一种硅基双区雪崩光电二极管制造技术

本发明专利技术涉及一种硅基双区雪崩光电二极管，包括：P型衬底、深N阱层、P阱层、N阱区、第一N+区、第二N+区、第三N+区、第一P+区、第二P+区、第三P+区、第四P+区、浅槽隔离区、第一阳极、第二阳极、阴极、衬底电极。其中P型衬底与深N阱层组成的PN结构成衬底隔离区，用来隔离衬底产生电流，深N阱层与P阱层组成的PN结构成第一雪崩区，P阱层与第一N+区、第二N+区组成的PN结构成第二雪崩区，第一阳极和第二阳极施加不同的反偏电压，阴极以及衬底电极接地，双雪崩区载流子在偏置电压下发生雪崩倍增，阴极收集到近乎两倍的雪崩电流。本发明专利技术实现了硅基雪崩光电探测器在线性模式下响应度的进一步提升。测器在线性模式下响应度的进一步提升。测器在线性模式下响应度的进一步提升。

【技术实现步骤摘要】
一种硅基双区雪崩光电二极管


[0001]本公开涉及半导体集成电路光电探测
，具体涉及一种硅基双区雪崩光电二极管。

技术介绍

[0002]雪崩光电二极管(APD)是基于半导体内光电效应和强电场下载流子发生雪崩效应的器件，将光能量转化为电能的光电器件，最终可实现器件在弱光下仍能够产生较大的光电流。雪崩光电二极管在没有淬灭电路时，一般工作在雪崩击穿电压之下，即所谓的线性模式。线性模式下的APD具有体积小、灵敏度高、响应速度快、功耗低和抗电磁干扰等优点，因此在弱光检测领域光电倍增管(PMT)逐渐被APD所取代。
[0003]近些年，不少研究者使用一代半导体材料锗，二代半导体材料磷化铟、砷化镓，三代半导体材料氮化镓、铟镓砷和碳化硅等制作APD器件，甚至将光吸收区和雪崩倍增区分别使用不同的材料来做，以达到更高的性能。但上述器件绝大多数是分立器件，在目前电路集成度要求极高的时代，我们需要一种高集成度高性能的光电探测器件。而目前硅作为最广泛使用的半导体材料，大规模的集成电路都是以硅基半导体器件为基础，因此，要想能够在大规模的集成电路中使用到雪崩光电二极管，仍需提高硅基下的APD性能。
[0004]长期以来影响APD性能的主要因素分为两个部分，即响应度和响应带宽，在弱光探测中光电器件响应度则更为重要，一般可通过提高APD工作电压来增加雪崩增益，而线性模式下器件的输出光电流与输入光功率成正比，随电压的增加，光电流增长较小，如果电压增至雪崩击穿电压，那么整个器件就会发生损坏。
[0005]因而，如何在器件可接受的工作电压范围内进一步提升我们的响应光电流则显得尤为重要。

