硅光电倍增管及光电器件制造技术

本公开提供一种硅光电倍增管，可用于光电探测技术领域，硅光电倍增管包括：衬底，由P型低阻硅构成；外延层，形成于衬底的表面，外延层由p型高阻硅构成；多个N

【技术实现步骤摘要】
硅光电倍增管及光电器件


[0001]本公开涉及光电探测器
，尤其涉及一种硅光电倍增管及光电器件。

技术介绍

[0002]硅光电倍增管(SiPM)是具有光子数分辨能力的单光子探测器。它是由一系列工作于盖革模式的雪崩光电二极管(Avalanche Photodiode，APD)微单元并联而成。与传统的光电倍增管(Photomultiplier Tube，PMT)相比，SiPM工作于非真空环境因此不易损坏，SiPM体积小、不受磁场影响、功耗低、单光子分辨能力强，这些优势使得SiPM逐渐替代PMT成为具有广阔发展前景的单光子探测器，目前已广泛应用于天文物理、高能物理、激光雷达、核医学成像等方面。
[0003]然而，由于硅为间接带隙材料，对光的吸收较弱，特别是对近红外光吸收较弱，使得SiPM的光子探测效率较低，为提高SiPM的光子探测效率，需要较厚的吸收层，这不可避免地提高的工作电压和使用成本。

