【技术实现步骤摘要】
基于弧形扩散区的雪崩光电探测器及其制作方法
本公开属于半导体器件
，涉及一种基于弧形扩散区的雪崩光电探测器及其制作方法。
技术介绍
雪崩光电探测器(APD，AvalanchePhoto-Detector)已经广泛应用于商业、军事和科学研究中，如量子信息、生物分子探测、激光雷达成像和天文探测等。通信波段高速、高探测效率、低暗记数的单光子APD在实际的量子密钥分发系统中，发挥了极其重要的作用。单光子雪崩光电探测器(SPAD，SinglePhotonAvalanche-Detector)由于其特殊的盖革工作方式，雪崩过程和雪崩电流密度对器件的探测效率和暗计数有很大影响，目前单光子雪崩光电探测器件的探测效率较低，高探测效率与高暗计数同时存在，对光子探测性能有很大影响。单光子雪崩光电探测器一般工作在高于击穿电压的偏置状态，在这种高偏置等待状态下，如果有一个光子首先产生了一个自由载流子，那么这个自由载流子就会在高电场作用下产生系列的碰撞电离，输出一个可以测量的脉冲信号，于是就产生一个光子计数；如果器件中缺陷首先释放了一个自由载流子，这个载流子同样可能引发一个可探测的电流...
【技术保护点】
1.一种基于弧形扩散区的雪崩光电探测器，包括：一外延结构，该外延结构自下而上包含：N型衬底、吸收层、电荷层、以及本征倍增层；在该本征倍增层中形成有3D碗状开口并在此3D碗状开口下形成有P型高掺杂的弧形扩散区；一钝化层，形成于外延结构之上；一P型电极层，与P型高掺杂的弧形扩散区接触；一N型电极层，与N型衬底接触；以及一增透膜，作为光窗口，设置于该单电子雪崩光电探测器的正面或背面，该增透膜的中心与弧形扩散区的曲率中心的连线平行于外延方向，且该光窗口的光场中心区域与高场区在空间上重合。
【技术特征摘要】
1.一种基于弧形扩散区的雪崩光电探测器，包括：一外延结构，该外延结构自下而上包含：N型衬底、吸收层、电荷层、以及本征倍增层；在该本征倍增层中形成有3D碗状开口并在此3D碗状开口下形成有P型高掺杂的弧形扩散区；一钝化层，形成于外延结构之上；一P型电极层，与P型高掺杂的弧形扩散区接触；一N型电极层，与N型衬底接触；以及一增透膜，作为光窗口，设置于该单电子雪崩光电探测器的正面或背面，该增透膜的中心与弧形扩散区的曲率中心的连线平行于外延方向，且该光窗口的光场中心区域与高场区在空间上重合。2.根据权利要求1所述的雪崩光电探测器，还包括：一填充层，形成于所述3D碗状开口内。3.根据权利要求2所述的雪崩光电探测器，其中，所述N型衬底的材料为N型高掺InP；和/或，所述吸收层的材料为本征Ga0.47In0.53As；和/或，所述电荷层的材料为N型掺杂InP；和/或，所述本征倍增层的材料为本征InP；和/或，所述填充层的材料为多晶硅；和/或，所述增透膜的材料为SiNx；和/或，所述钝化层的材料为SiNx；和/或，所述P型电极层的材料为TiPtAu；和/或，所述N型电极层的材料为AuGeNi。4.根据权利要求1所述的雪崩光电探测器，其中，所述P型高掺杂的弧形扩散区是在3D碗状开口下方通过P型注入或P型扩散而形成的，该3D碗状开口的曲率半径大于15μm，中心点切线水平，扩散的深宽比接近1。5.根据权利要求1至4中任一项所述的雪崩光电探测器，其中，所述雪崩光电探测器为如下结构的雪崩光电探测器中的一种：单光子雪崩光电探测器、普通分离吸收电荷倍增结构雪崩光电探测器、分离吸收渐变电荷倍增结构雪崩光电探测器、以及谐振腔增强型结构雪崩光电探测器。6.一种基于弧形扩散区的雪崩光电探测器的制作方法，包括：步骤S31：制作一外延结构，该外延结构自下而上包含：N型衬底、吸收层、电荷层、以及本征倍增层；步骤S32：采用灰度曝光技术和刻蚀技术在本征倍增层中制作一3D碗状开口，并在该3D碗状开口下方进行P型扩散或P型注入形成一P型高掺杂的弧形扩散区...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓红，王晖，何婷婷，刘凯宝，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，弦海上海量子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11
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