背入射近红外增强硅雪崩光电探测器的结构及制备方法技术

一种背入射近红外增强硅雪崩光电探测器的结构及制备方法，包括：衬底、π型层、p型层、n

【技术实现步骤摘要】
背入射近红外增强硅雪崩光电探测器的结构及制备方法


[0001]本专利技术涉及光电探测研究及雪崩光电探测器结构，尤其涉及一种背入射近红外增强硅雪崩光电探测器的结构及制备方法。

技术介绍

[0002]随着自动驾驶等前沿技术的不断发展，对探测接收端的器件即光电探测器性能要求越来越高，同时，光电探测器又用在光纤通信系统、雷达成像系统、激光测距系统中等。雪崩光电探测器尤其是硅基雪崩光电探测器由于体积小、内部增益高、易于集成等优点在一众探测器中脱颖而出。
[0003]目前雪崩光电探测器的主要入射方式为正面入射、背面入射和侧入射，其中正面入射需要n
+
区层厚较低以尽可能降低倍增区引入的光生空穴过剩噪声。在采用保护环抑制边缘击穿时，离子注入虽可精确控制保护环的深度，但会产生侧向扩散且对内部晶格造成损伤；由于硅材料的光吸收系数，对近红外波段的光响应度很低，利用纳米压印等技术可增强红外吸收，但引入纳米微结构成本过高，同时又难以精确设计近红外下的不同波长增强响应。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种背入射近红外增强硅雪崩光电探测器的结构及制备方法，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。
[0005]为实现上述目的，作为本专利技术的一个方面，本专利技术提供了背入射近红外增强硅雪崩光电探测器的结构，包括：
[0006]衬底；
[0007]π型层，设置在衬底上表面上，用于吸收入射光；
[0008]p型层，设置在π型层上；
[0009]n
+
层，设置在p型层上，其中，p型层与n
+
层共同形成雪崩区；
[0010]沟道型保护槽，贯穿p型层，用于提升击穿电压；
[0011]所述沟道型保护槽将p型层上表面分隔为中间圆形部分与外围圆环部分；其中，n
+
层位于p型层中间圆形部分上；
[0012]二氧化硅绝缘层，覆盖在n
+
层、沟道型保护槽和p型层外围圆环部分上，用于作为表层钝化层；
[0013]第一电极，覆盖在n
+
层上方的二氧化硅绝缘层上，用于形成欧姆接触阳极；
[0014]衬底掏空区域，设置在衬底下表面，用于减小入射光在吸收区外的光损耗，同时减小载流子的渡越时间；
[0015]硅柱区，设置在衬底掏空区域的凹槽底部，用于增强近红外波段光的吸收；
[0016]第二电极，覆盖在衬底底部，且位于衬底掏空区域外围，用于形成欧姆接触阴极。
[0017]作为本专利技术的又一方面，还公开了背入射近红外增强硅雪崩光电探测器的制备方
法，包括：
[0018]在衬底上表面制备π型层；
[0019]在π型层上制备p型层；
[0020]在p型层上制备二氧化硅层；
[0021]刻蚀所述二氧化硅层，形成离子注入窗口；
[0022]在离子注入窗口制备n
+
层；
[0023]刻蚀p型层和部分n
+
层，形成沟道型保护槽；所述p型层被沟道型保护槽分隔为中间圆形部分与外围圆环部分；
[0024]在p型层、沟道型保护槽和n
+
层上制备二氧化硅绝缘层；
[0025]在n
+
层上方的二氧化硅绝缘层上制备第一电极；
[0026]在衬底下表面刻蚀凹槽，制备衬底掏空区域；
[0027]在衬底的下表面，且位于衬底掏空区域的外围制备第二电极；
[0028]在衬底掏空区域凹槽底部制备硅柱区，完成所述新型背入射近红外增强硅雪崩光电探测器的制备。
[0029]基于上述技术方案可以看出，本专利技术背入射近红外增强硅雪崩光电探测器的结构及制备方法相对于现有技术至少具有以下优势之一：
[0030]1、本专利技术采用电感耦合等离子刻蚀方法刻蚀微米级硅柱，且制备过程中未采用纳米级工艺，从而使该制备方法较纳米级工艺精度要求低，工艺容错度高，制备成本低且可重复性好，同时仍然保持对近红外波段的响应增强，使得低精度下实现近红外波段高响应度的雪崩光电探测器成为可能；
[0031]2、本专利技术通过设计不同的硅柱直径和硅柱间隔，以及刻蚀不同的深度的硅柱区，可以增强近红外波段下不同波长的响应，并调节量子效率；
[0032]3、本专利技术通过刻蚀沟道型保护环(Guard
‑
Ring)，即沟道型保护槽，可调控边缘电场分布，有效抑制有源区边缘电场的击穿，同时通过设计不同的刻蚀深度，可以有效调节器件的击穿特性，从而使低精度工艺下具有沟道调控电场的特点；
