[發明專利]單光子雪崩光電二極管的制作方法

有效

• 申請號: 201610648715.7
• 申請日: 2016-08-08
• 公開（公告）號: CN106057958B
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 王偉;張鈺;衛振奇
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H01L31/107
• 分類號: H01L31/107;H01L31/18
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙)33240
• 代理人: 杜軍

技術領域

本發明屬于單光子探測技術領域，具體涉及單光子雪崩光電二極管的制作方法。

背景技術

單光子探測技術是一種極微光探測傳感技術，在生物發光、量子通信、大氣污染檢測、放射探測、天文研究、高靈敏度傳感器等領域有著比較廣泛的應用。單光子探測技術采用的光電接收器件主要有光電倍增管(PTM)、單光子雪崩二極管(APD)。在采用單光子雪崩光電二極管的單光子探測系統中，邊緣效應是影響雪崩光電二極管進行單光子探測關鍵性因素，而保護環是避免邊緣效應的重要手段。因此，如何避免雪崩光電二極管的邊緣效應，防止邊緣過早擊穿具有重要的意義和使用價值。

目前也有其它結構的保護環被用來避免雪崩光電二極管的邊緣效應，防止邊緣過早擊穿，但是其它結構的保護環能夠承受的最大偏置電壓過低，在過高的反向偏置電壓下，容易發生邊緣過早擊穿的現象。這對一些反向偏置電壓擺幅過大的單光子探測系統來說，在高的偏置電壓下邊緣會發生邊緣效應，從而影響雪崩光電二極管進行正常的光電探測。

發明內容

本發明的目的在于針對現有單光子雪崩二極管的保護環結構存在的不足，提出一種單光子雪崩光電二極管的制作方法，該單光子雪崩光電二極管的保護環結構可避免雪崩光電二極管的邊緣效應，防止邊緣過早擊穿，增加雪崩二極管能夠承受的最大反向偏置電壓。

本發明單光子雪崩光電二極管的制作方法采用的單光子雪崩光電二極管，包括深n阱層、p-襯底層、第一p+型半導體層、p-阱層、p-型半導體層、二氧化硅層、陽極電極和陰極電極、n+型半導體層和第二p+型半導體層；所述的p-阱層、p-型半導體層、陽極電極、陰極電極、n+型半導體層和第二p+型半導體層均為圓環形。深n阱層位于p-襯底層的中心摻雜區；p-阱層、p-型半導體層和n+型半導體層均位于深n阱層的外端面摻雜區，且p-型半導體層位于p-阱層的外周和n+型半導體層的內周之間；p-阱層的內周設置第一p+型半導體層；第二p+型半導體層位于p-襯底層的側部摻雜區。第一p+型半導體層和第二p+型半導體層的外端均設置陽極電極，n+型半導體層的外端設置陰極電極；二氧化硅層覆蓋p-阱層、p-型半導體層、n+型半導體層和第二p+型半導體層的外端。

該單光子雪崩光電二極管的制作方法，具體如下：

步驟一、在硅基上采用硼離子進行均勻p-襯底摻雜，在p-襯底的中心摻雜區采用磷離子摻雜形成深n阱層，深n阱層和p-襯底形成pn結；

步驟二、在深n阱層的外端中心采用硼離子摻雜第一p+型半導體層，第一p+型半導體層和深n阱層之間形成耗盡層；

步驟三、在第一p+型半導體層的外側采用硼離子摻雜p-阱層；p-阱層位于深n阱層內；

步驟四、在p-阱層的外周采用硼離子摻雜p-型半導體層；p-阱層的外周與p-型半導體層的內周間距為2～3μm；p-型半導體層位于深n阱層內；

步驟五、在p-型半導體層外周采用磷離子摻雜n+型半導體層，并在n+型半導體層外周采用硼離子摻雜第二p+型半導體層；n+型半導體層位于深n阱層內，第二p+型半導體層位于p-襯底上。

步驟六、第一p+型半導體層和第二p+型半導體層的外端均設置陽極電極，n+型半導體層的外端設置陰極電極；

步驟七、二氧化硅層覆蓋p-阱層、p-型半導體層、n+型半導體層和第二p+型半導體層的外端。

本發明的有益效果：

本發明具有避免單光子雪崩光電二極管邊緣效應、防止邊緣過早擊穿和增加單光子雪崩光電二極管能夠承受的最大反向偏置電壓功能，使雪崩光電二極管能夠承受的最大反向偏置電壓達到30.51V。利用p-阱層形成的中心接觸保護環，增加了第一p+型半導體層的曲率半徑，減小了第一p+型半導體層邊緣區域的電場強度，避免了邊緣效應，利用p-型半導體層形成了浮動保護環，其主要作用是一個分壓保護環，對p-阱層的外邊緣進行保護和增加單光子雪崩光電二極管能夠承受的最大反向偏置電壓。當在陰極電極和陽極電極施加反向偏置電壓時，p-阱層對第一p+型半導體層的邊緣進行保護作用，而p-型半導體層對p-阱層的外邊沿進行分壓保護作用，從而達到在避免邊緣效應的基礎上增了單光子雪崩光電二極管能夠承受的最大反向偏置電壓的功效。

附圖說明

圖1為本發明單光子雪崩光電二極管的結構框圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步說明。