[发明专利]基于硅基双环结构的APD探测器制备方法

说明书

基于硅基双环结构的APD探测器制备方法，本发明属于探测器领域，其中包括P+衬底（1），位于衬底上方p‑外延层作为探测器的π型吸收区（2），在外延层上制作保护环APD探测器结构包括：接触区N+（3）和保护环N+（4）组成APD探测器的双环结构，在外延层上制备倍增区P+（5），而光敏面采用SiO₂（6）、PSG（7）和Si₃N₄（9）组成的光敏感层，提高APD探测器对光的透过率，因此提供器件的吸收效率；本发明区别于传统APD探测器主要是采用双环结构，增加了器件的感光面积，提高APD探测器的探测效率、响应度，并解决了APD探测器的高电压下边缘局部提前击穿效应；生产工艺采用高能离子注入和退火工艺制作，有效提高器件的成品率降低暗电流。

技术领域

本发明涉及基于硅基双环结构的APD探测器制备方法，特别是APD探测器领域。

背景技术

光电探测器是光电子产业中的重要核心器件，负责将探测到的光子信号化转为电子信号。随着智能军事、量子通信、高端医疗、智能汽车、生物医学、智能安防等科技的应用化，人们对宽波段、更高灵敏度的光电探测器的需求越来越多，光电探测器已由传统的光电倍增管(PMT)、PIN光电二极管发展到对微弱光信号敏感且具有内部倍增的半导体雪崩光电二极管(APD)；雪崩光电探测器APD可实现单光子探测的雪崩光子探测器的应用领域十分广泛，如荧光成像、 X 线断层显像、辐射探测、高能物理、激光雷达、航空航天、智能军事、高端医疗、生物医学、大气探测及空间气象等领域，特别是在即将大规模兴起的汽车无人驾驶、量子通信、量子密钥分配、机器人视觉等新兴技术产业方面的核心作用具有不可替代的地位，这些新兴产业产品对新型高灵敏度的光子探测器具有极其巨大的需求，雪崩光子探测器的应用将取得一次革命性的突破。

随着APD探测器应用越来越广泛，因此性能要求也越来越高，传统APD结构采用单环结构，在高电压下，会产生边缘局部击穿；因电极的设置位置的影响，更是占用了器件的有效感光面积，影响了器件的探测效率，因此本发明对于传统APD存在的问题进行改进，采用双环结构，不仅解决了边缘局部击穿效应，并大大的增加了探测感光面积，提高了器件的探测效率。

发明内容

本发明区别传统的APD结构采用双环结构能够在感光面积、暗电流和边缘击穿等方面得到了有效的解决。

本发明的目的是提供基于硅基双环结构的APD探测器制备方法。该发明的特点是，如图1，其中包括P+硅衬底（1），其浓度为3.5×10²⁰cm^-3，位于衬底上方p-外延层作为探测器的π型吸收区（2），其浓度为5×10¹⁵cm^-3，外延层厚度10um，在外延层上制作保护环APD探测器结构包括：接触区N+（3）和保护环N+（4）. 其浓度均为8×10¹⁸cm^-3，结深分别为0.3um和3um，组成APD探测器的双环结构，在外延层上制作倍增区P+（5），其浓度为5×10¹⁶cm^-3，结深1.5um。

本发明的目的是提供基于硅基双环结构的APD探测器制备方法，包括：

首先，在外延层2上制作接触区N+（3）和保护环N+（4）组成APD探测器的双环结构，减小了器件的边缘击穿效应。

其次，保护环4采用高能离子注入技术和退火工艺实现，能够减小器件的漏电流（如图2）并提高成品率。

再次，本发明专利结构图1与传统结构图2对比结构显示，相同尺寸的探测器，采用双环结构制作的APD探测器增加了探测器的感光面积，提高器件的探测效率和响应度，

进一步，器件的光敏面采用SiO₂（6）、PSG（7）和Si₃N₄（9）组成的光敏感层，提高APD探测器对光的透过率，因此提高器件对光的吸收效率。