技术实现思路

[0006]本申请的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种硅基双区雪崩光电二极管，他分为两个雪崩结区域，多个不同的PN结，以及两个不同的阳极，实现在可见光领域的高响应度、高灵敏度、高性能探测，解决目前硅基雪崩光电探测器件无法进一步提高电流增益的技术问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用的具体技术方案如下：
[0008]本专利技术提供了一种硅基双区雪崩光电二极管，包括：P型衬底、深N阱层、P阱层、N阱区、第一N+区、第二N+区、第三N+区、第一P+区、第二P+区、第三P+区、第四P+区、浅槽隔离区、第一阳极、第二阳极、阴极、衬底电极，其中，
[0009]所述P型衬底由可包括硅材质的晶圆构成；
[0010]所述深N阱层、P阱层、N阱区、第一N+区、第二N+区、第三N+区、第一P+区、第二P+区、第三P+区、第四P+区、浅槽隔离区均在所述P型衬底内部构成；
[0011]所述深N阱层内部掺杂是包括一种N型的逆行掺杂；
[0012]所述P阱层、N阱区、第一N+区、第二N+区、第三N+区、第一P+区、第二P+区、第三P+区、浅槽隔离区均在所述深N阱层内部形成；
[0013]所述N阱区分为两个部分，分为位于所述深N阱层内部上面的左右两侧，并形成上下接触；
[0014]所述第三N+区在所述两侧的N阱区分布，并且在表层形成；
[0015]所述浅槽隔离区在所述第一P+区、第二P+区、第三P+区、第三N+区两侧均有分布；
[0016]所述P阱层位于所述的深N阱层内部的正上方；
[0017]所述第一N+区、第二N+区、第一P+区、第二P+区、第三P+区均位于所述的P阱层内部的上方；
[0018]所述第一P+区位于所述P阱层内部的正上方；
[0019]所述第一N+区、第二N+区位于所述第一P+区的左右两侧；
[0020]所述第二P+区、第三P+区均位于所述P阱层内部的上方边缘两侧；
[0021]所述第一阳极位于所述第一N+区、第二N+区上；
[0022]所述第二阳极位于所述两侧的第三N+区上；
[0023]所述阴极位于所述第一P+区、第二P+区、第三P+区上；
[0024]所述衬底电极位于所述第四P+区上。
[0025]在本专利技术中所述P型衬底宽度大于所述深N阱层宽度，所述深N阱层的宽度大于所述P阱层宽度；
[0026]在本专利技术中所述第一N+区和所述第二N+区的宽度相同，且均比所述P阱层宽度小；
[0027]在本专利技术中所述第一P+区、第二P+区、第三P+区的宽度相同，且均比所述P阱层宽度小；
[0028]在本专利技术中所述第一N+区、第二N+区宽度大于所述第一P+区、第二P+区、第三P+区宽度；
[0029]在本专利技术中所述第一阳极、第二阳极、阴极、衬底电极均采用金属材质；
[0030]在本专利技术中所述浅槽隔离区采用SiO2材料；
[0031]在本专利技术中所述P阱层、N阱区深度均大于所述的浅槽隔离区深度；
[0032]在本专利技术中所述第一N+区、第二N+区、第三N+区、第一P+区、第二P+区、第三P+区深度均小于所述浅槽隔离区深度。
[0033]与现在技术的光电探测器相比，本专利技术结构优点：
[0034]本专利技术的一种硅基双区雪崩光电二极管采用了多个PN结的结构，其中P型衬底与深N阱层组成的PN结构成衬底隔离区，用来隔离衬底产生电流，深N阱层与P阱层组成的PN结构成第一雪崩区，P阱层与第一N+区、第二N+区组成的PN结构成第二雪崩区，第一阳极和第二阳极施加不同的反偏电压，阴极以及衬底电极接地，双雪崩区载流子在偏置电压下发生雪崩倍增，阴极收集到近乎两倍的雪崩电流。本专利技术实现了硅基雪崩光电探测器在线性模式下响应度的进一步提升。
附图说明
[0035]图1为本专利技术实施例提供的硅基双区雪崩光电二极管的结构示意图。
[0036]图2为本专利技术实施例提供的第一阳极约为17V、第二阳极约为12V的硅基双区雪崩
光电二极管中P阱层(5)与深N阱层(3)侧边界电压局部分布图。
[0037]图3为本专利技术实施例提供的第一阳极约为17V、第二阳极约为12V、光强为0.001W/cm2的硅基双区雪崩光电二极管的光谱响应电流曲线。
[0038]图4为本专利技术实施例提供的第一阳极约为17V、第二阳极约为12V的硅基双区雪崩光电二极管横向截面电场曲线。
[0039]图5为本专利技术实施例提供的第一阳极约为17V、第二阳极约为12V的硅基双区雪崩光电二极管横向截面碰撞产生速率曲线。
[0040]图6为本专利技术实施例提供的第二阳极约为12V的硅基双区雪崩光电二极管暗电流曲线。
[0041]其中的附图标记包括：P型衬底(1)、衬底隔离区(2)、深N阱层(3)、第一雪崩区(4)、P阱层(5)、第一P+区(6)、第二雪崩区(8、9)、第一N+区(10)、第二N+区(11)、第二P+区(12)、第三P+区(13)、N阱区(16)、浅槽隔离区(7、14、15、17、18)、第三N+区(19)、第四P+区(20)、衬底电极(21)、第一阳极(22)、阴极(23)、第二阳极(24)。
具体实施方式
[0042]下面将结合参考附图对本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅基双区雪崩光电二极管，其特征在于，包括：P型衬底(1)、深N阱层(3)、P阱层(5)、N阱区(16)、第一N+区(10)、第二N+区(11)、第三N+区(19)、第一P+区(6)、第二P+区(12)、第三P+区(13)、第四P+区(20)、浅槽隔离区(7、14、15、17、18)、第一阳极(22)、第二阳极(24)、阴极(23)、衬底电极(21)，以及第一雪崩区(4)、第二雪崩区(8、9)、衬底隔离区(2)。2.根据权利要求1所述的硅基双区雪崩光电二极管，其特征在于，所述的深N阱层(3)硅基的最底层。3.根据权利要求1所述的硅基双区雪崩光电二极管，其特征在于，所述的P阱层(5)位于深N阱层(3)的上方，第一N+区(10)、第二N+区(11)的下方。4.根据权利要求1所述的硅基双区雪崩光电二极管，其特征在于，所述的N阱区(16)、第三N+区(19)、各自分别位于深N阱层(3)的上方两侧。5.根据权利要求2所述的硅基双区雪崩光电二极管，其特征在于，所述的第一雪崩区(4)和第二雪崩区(8、9)分别位于P阱...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟志亲，陈志刚，罗翔，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：