[發(fā)明專利]一種基于分形納米線表面結(jié)構(gòu)的Si-APD光電探測器及制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910742456.8
• 申請日: 2019-08-13
• 公開（公告）號(hào): CN110429156B
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊奇龍;馬曉燠;饒學(xué)軍;汪韜;盛良睿
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶連芯光電技術(shù)研究院有限公司
• 主分類號(hào): H01L31/107
• 分類號(hào): H01L31/107;H01L31/028;H01L31/0236;H01L31/18
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 安麗

1.一種基于分形納米線表面結(jié)構(gòu)的Si-APD光電探測器，其特征在于，包括：分形納米線表面結(jié)構(gòu)進(jìn)光層P+區(qū)，位于分形納米線表面結(jié)構(gòu)進(jìn)光層P+區(qū)下方的本征吸收層π區(qū)、位于本征吸收層π區(qū)下方的雪崩倍增層P區(qū)、位于雪崩倍增層P區(qū)下方的電極接觸層N+區(qū)、位于本征吸收層π區(qū)兩側(cè)下方的保護(hù)環(huán)即N區(qū)、設(shè)置在分形納米線表面結(jié)構(gòu)進(jìn)光層P+區(qū)上表面的上端電極以及電極接觸層N+區(qū)下表面的下端電極；所述分形納米線表面結(jié)構(gòu)進(jìn)光層P+區(qū)具有以隨機(jī)分形分布的垂直硅納米線的表面結(jié)構(gòu)；

所述分形納米線表面結(jié)構(gòu)進(jìn)光層P+區(qū)的納米線長度為2.6±0.3μm，表面覆蓋率為50-60％，納米線間最大孔直徑范圍為150-200nm；

所述分形納米線表面結(jié)構(gòu)進(jìn)光層P+區(qū)摻雜濃度范圍為1×10¹⁵/cm³～1×10¹⁷/cm³，層厚1.2-10um；本征吸收層π區(qū)摻雜濃度范圍為1×10¹⁴/cm³～5×10¹⁴/cm³，層厚10-20um；雪崩倍增層P區(qū)摻雜濃度范圍為1×10¹⁵/cm³～5×10¹⁵/cm³，層厚0.1-6.5um；電極接觸層N+區(qū)摻雜濃度范圍為1×10¹⁷/cm³～1×10¹⁹/cm³，層厚0.1-1um；

所述基于分形納米線表面結(jié)構(gòu)的Si-APD光電探測器的制備方法，包括如下步驟：

a)預(yù)備表面清潔、干燥的硅單晶片襯底材料；

b)將硅單晶片研磨拋光，并在襯底正面氧化生長1um-2um的SiO₂膜層；

c)在SiO₂膜層表面旋涂上一層光刻膠，并利用掩模圖形對光刻膠圖形化，在SiO₂膜層上光刻出保護(hù)環(huán)N區(qū)圖形區(qū)域，去除未被保護(hù)的SiO2膜層形成保護(hù)環(huán)N區(qū)窗口；

d)對擴(kuò)散窗口進(jìn)行磷擴(kuò)散或離子注入形成保護(hù)環(huán)N區(qū)，摻雜濃度范圍為1×10¹⁴/cm³～2×10¹⁷/cm³，保護(hù)環(huán)N區(qū)的結(jié)深為1.5um～3.5um，接著去除表面光刻膠；

e)在SiO₂膜層表面旋涂上一層光刻膠，并利用掩模圖形對光刻膠圖形化，在SiO₂膜層上光刻出雪崩倍增層P區(qū)圖形區(qū)域，去除未被保護(hù)的SiO2膜層形成雪崩倍增層P區(qū)窗口；

f)對擴(kuò)散窗口進(jìn)行硼擴(kuò)散或離子注入形成雪崩倍增層P區(qū)，摻雜濃度范圍為1×10¹⁵/cm³～5×10¹⁵/cm³，雪崩倍增層P區(qū)的結(jié)深為0.1～6.5um，接著去除表面光刻膠；

g)在SiO₂膜層表面旋涂上一層光刻膠，并利用掩模圖形對光刻膠圖形化，在SiO₂膜層上光刻出電極接觸層N+區(qū)圖形區(qū)域，去除未被保護(hù)的SiO2膜層形成電極接觸層N+區(qū)窗口；

h)對擴(kuò)散窗口進(jìn)行磷擴(kuò)散或離子注入形成電極接觸層N+區(qū)，摻雜濃度范圍為1×10¹⁷/cm³～1×10¹⁹/cm³，電極接觸層N+區(qū)結(jié)深為0.1-1um，接著去除表面光刻膠；

i)進(jìn)光層P+區(qū)離注入，形成進(jìn)光層高濃度摻雜，注入粒子濃度為1×10¹⁵/cm³～1×10¹⁷/cm³，進(jìn)光層P+區(qū)的結(jié)深為1.2-10um；

j)激光退火，還原材料特性；

k)使用高純度金顆粒，通過電子束蒸發(fā)在室溫下將2-3nm金層沉積到P+層上，通過在氫氟酸和H₂O₂的水溶液中蝕刻樣品來形成Si分形納米線表面結(jié)構(gòu)，通過KI浸除器件表面Au；

l)制備上端電極和下端電極，最終形成基于分形納米線表面結(jié)構(gòu)的Si-APD光電探測器。