单光子雪崩二极管制造技术

本实用新型专利技术提供一种单光子雪崩二极管，包括第一N型半导体井层、第二N型半导体井层及P型半导体井层。第二N型半导体井层配置于第一N型半导体井层上方。P型半导体井层包括第一P型半导体子层、第二P型半导体子层及P型半导体连接层。第一P型半导体子层配置于第一N型半导体井层上，第二P型半导体子层配置于第一P型半导体子层上方。第二N型半导体井层配置于第一P型半导体子层与第二P型半导体子层之间。P型半导体连接层连接第一P型半导体子层与第二P型半导体子层。第二N型半导体井层借由P型半导体井层的侧向开口与第一N型半导体井层连接。层的侧向开口与第一N型半导体井层连接。层的侧向开口与第一N型半导体井层连接。

【技术实现步骤摘要】
单光子雪崩二极管


[0001]本技术涉及一种光电二极管(photodiode)，特别是有关于一种单光子雪崩二极管(single photon avalanche diode,SPAD)。

技术介绍

[0002]当光子照射在单光子雪崩二极管上，吸收了光子能量的电子离开价带，从而在半导体中形成电子
─
电洞对。当与电洞分离的电子进入PN接面(p
‑
n junction)处的空乏区(depletion region)时，电子被空乏区内的电场大幅地加速而撞击其他原子，使其他原子游离出更多的电子，而形成崩溃电流(avalanche current)。崩溃电流的电流值远大于原始的光电流，进而能够有效提升感应灵敏度。
[0003]单光子雪崩二极管可应用于飞行时间测距装置(time
‑
of
‑
flight ranging device,ToF ranging device)或光雷达(LiDAR)，可借由感测光的飞行时间来计算出物体的距离。然而，在单光子雪崩二极管中，在空乏区以外的中性区(neutral region)的载子所受到的电场较为微弱，若光电子形成于中性区，则会借由扩散(diffusion)或漂移(drift)移动至空乏区，并触发崩溃。此种触发方式会导致时序颤动(timing jitter)，也就是在讯号相对于时间的直方图(histogram)会形成扩散拖尾(diffusion tail)，这会对测量光的飞行时间的准确度造成影响。
[0004]另一方面，当随着光电技术的不断演进，产品朝小型化发展，单光子雪崩二极管也被做得更小。在此情况下，光电子更容易往空乏区以外的位置漂移，而导致光子侦测机率(photon detection probability,PDP)的损失。

