[实用新型]一种倒装型可见光增敏硅基雪崩光电二极管阵列

说明书

本实用新型公开了一种倒装型可见光增敏硅基雪崩光电二极管阵列，包括衬底以及设于衬底底部的阳极，所述衬底上表面设有凹槽，所述凹槽中自下而上依次包括：阴极、非耗尽层、倍增层和场控层，且阴极、非耗尽层、倍增层和场控层与所述衬底之间绝缘；所述场控层上覆有吸收层，且所述吸收层与所述衬底相接。同时还公开了由上述倒装型可见光增敏硅基雪崩光电二极管阵列设置组成的高增益倒装型可见光增敏硅基雪崩光电二极管阵列及其制备方法。本实用新型通过将吸收层设置在器件的表层，同时将器件的上阳极设置于器件的底部，大大提高了器件的量子效率以及对可见光的灵敏度；并且将器件进行阵列化分割，提高了器件的响应速度和增益。

技术领域

本实用新型涉及光电领域，尤其是涉及一种倒装型可见光增敏硅基雪崩光电二极管阵列。

背景技术

可见光通信(VLC)技术绿色低碳、可实现近乎零耗能通信，还可有效避免无线电通信电磁信号泄露等弱点，快速构建抗干扰、抗截获的安全信息空间。在现今大力倡导绿色低碳经济的大背景下，VLC技术在国际上逐渐受到关注。VLC 作为解决最后一公里无线接入的一个重要手段，被认为是5G关键技术之一。

VLC系统主要由信号调制编码、光源发射、传输和接收系统等部分组成，其中重要的接收环节，其性能在很大程度上决定了整个系统的优劣。VLC系统常用的可见光探测器主要有硅基PIN型光电二极管和雪崩光电二极(APD)，二者相比，APD的响应度可以提高几十倍甚至数百倍；APD探测器的灵敏度也很高，可以使可见光通信距离更远；而且APD探测器的体积小、易于集成，在恒温保持和应用配电方面更为简单；因此APD在弱光探测领域具有广阔的应用前景。目前，使用较广的可见光APD探测器主要是硅基APD探测器。硅基APD 探测器的灵敏度光谱范围为380nm～1100nm，适用于可见光波段和近红外波段，响应度高、倍增噪声较低。

对于硅基APD，由于材料自身的特性，硅对可见光的吸收系数范围为0.5×10³ cm^-1～10⁵cm^-1，所以可见光在APD中的入射深度仅为0.1μm～10μm左右，传统的硅基APD对可见光全波段的量子效率不理想。为了提高探测器在短波方向的量子效率，通常将非耗尽区设计的很薄，同时减少长波方向上的光在耗尽层的吸收率。但在实际工艺中非耗尽层最低只能达到0.01μm，量子效率提升有限。另外，硅基APD的光敏面积对器件的截止频率和灵敏度是一个矛盾的因素，增加光敏面积会提高器件的灵敏度，同时会减小会降低器件的截止频率。

实用新型内容

针对硅基APD对可见光全波段量子效率低和截止频率低的缺点，本实用新型提出一种倒装结构的可见光增敏硅基雪崩光电二极管阵列。

为实现本实用新型的目的，采用以下技术方案予以实现：

一种倒装型可见光增敏硅基雪崩光电二极管阵列，所述雪崩光电二极管阵列为SACM型APD，包括衬底以及设于衬底底部的阳极，所述衬底上表面设有凹槽，所述凹槽中自下而上依次包括：阴极、非耗尽层、倍增层和场控层，阴极、非耗尽层、倍增层和场控层侧面与所述衬底之间绝缘；所述场控层上覆有吸收层，且所述吸收层与所述衬底相接；所述衬底为p⁺型硅片；所述非耗尽层为n⁺型的硅外延层；所述倍增层为π型的硅外延层；所述场控层为p型的硅外延层；所述吸收层为π型硅外延层。

传统硅基APD的结构依次由n型非耗尽层，p型倍增层，p型场控层，p型吸收层和p型衬底层构成。然而在可见光波段，硅材料的吸收率高，可见光的光子在硅材料中的传播距离短，光子入射到APD光敏面后，在耗尽层与倍增层基本被完全吸收，很难到达吸收层，所以传统可见光APD的量子效率非常低。