一种背面照射的单光子雪崩二极管制造技术

本发明专利技术公开了一种背面照射的单光子雪崩二极管，属于单光子探测技术领域。该背面照射的单光子雪崩二极管，包括P型外延层，在所述的P型外延层的内部设置P+重掺杂区，在所述的P+重掺杂区的外围同轴设置P

【技术实现步骤摘要】
一种背面照射的单光子雪崩二极管


[0001]本专利技术属于单光子探测
，具体涉及一种背面照射的低暗计数率单光子雪崩二极管。

技术介绍

[0002]单光子探测技术在国防建设、工业和民用生活领域具有广泛的应用前景，比如:量子密钥分发、激光雷达、荧光寿命成像和三维视觉系统等。基于CMOS工艺的单光子雪崩二极管(single photonavalanche photodiode,记为SPAD)作为单光子探测的一类核心器件，愈加受到研究人员的关注和重视。盖革模式下的单光子雪崩二极管是一种能探测极微弱光信号的探测器，它具有内部增益大、灵敏度高、响应速度快、探测效率高、噪声低、体积小、结构坚固以及易于集成等优点。随着单光子探测应用领域的不断扩展，对SPAD的性能要求也越来越高，暗计数率特性是判断SPAD器件性能的核心参数之一。暗计数较小的器件，能更好的排除噪声信号的干扰，准确的探测到信号光。
[0003]传统的单光子雪崩二极管暗计数率较高，而且目前研究较多的为光正面照射的单光子雪崩二极管，这种结构的单光子雪崩二极管与淬灭电路和读出电路集成时，电路被制造在单光子雪崩二极管的周围，单光子雪崩二极管的感光区域只占整个像素的一小部分，使得其探测效率很低。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术的目的在于针对现有单光子雪崩二极管结构存在的不足，提出一种背面照射的单光子雪崩二极管，使器件在常温下具有更低的暗计数率和更高的探测效率。本专利技术采用P型雪崩掺杂区、P型外延层中心区与N型雪崩掺杂区，可得到较低的雪崩区电场，避免隧穿效应的产生，从而降低器件的暗计数率。采用光从器件背面照射的方式，将电路集成在器件的下方，可以有效提高器件的探测效率。
[0005]技术方案：为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]背面照射的单光子雪崩二极管，包括P型外延层，在所述的P型外延层的内部设置P+重掺杂区，在所述的P+重掺杂区的外围同轴设置P
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低掺杂区，在所述的P
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低掺杂区的下方同轴设置P型雪崩掺杂区，在所述的P+重掺杂区的两侧设置N+重掺杂区，在所述的N+重掺杂区的下方同轴设置N阱区，在所述的P型雪崩掺杂区下方间隔设置N 型雪崩掺杂区，在所述的N型雪崩掺杂区的下方设置N
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低掺杂区。
[0007]进一步地，所述的P+重掺杂区被包含在P
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低掺杂区的内部。
[0008]进一步地，所述的P型雪崩掺杂区与P
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低掺杂区、N型雪崩掺杂区与N
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低掺杂区均有部分重叠。
[0009]进一步地，所述的P型外延层中心区为P型外延层的一部分。
[0010]进一步地，所述的P型雪崩掺杂区与N型雪崩掺杂区中间被外延层中心区间隔开。
[0011]进一步地，在所述的N+重掺杂区上端引出阴极；在所述的P+重掺杂区上端引出阳
极。
[0012]本专利技术的有益效果是：与现有的技术相比，本专利技术的背面照射单光子雪崩二极管，通过优化结构，使光从器件的背面照射，并将外围电路集成在器件的下方，增大了器件感光区域占整个像素的面积，提高了器件的探测效率。采用P阱中心区、P型外延层中心区与中心N 型区形成的雪崩区，掺杂水平较低，雪崩结为缓变结，显著降低雪崩区的电场，因此抑制了隧穿效应的产生，使其暗计数率明显低于目前已有结构的器件。
附图说明
[0013]图1为单光子雪崩二极管的横截面结构示意图；
[0014]图2为单光子雪崩二极管横截面的仿真电场分布图；
[0015]图3为单光子雪崩二极管仿真的探测效率曲线图；
[0016]附图标记：1
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P型外延层、2
‑
P+重掺杂区、3
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P
‑
低掺杂区、4
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P型雪崩掺杂区、5
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N+重掺杂区、6
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N阱区、7
‑
N型雪崩掺杂区、8
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N
‑ꢀ
低掺杂区、9
‑
阴极、10
‑
阳极、11
‑
P型外延层中心区。
具体实施方式
[0017]为了更好的理解本专利技术专利的内容，下面结合附图来进一步说明本专利技术的技术方案。
[0018]如图1所示，背面照射的单光子雪崩二极管，包括P型外延层1， P型外延层1的内部设置P+重掺杂区2，P+重掺杂区2的外围同轴设置P
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低掺杂区3，P
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低掺杂区3的下方同轴设置P型雪崩掺杂区4， P+重掺杂区2的两侧设置N+重掺杂区5，N+重掺杂区5的下方同轴设置N阱区6，P型雪崩掺杂区4下方间隔设置N型雪崩掺杂区7， N型雪崩掺杂区7的下方设置N
‑
低掺杂区8。
[0019]P+重掺杂区2被包含在P
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低掺杂区3的内部。
[0020]P型雪崩掺杂区4与P
‑
低掺杂区3、N型雪崩掺杂区7与N
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低掺杂区8均有部分重叠。
[0021]P型外延层中心区101为P型外延层1的一部分。
[0022]P型雪崩掺杂区4与N型雪崩掺杂区7中间被外延层中心区101 间隔开。
[0023]N+重掺杂区5上端引出阴极9；在所述的P+重掺杂区2上端引出阳极10。
[0024]本专利技术并不局限于以下实施例。图2为实施例的仿真电场分布图，图3为实施例的探测效率曲线图。经测量，本专利技术中PN结的反偏击穿电压为46.5V,在常温时，外加5V过偏压下，暗计数率为 0.81Hz/μm2。最大电场为3.54
×
105V/cm。在过偏压5V时，在光波长为850nm处探测效率为20％。
[0025]以上仅是本专利技术的优选实施方式，应当指出：对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以对器件结构中各区域的掺杂浓度以及器件的制备工艺进行调整，这些调整也应视为本专利技术的保护范围。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种背面照射的单光子雪崩二极管，其特征在于：包括P型外延层(1)，在所述的P型外延层(1)的内部设置P+重掺杂区(2)，在所述的P+重掺杂区(2)的外围同轴设置P
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低掺杂区(3)，在所述的P
‑
低掺杂区(3)的下方同轴设置P型雪崩掺杂区(4)，在所述的P+重掺杂区(2)的两侧设置N+重掺杂区(5)，在所述的N+重掺杂区(5)的下方同轴设置N阱区(6)，在所述的P型雪崩掺杂区(4)下方间隔设置N型雪崩掺杂区(7)，在所述的N型雪崩掺杂区(7)的下方设置N
‑
低掺杂区(8)。2.根据权利要求书1所述的一种背面照射的单光子雪崩二极管，其特征在于：所述的P+重掺杂区(2)被包含在P
‑
低掺杂区...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘劲旅，赵天琦，储童，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：新型
国别省市：