一种微黑体硅APD光电探测器及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种微黑体硅APD光电探测器及其制作方法，包括探测器本体，所述探测器本体包括从下至上依次设置的微黑体阵列和透光区，所述微黑体阵列包括多个呈阵列分布的微黑体像元，每一所述微黑体像元均包括吸收区、相对设置在所述吸收区上、下两侧的正面反射区和背面反射区以及设置在所述正面反射区和背面反射区之间且包围所述吸收区的侧面反射区；所述正面反射区上设有一通光孔，使得近红外光经所述透光区聚合并由所述通光孔射入吸收区后，能在正面反射区、背面反射区和侧面反射区之间来回反射，实现所述吸收区对近红外光的反复吸收，增加入射光的吸收率，在提高光电探测器的灵敏度的同时兼顾击穿电压温度系数和响应时间。间。间。

【技术实现步骤摘要】
一种微黑体硅APD光电探测器及其制作方法


[0001]本专利技术涉及光电探测器及其制作
，特别是涉及一种微黑体硅APD光电探测器及其制作方法。

技术介绍

[0002]近红外光硅APD光电探测器由于其具有灵敏度高、增益大、暗电流小、成本低等优点，广泛应用于三维成像、激光测距、微光探测等领域。近红外硅APD光电探测器一般采用拉通型(reach through)N+
‑
p
‑
π
‑
P+器件结构，相较于普通的PN或PIN型APD，具有击穿电压相对较小的优点，是目前硅APD采用最多的器件构型，其主要由高掺杂电荷层(N+)、雪崩倍增区(p)、本征吸收层(π)、阳极接触层(P+)、保护环、截止环、增透膜和电极组成。
[0003]传统的近红外硅APD光电探测器为了获得在近红外波段较高的量子效率(即响应率和灵敏度)，通常做法是增加吸收层的厚度，但随着吸收层厚度的增加，光电探测器的击穿电压温度系数和响应时间也随之增大；而要想减小击穿电压温度系数和响应时间，又必然要减薄吸收层的厚度，但随着吸收层厚度的减薄，其量子效率又会同步减小，从而限制了器件的性能提高及其适用范围，使得近红外硅APD光电探测器无法同时满足高的响应率、低的击穿电压温度系数以及小的响应时间的性能要求。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种微黑体硅APD光电探测器及其制作方法，以解决现有技术中近红外硅APD光电探测器的量子效率与击穿电压温度系数和响应时间的同时优化相互矛盾的问题。
[0005]为解决上述问题，本专利技术的第一方面提供一种微黑体硅APD光电探测器，包括探测器本体，所述探测器本体包括从下至上依次设置的微黑体阵列和透光区，所述微黑体阵列包括多个呈阵列分布的微黑体像元，每一所述微黑体像元均包括吸收区、相对设置在所述吸收区上、下两侧的正面反射区和背面反射区以及设置在所述正面反射区和背面反射区之间且包围所述吸收区的侧面反射区；所述正面反射区上设有一通光孔，近红外光经所述透光区聚合并由所述通光孔射入吸收区，并在所述正面反射区、背面反射区和侧面反射区之间来回反射，实现所述吸收区对近红外光的反复吸收。
[0006]进一步的，所述微黑体像元还包括一形成在所述吸收区上部的雪崩倍增区、一形成在所述雪崩倍增区的上表面且与所述正面反射区的下表面接触的高掺电荷层以及一环设在所述高掺电荷层的外缘的保护环，所述高掺电荷层在水平投影面上的直径大于所述雪崩倍增区在水平投影面上的直径，使所述保护环间隔环绕在所述雪崩倍增区的周围；所述雪崩倍增区、高掺电荷层以及保护环均采用注入或扩散的方式形成于所述吸收区的上部。
