器連接，如圖2所示。

本發明APD陣列內微元APD采用達通型與保護環型兼容的結構，達通型結構具有倍增因子高和低噪聲的優點，保護環型結構擴大PN結終端曲率，使得邊緣電場集中被消弱，擊穿電壓得到提高。然而雪崩光電二極管自身沒有抑制不斷增大的雪崩電流的能力，因此，在雪崩電流增大到損壞器件之前應及時地降低偏壓抑制雪崩，即需要外加淬滅電阻使雪崩結束的同時迅速恢復偏壓，為下一個光子的探測做好準備。此外，APD在工作過程中器件溫度升高，溫度變化是影響最佳倍增因子的主要因素，倍增因子隨溫度而變化對器件性能有很大的影響，因此，通過溫敏二極管控制調整APD工作電壓的方式對溫度進行補償,使APD工作在接近最佳倍增因子狀態。

附圖說明

圖1為APD陣列示意圖；

圖2為具有溫度補償自保護APD陣列結構示意圖；

圖3為微元APD結構剖面圖；

圖3中：1-襯底；2-吸收區；3-隔離槽；4-襯底接觸環；5-場控區；6-雪崩區；7-陰極區；8-陰極金屬電極；9-陽極金屬電極；10-增透膜。

具體實施方式

本發明的核心思想在于提供一種具有溫度補償自保護硅基APD陣列器件的制造方法。

下面結合具體的實施方案以及圖3對本發明做進一步說明。根據下面說明和權力要求書，本發明的優點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。

首先，提供一種硅片作為襯底1，襯底采用P型硅片，摻雜硼元素。

其次，在所述襯底1上進行外延生長，形成外延層，作為器件的吸收區2，外延層摻雜硼元素。

接下來，依次進行氧化層淀積、光刻、腐蝕工藝制造出trench窗口。

接下來，進行trench工藝，制造出陣列APD的隔離槽3，并進行漂酸工藝去除表面氧化層。隔離槽能夠防止除光源外的外界光干擾。多晶硅淀積工藝，對隔離槽進行填充。

接下來，依次進行氧化、光刻，制造出注入窗口。之后，依次進行硼注入、去膠、退火，形成P+摻雜層，也就是器件的襯底接觸環4。