技术实现思路

[0004]鉴于上述技术问题，本公开一方面提供一种硅光电倍增管，包括：衬底，由P型低阻硅构成；外延层，形成于衬底的表面，外延层由p型高阻硅构成；多个N
++
掺杂区和多个P
++
掺杂区，规则分布在外延层中，每个N
++
掺杂区和外延层组成一个PN结，沿垂直于衬底的方向，N
++
掺杂区和P
++
掺杂区呈柱状结构；正电极，形成于每个P
++
掺杂区中；负电极，形成于每个N
++
掺杂区中；减反射层，形成于外延层表面，其中，正电极与负电极对应的区域未形成减反射层；淬灭电阻，形成于减反射层表面且与负电极连接。
[0005]根据本公开的实施例，P
++
掺杂区以多边形蜂窝状周期分布在外延层中，N
++
掺杂区位于多边形的中心。
[0006]根据本公开的实施例，N
++
掺杂区以多边形蜂窝状周期分布在外延层中，P
++
掺杂区位于多边形的中心。
[0007]根据本公开的实施例，多边形为正六边形。
[0008]根据本公开的实施例，N
++
掺杂区和P
++
掺杂区的深度为6
‑
46μm，直径为2
‑
10μm。
[0009]根据本公开的实施例，N
++
掺杂区和P
++
掺杂区之间的距离为8
‑
20μm。
[0010]根据本公开的实施例，N
++
掺杂区和P
++
掺杂区的掺杂浓度范围为10
16
‑
10
20
cm
‑3。
[0011]根据本公开的实施例，PN结的个数为102‑
106个。
[0012]根据本公开的实施例，沿垂直于衬底的方向，正电极和负电极呈柱状结构。
[0013]根据本公开的实施例，正电极位于P
++
掺杂区的中心位置，负电极位于N
++
掺杂区的中心位置。
[0014]根据本公开的实施例，硅光电倍增管还包括偏压公共电极、分支电极和接地公共电极；所有正电极通过分支电极连接在一起后与偏压公共电极连接，每一列的负电极通过分支电极连接在一起后与淬灭电阻连接，淬灭电阻与接地公共电极连接。
[0015]根据本公开的实施例，正电极和负电极的直径为1
‑
2μm，深度为5
‑
45μm，分支电极的宽度为1
‑
3μm，偏压公共电极和接地公共电极的宽度为100
‑
300μm。
[0016]根据本公开的实施例，衬底为重掺杂的P型低阻硅衬底，外延层为轻掺杂的p型高阻硅外延层。
[0017]根据本公开的实施例，衬底的电阻率为0.001
‑
10Ω.cm，外延层的电阻率为10
‑
1000Ω.cm。
[0018]根据本公开的实施例，衬底的厚度为0.1
‑
1mm，外延层的厚度为10
‑
50μm。
[0019]根据本公开的实施例，减反射层的材料为氧化硅，厚度为100
‑
200nm。
[0020]本公开另一方面提供一种光电器件，包括上述硅光电倍增管，其中，硅光电倍增管用于对光子进行探测，光电器件应用于近红外激光雷达和近红外脑功能成像。
附图说明
[0021]通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
[0022]图1示意性示出了根据本公开一实施例的硅光电倍增管结构的剖面图。
[0023]图2示意性示出了根据本公开另一实施例的硅光电倍增管结构的俯视图。
[0024]图3示意性示出了根据本公开又一实施例的硅光电倍增管结构的俯视图。
[0025]图4示意性示出了根据本公开实施例的硅光电倍增管的制备方法流程图。
[0026]图5示意性示出了根据本公开实施例的硅光电倍增管的制备方法中各工艺步骤对应的结构图。
[0027]图6示意性示出了根据本公开实施例的硅光电倍增管的工作原理图
[0028]图7示意性示出了根据本公开实施例的硅光电倍增管单个竖直柱状PN结截面图。
[0029]【附图标记说明】
[0030]1‑
衬底，2
‑
外延层，3
‑
N
++
掺杂区，4
‑
P
++
掺杂区，5
‑
正电极，6
‑
负电极，7
‑
建反射层，8
‑
淬灭电阻，9
‑
偏压公共电极，10
‑
分支电极，11
‑
接地公共电极。
具体实施方式
[0031]为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
[0032]在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
[0033]在本公开中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅光电倍增管，其特征在于，包括：衬底(1)，由P型低阻硅构成；外延层(2)，形成于所述衬底(1)的表面，所述外延层(2)由p型高阻硅构成；多个N
++
掺杂区(3)和多个P
++
掺杂区(4)，规则分布在所述外延层(2)中，每个N
++
掺杂区(3)和所述外延层(2)组成一个PN结，沿垂直于所述衬底(1)的方向，所述N
++
掺杂区(3)和所述P
++
掺杂区(4)呈柱状结构；正电极(5)，形成于每个所述P
++
掺杂区(4)中；负电极(6)，形成于每个所述N
++
掺杂区(3)中；减反射层(7)，形成于所述外延层(2)表面，其中，所述正电极(5)与所述负电极(6)对应的区域未形成所述减反射层(7)；淬灭电阻(8)，形成于所述减反射层(7)表面且与所述负电极(6)连接。2.根据权利要求1所述的硅光电倍增管，其特征在于，所述P
++
掺杂区(4)以多边形蜂窝状周期分布在所述外延层(2)中，所述N
++
掺杂区(3)位于所述多边形的中心。3.根据权利要求1所述的硅光电倍增管，其特征在于，所述N
++
掺杂区(3)以多边形蜂窝状周期分布在所述外延层(2)中，所述P
++
掺杂区(4)位于所述多边形的中心。4.根据权利要求2或3所述的硅光电倍增管，其特征在于，所述多边形为正六边形。5.根据权利要求1
‑
3任一项所述的硅光电倍增管，其特征在于，所述N
++
掺杂区(3)和所述P
++
掺杂区(4)的深度为6
‑
46μm，直径为2
‑
10μm。6.根据权利要求1
‑
3任一项所述的硅光电倍增管，其特征在于，所述N
++
掺杂区(3)和所述P
++
掺杂区(4)之间的距离为8
‑
20μm。7.根据权利要求1
‑
3任一项所述的硅光电倍增管，其特征在于，所述N
++
掺杂区(3)和所述P
++
掺杂区(4)的掺杂浓度范围为10
16
...

【专利技术属性】
技术研发人员：程传同，张恒杰，罗霂榃，陈弘达，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：