[0007]进一步的，所述微黑体像元还包括一形成在所述吸收区的底部且对应所述背面反射区的上表面上的阳极接触层，所述背面反射区上形成有背面电极孔，所述背面电极孔内形成有与所述阳极接触层连接的阳极电极；所述正面反射区上形成有正面电极孔，所述正
面电极孔内形成有与所述高掺电荷层连接的阴极电极。
[0008]进一步的，所述探测器本体包括从下至上依次设置的背面反射层、吸收层和正面反射层，所述吸收层内形成有呈阵列分布多个隔离沟槽，所述隔离沟槽沿竖向贯通所述吸收层以将所述吸收层分隔形成所述吸收区，所述隔离沟槽内设置有包围所述吸收区的侧面反射层以形成所述侧面反射区，所述吸收区上、下两侧对应区域内的正面反射层和背面反射层分别形成所述微黑体像元的正面反射区和背面反射区。
[0009]进一步的，所述正面反射层包括淀积在所述吸收层上表面的正面钝化层以及淀积在所述正面钝化层上表面的正面反射镜；所述背面反射层包括淀积在所述吸收层下方的背面钝化层以及淀积在所述背面钝化层下表面的背面反射镜；所述侧面反射层包括淀积在所述隔离沟槽两侧壁上的侧面钝化层以及淀积在两侧的侧面钝化层之间的侧面反射镜。
[0010]进一步的，所述透光区包括形成在所述正面反射镜上表面的微透镜垫层以及与所述微黑体像元一一对应地形成在所述微透镜垫层上的微透镜，且所述微透镜与所述通光孔同轴设置；所述微透镜为凸透镜，所述微透镜垫层的厚度与所述凸透镜的焦距相适配。
[0011]进一步的，所述探测器本体还包括形成在吸收层上部的截止环，所述截止环间隔环设在所述微黑体阵列的周围，所述正面反射层上对应所述截止环的位置处环设有一正面电极槽，所述正面电极槽内形成有与所述截止环连接的截止环电极。
[0012]进一步的，所述正面反射镜和背面反射镜采用金属介质、氧化物介质、非氧化物介质中的一种或多种组合淀积而成；所述侧面反射镜采用金属介质淀积而成或者采用金属介质与氧化物介质组合淀积而成。
[0013]进一步的，所述通光孔内形成有一增透膜。
[0014]本专利技术的第二方面提供一种微黑体硅APD光电探测器的制作方法，用于制作上述微黑体硅APD光电探测器，包括以下步骤：
[0015]S1：利用高阻单晶硅材料作为吸收层；
[0016]S2：在吸收层上表面进行注入或扩散形成一截止环；
[0017]S3：在吸收层的上表面对应所述截止环内侧的区域内形成多个呈阵列分布的一保护环；在所述吸收层的上表面对应每一保护环内侧的区域内进行注入或扩散形成一雪崩倍增区；以及在所述吸收层的上表面对应所述保护环内侧的区域内进行注入形成一与保护环具有重叠部分的高掺电荷层；
[0018]S4：在所述吸收层上对应每一保护环的外围区域向下刻蚀出隔离沟槽，形成多个阵列分布的吸收区，在所述隔离沟槽的表面氧化或淀积形成侧面钝化层，并在所述隔离沟槽内对应侧面钝化层的表面上淀积填充材料；去除吸收层表面多余的填充材料形成侧面反射镜；
[0019]S5：在吸收层的上表面依次淀积一层正面钝化层和一层正面反射镜；
[0020]S6：在所述正面反射镜和正面钝化层上对应每一高掺电荷层的区域内向下刻蚀形成与所述高掺电荷层一一对应的通光孔，并在通光孔内淀积一层增透膜；
[0021]S7：在所述正面反射镜和正面钝化层上对应每一高掺电荷层的区域内向下刻蚀形成与所述高掺电荷层一一对应的正面电极孔，并在所述正面电极孔内淀积阴极电极；在所述正面反射镜和正面钝化层上对应截止环的区域内向下刻蚀形成一正面电极槽，并在所述正面电极槽内淀积截止环电极；
[0022]S8：对吸收层的下表面进行减薄处理；
[0023]S9：在吸收层的下表面进行注入一阳极接触层；
[0024]S10：在所述阳极接触层的下表面淀积一层背面钝化层，并在所述背面钝化层的下表面淀积一层背面反射镜；