技术实现思路

[0005]本技术是针对一种单光子雪崩二极管，其可有效抑制时序颤动，且可有效降低光子侦测机率的损失。
[0006]本技术的一实施例提出一种单光子雪崩二极管，包括第一N型半导体井层、第二N型半导体井层、P型半导体井层及一P型重掺杂层。第二N型半导体井层配置于第一N型半导体井层上方。第一N型半导体井层与第二N型半导体井层的N型掺杂浓度是落在第一浓度范围内。P型半导体井层包括第一P型半导体子层、第二P型半导体子层及P型半导体连接层。第一P型半导体子层配置于第一N型半导体井层上，第二P型半导体子层配置于第一P型半导体子层上方，第二N型半导体井层配置于第一P型半导体子层与第二P型半导体子层之间。第一P型半导体子层与第二N型半导体井层之间形成有雪崩区，且第二N型半导体井层与第二P型半导体子层之间形成有另一个雪崩区。P型半导体连接层连接第一P型半导体子层与第二P型半导体子层。第一P型半导体子层、第二P型半导体子层及P型半导体连接层的P型掺杂浓度是落在第二浓度范围内。P型半导体井层具有侧向开口，第二N型半导体井层借由侧向开口与第一N型半导体井层连接。P型重掺杂层配置于第二P型半导体子层上，其中第二浓度范围内的浓度值皆小于P型重掺杂层的P型掺杂浓度。
[0007]本技术的一实施例提出一种单光子雪崩二极管，包括第一N型半导体井层、第二N型半导体井层、夹状P型半导体井层及一P型重掺杂层。第二N型半导体井层配置于第一N型半导体井层上方，其中第一N型半导体井层及第二N型半导体井层的N型掺杂浓度是落在第一浓度范围内。夹状P型半导体井层配置于第一N型半导体井层上，且夹持第二N型半导体井层。夹状P型半导体井层具有至少一个侧向开口，且第二N型半导体井层借由开口与第一N型半导体井层连接，其中夹状P型半导体井层的P型掺杂浓度是落在一第二浓度范围内。夹状P型半导体井层与第二N型半导体井层之间形成有分别位于第二N型半导体井层的上侧与下侧的两个雪崩区。P型重掺杂层配置于夹状P型半导体井层上，其中第二浓度范围内的浓度值皆小于P型重掺杂层的P型掺杂浓度。
[0008]在本技术的实施例的单光子雪崩二极管中，由于利用第一P型半导体子层、第二N型半导体井层及第二P型半导体子层来形成两个PN接面，或利用夹状P型半导体井层与第二N型半导体井层来形成两个PN接面，以增加光电子落于空乏区的机会，因此能有效抑制时序颤动的问题，并可有效降低光子侦测机率的损失。
附图说明
[0009]图1为本技术的一些实施例的单光子雪崩二极管的剖面示意图。
[0010]图2A、图2B、图2C及图2D为图1的单光子雪崩二极管的一实施例的一些膜层的上视示意图。
[0011]图3A、图3B、图3C及图3D为图1的单光子雪崩二极管的另一实施例的一些膜层的上视示意图。
[0012]图4A、图4B、图4C及图4D为图1的单光子雪崩二极管100的又一实施例的一些膜层的上视示意图。
具体实施方式
[0013]现将详细地参考本技术的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同元件符号在图式和描述中用来表示相同或相似部分。
[0014]图1为本技术的一些实施例的单光子雪崩二极管100的剖面示意图。请参照图1，单光子雪崩二极管100包括第一N型半导体井层110、第二N型半导体井层120及P型半导体井层130。第二N型半导体井层120配置于第一N型半导体井层110上方。P型半导体井层130包括第一P型半导体子层132、第二P型半导体子层134及P型半导体连接层136。第一N型半导体井层110包括底部112及侧壁114。第一P型半导体子层132配置于第一N型半导体井层110上，例如是配置于第一N型半导体井层110的底部112上，侧壁114环绕P型半导体井层130。第二P型半导体子层134配置于第一P型半导体子层132上方，第二N型半导体井层120配置于第一P型半导体子层132与第二P型半导体子层134之间。P型半导体连接层136连接第一P型半导体子层132与第二P型半导体子层134。P型半导体井层130具有侧向开口138，第二N型半导体井层120借由侧向开口138与第一N型半导体井层110连接。因此，P型半导体井层130可视为夹状P型半导体井层，而此夹状P型半导体井层具有侧向开口138，且夹状P型半导体井层夹持第二N型半导体井层120。在这些实施例中，单光子雪崩二极管100还包括配置于第二P型半导体子层134上的P型重掺杂层140及配置于第一N型半导体井层110的侧壁114的顶部上的N
型重掺杂层150。
[0015]在一些实施例中，第一P型半导体子层132与第二P型半导体子层134的间距D1落在1微米至2.5微米的范围内。
[0016]在一些实施例中，第一N型半导体井层110与第二N型半导体井层120的N型掺杂浓度落在10
17
cm
‑3至5
×
10
18
cm
‑3的范围(即第一浓度范围)内，且第一P型半导体子层132、第二P型半导体子层134及P型半导本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单光子雪崩二极管，其特征在于，包括：第一N型半导体井层；第二N型半导体井层，配置于所述第一N型半导体井层上方，其中所述第一N型半导体井层与所述第二N型半导体井层的N型掺杂浓度是落在第一浓度范围内；以及P型半导体井层，包括：第一P型半导体子层，配置于所述第一N型半导体井层上；第二P型半导体子层，配置于所述第一P型半导体子层上方，其中所述第二N型半导体井层配置于所述第一P型半导体子层与所述第二P型半导体子层之间，所述第一P型半导体子层与所述第二N型半导体井层之间形成有雪崩区，且所述第二N型半导体井层与所述第二P型半导体子层之间形成有另一个雪崩区；以及至少一个P型半导体连接层，连接所述第一P型半导体子层与所述第二P型半导体子层，其中所述第一P型半导体子层、所述第二P型半导体子层及所述P型半导体连接层的P型掺杂浓度是落在第二浓度范围内，所述P型半导体井层具有至少一个侧向开口，且所述第二N型半导体井层借由所述侧向开口与所述第一N型半导体井层连接；以及P型重掺杂层，配置于所述第二P型半导体子层上，其中所述第二浓度范围内的浓度值皆小于所述P型重掺杂层的P型掺杂浓度。2.根据权利要求1所述的单光子雪崩二极管，其特征在于，包括：N型重掺杂层，配置于所述第一N型半导体井层上。3.根据权利要求2所述的单光子雪崩二极管，其特征在于，所述第一N型半导体井层包括：底部，其中所述第一P型半导体子层配置于所述底部上；以及侧壁，环绕所述P型半导体井层，其中所述N型重掺杂层配置于所述侧壁的顶部。4.根据权利要求3所述的单光子雪崩二极管，其特征在于，所述N型重掺杂层在平行于所述第二N型半导体井层的横向上环绕所述P型重掺杂层。5.根据权利要求3所述的单光子雪崩二极管，其特征在于，所述N型重掺杂层在平行于所述第二N型半导体井层的横向上相对于所述P型重掺杂层偏向一侧配置。6.根据权利要求1所述的单光子雪崩二极管，其特征在于，所述至少一个P型半导体连接层为配置于所述第一P型半导体子层在平行于所述第二N型半导体井层的横向上的相对两边的二个P型半导体连接层，且所述至少一个侧向开口为位于所述第一P型半导体子层在所述横向上的相对另两边的二个侧向开口。7.根据权利要求1所述的单光子雪崩二极管，其特征在于，所述至少一个P型半导体连接层为配置于所述第一P型半导体子层在平行于所述第二N型半导体井层的横向上的四边的四个P型半导体连接层，且所述至少一个侧向开口为位于所述第一P型半导体子层在所述横向上的四个角落的四个侧向开口。8.根据权利要求1所述的单光子雪崩二极管，其特征在于，所述至少一个P型半导体连接层为配置于所述第一P型半导体子层在平行于所述第二N型半导体井层的横向上的一个角落及其相邻两边的一个P型半导体连接层，且所述至少一个侧向开口为位于所述第一P型半导体子层在所述横向上的另一相对角落及其相邻两边的一个侧向...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢晋安，吴劲昌，
申请(专利权)人：神盾股份有限公司，
类型：新型
国别省市：