[实用新型]半导体装置和光电探测系统

说明书

本实用新型公开了一种半导体装置和光电探测系统，该半导体装置可以包括：衬底；外延层，其位于所述衬底的上方，并且与所述衬底均呈第一导电类型；第一掺杂区，其形成于所述外延层中的远离所述衬底的一侧，呈与所述第一导电类型相反的第二导电类型，并且通过所述第一掺杂区形成所述半导体装置的输出端；第二掺杂区，其形成于所述一侧并呈所述第二导电类型；第三掺杂区，其形成于所述一侧并呈所述第一导电类型，其中，所述第二掺杂区位于所述第一掺杂区与所述第三掺杂区之间，并且所述衬底、所述第一掺杂区至所述第三掺杂区的掺杂浓度均大于所述外延层的掺杂浓度。通过利用本实用新型提供的技术方案，可以提高对波长较长的光子的探测效率。

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，特别涉及一种半导体装置和光电探测系统。

背景技术

本部分的描述仅提供与本实用新型公开相关的背景信息，而不构成现有技术。

低通量光子探测技术是一种可探测较低光通量密度(例如，10^-19～10^-6W/mm²)的光信号的光子探测技术，其可应用于许多领域，例如，医学成像(特别是，正电子发射断层成像(PET))、国土安全、高能物理实验和其它成像等关键领域。

在低通量光子探测技术领域中，硅光电倍增器(Silicon Photomultiplier,简称SiPM)由于具有较高的探测效率、卓越的单光子响应和分辨能力、体积小、易于集成、工作电压低、不受磁场干扰、可靠性好、成本低廉等诸多优点而在近年来受到很大关注。现有的硅光电倍增器的截面结构如图1所示，其主要包括：P型衬底或外延层，其上形成有深N阱(DNW)，在DNW中间形成有若干N阱(NWELL)，在NWELL上方形成有P+型掺杂区，各个P+型掺杂区通过浅沟槽隔离(STI)区间隔开，在DNW边缘处形成有NWELL以及N+型掺杂区；以及衬底电极，其由在P型衬底/外延层的外侧形成的P阱(PWELL)以及P+型掺杂区构成。在SiPM处于工作状态时，P+/NWELL结的反向偏置电压大于其击穿电压，从而形成耗尽区，当光子从上方入射时，主要在耗尽区吸收形成光生载流子，触发耗尽区中高电场区域发生雪崩击穿效应并被外部淬灭电阻淬灭，从而产生响应于单光子的电流脉冲信号。

在实现本实用新型过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

现有硅光电倍增器中的PN结一般由靠近硅材料表面的高浓度P(或N)型掺杂区和位于其下方的较低掺杂的N(或P)阱构成，结深较浅，耗尽区宽度较窄，因此对波长较短的蓝紫光探测效率较高，但是对波长较长的光子(例如，红光及近红外光)的探测效率较低。

实用新型内容

本实用新型的实施例的目的在于提供一种半导体装置和光电探测系统，以提高对波长较长的光子的探测效率。

为了解决上述技术问题，本实用新型的实施例提供了一种半导体装置，该半导体装置可以包括：

衬底；

外延层，其位于所述衬底的上方，并且与所述衬底均呈第一导电类型；

第一掺杂区，其形成于所述外延层中的远离所述衬底的一侧，呈与所述第一导电类型相反的第二导电类型，并且通过所述第一掺杂区形成所述半导体装置的输出端；

第二掺杂区，其形成于所述一侧并呈所述第二导电类型；

第三掺杂区，其形成于所述一侧并呈所述第一导电类型，

其中，所述第二掺杂区位于所述第一掺杂区与所述第三掺杂区之间，并且所述衬底、所述第一掺杂区、所述第二掺杂区以及所述第三掺杂区的掺杂浓度均大于所述外延层的掺杂浓度。