[0025]S11：在所述背面反射镜和背面钝化层上对应每一吸收区的区域内向上刻蚀形成与所述吸收区一一对应的背面电极孔，并在所述背面电极孔内淀积形成阳极电极；
[0026]S12：在正面反射镜的上表面淀积一层微透镜垫层，并在所述微透镜垫层的表面形成微透镜阵列，完成微黑体硅APD光电探测器的制作。
[0027]本专利技术通过设置透光区将入射的近红外光汇聚至通光孔位置射入本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微黑体硅APD光电探测器，包括探测器本体，其特征在于，所述探测器本体包括从下至上依次设置的微黑体阵列和透光区，所述微黑体阵列包括多个呈阵列分布的微黑体像元，每一所述微黑体像元均包括吸收区、相对设置在所述吸收区上、下两侧的正面反射区和背面反射区以及设置在所述正面反射区和背面反射区之间且包围所述吸收区的侧面反射区；所述正面反射区上设有一通光孔，近红外光经所述透光区聚合并由所述通光孔射入吸收区，并在所述正面反射区、背面反射区和侧面反射区之间来回反射，实现所述吸收区对近红外光的反复吸收。2.根据权利要求1所述的一种微黑体硅APD光电探测器，其特征在于，所述微黑体像元还包括一形成在所述吸收区上部的雪崩倍增区、一形成在所述雪崩倍增区的上表面且与所述正面反射区的下表面接触的高掺电荷层以及一环设在所述高掺电荷层的外缘的保护环，所述高掺电荷层在水平投影面上的直径大于所述雪崩倍增区在水平投影面上的直径，使所述保护环间隔环绕在所述雪崩倍增区的周围；所述雪崩倍增区、高掺电荷层以及保护环均采用注入或扩散的方式形成于所述吸收区的上部。3.根据权利要求2所述的一种微黑体硅APD光电探测器，其特征在于，所述微黑体像元还包括一形成在所述吸收区的底部且对应所述背面反射区的上表面上的阳极接触层，所述背面反射区上形成有背面电极孔，所述背面电极孔内形成有与所述阳极接触层连接的阳极电极；所述正面反射区上形成有正面电极孔，所述正面电极孔内形成有与所述高掺电荷层连接的阴极电极。4.根据权利要求1所述的一种微黑体硅APD光电探测器，其特征在于，所述探测器本体包括从下至上依次设置的背面反射层、吸收层和正面反射层，所述吸收层内形成有呈阵列分布多个隔离沟槽，所述隔离沟槽沿竖向贯通所述吸收层以将所述吸收层分隔形成所述吸收区，所述隔离沟槽内设置有包围所述吸收区的侧面反射层以形成所述侧面反射区，所述吸收区上、下两侧对应区域内的正面反射层和背面反射层分别形成所述微黑体像元的正面反射区和背面反射区。5.根据权利要求4所述的一种微黑体硅APD光电探测器，其特征在于，所述正面反射层包括淀积在所述吸收层上表面的正面钝化层以及淀积在所述正面钝化层上表面的正面反射镜；所述背面反射层包括淀积在所述吸收层下方的背面钝化层以及淀积在所述背面钝化层下表面的背面反射镜；所述侧面反射层包括淀积在所述隔离沟槽两侧壁上的侧面钝化层以及淀积在两侧的侧面钝化层之间的侧面反射镜。6.根据权利要求4所述的一种微黑体硅APD光电探测器，其特征在于，所述透光区包括形成在所述正面反射镜上表面的微透镜垫层以及与所述微黑体像元一一对应地形成在所述微透镜垫层上的微透镜，且所述微透镜与所述通光孔同轴设置；所述微透镜为凸透镜...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄建，李睿智，钟玉杰，雷仁方，鄢真真，高建威，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十四研究所，
类型：发明
国别省市：