[0033]4、本专利技术采用背入射方式，提高近红外波段响应的同时，降低了过剩噪声，同时通过沟道保护环区域的精确设计，能够准确调控边缘电场，达到了同时改良雪崩光电探测器三个特性(即抑制边缘击穿、低噪声、近红外波段响应)的效果。
附图说明
[0034]图1是本专利技术实施例中的背入射近红外增强硅雪崩光电探测器的剖面结构示意图；
[0035]图2是本专利技术实施例中背入射近红外增强硅雪崩光电探测器的俯视平面结构示意图；
[0036]图3是本专利技术实施例中背入射近红外增强硅雪崩光电探测器的仰视平面结构图；
[0037]图4是本专利技术实施例中沟道保护槽深度和击穿电压的关系曲线图。
[0038]附图标记说明：
[0039]1‑
衬底；
[0040]2‑
衬底掏空区域；
[0041]3‑
硅柱区；
[0042]4‑
沟道型保护槽；
[0043]5‑
π型层；
[0044]6‑
p型层；
[0045]7‑
n
+
层；
[0046]8‑
二氧化硅绝缘层；
[0047]9‑
第一电极；
[0048]10
‑
第二电极。
具体实施方式
[0049]为使本专利技术的目的、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，对本专利技术作进一步的详细说明。
[0050]本专利技术的主要目的在于提供一种背入射近红外增强硅雪崩光电探测器的结构及制备方法，其旨在利用沟道刻蚀型保护环调控边缘电场分布的同时，在背部衬底掏空一定厚度后进一步刻蚀出微米级硅柱，从而使低精度工艺下具有沟道调控电场和背部硅柱调控近红外波段响应的特点。
[0051]本专利技术公开了背入射近红外增强硅雪崩光电探测器的结构，包括：
[0052]衬底1；
[0053]π型层5，设置在衬底1上表面上，用于吸收入射光；
[0054]p型层6，设置在π型层5上；
[0055]n
+
层7，设置在p型层6上，其中，p型层6与n
+
层7共同形成雪崩区；
[0056]沟道型保护槽4，贯穿p型层6，用于提升击穿电压；
[0057]所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种背入射近红外增强硅雪崩光电探测器的结构，其特征在于，包括：衬底(1)；π型层(5)，设置在衬底(1)上表面上，用于吸收入射光；p型层(6)，设置在π型层(5)上；n
+
层(7)，设置在p型层(6)上，其中，p型层(6)与n
+
层(7)共同形成雪崩区；沟道型保护槽(4)，贯穿p型层(6)，用于提升击穿电压；所述沟道型保护槽(4)将p型层(6)上表面分隔为中间圆形部分与外围圆环部分；其中，n
+
层(7)位于p型层(6)中间圆形部分上；二氧化硅绝缘层(8)，覆盖在n
+
层(7)、沟道型保护槽(4)和p型层(6)外围圆环部分上，用于作为表层钝化层；第一电极(9)，覆盖在n
+
层(7)上方的二氧化硅绝缘层(8)上，用于形成欧姆接触阳极；衬底掏空区域(2)，设置在衬底(1)下表面，用于减小入射光在吸收区外的光损耗，同时减小载流子的渡越时间；硅柱区(3)，设置在衬底掏空区域(2)的凹槽底部，用于增强近红外波段光的吸收；第二电极(10)，覆盖在衬底(1)底部，且位于衬底掏空区域(2)外围，用于形成欧姆接触阴极。2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述衬底(1)的厚度为70至150μm。3.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述衬底掏空区域(2)的深度为30至60μm；所述衬底掏空区域(2)的形状为圆柱形凹槽。4.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述硅柱区(3)包含至少2个硅柱；所述硅柱的形状包括圆柱体；所述硅柱的高度为8至15μm；所述硅柱的间隔周期为5至10μm；当所述硅柱的形状为圆柱体时，所述硅柱底部直径为3至8μm。5.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述π型层(5)的厚度为30至70μm；所述π型层(5)的掺杂浓度为1
×
10
14
至5
×
10
14
cm
‑3；所述p型层(6)的厚度为4至10μm；所述p型层(6)...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑婉华，王天财，彭红玲，鲁玉环，王亮，徐传旺，
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：