【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微波及半导体器件领域，特别涉及一种单光子雪崩二极管的结构和制备方法。
技术介绍
1、单光子雪崩二极管(spad)及其阵列具有探测单个光子的最高灵敏度，同时还具有亚纳秒时间分辨率、高稳定性、易于和coms读出电路进行扩展集成等优势；近年来广泛运用于基于光子飞行时间(tof)的激光探测和测距(lidar)、三维成像、量子通讯、生物医学成像、深空光通信、光时域反射等领域。
2、目前，高分辨率三维成像驱动spad阵列正在向更大的阵列规格、更高的像素密度发展，而串扰已经成为了限制其发展的主要因素。串扰是当spad阵列中的一个像素被触发雪崩计数时，倍增区中会产生大量的雪崩热载流子，这些热载流子可能扩散至近邻像素的耗尽区附近被捕获，从而触发近邻像素产生错误计数，造成电学串扰。
3、同时，这些高能的雪崩热载流子会由于复合而发射近红外波长的串扰光子，串扰光子耦合至近邻像素的有源区以及在非像素区域被吸收产生的串扰光生空穴被近邻像素耗尽区捕获，从而触发近邻像素产生错误计数，产生光学串扰以及光-电结合串扰。
4、一方面，串扰降低了像素的信噪比，严重恶化了成像的空间分辨率。而且，串扰随着像素间距的减小而急剧增大，限制了可实现的spad阵列的像素密度；另一方面，串扰随施加在像素上的工作过偏压(vex)的增大而指数增大，限制了阵列性能的进一步提高。因此设计出一种稳定可靠的低串扰单光子雪崩二极管阵列是亟待解决的问题。
技术实现思路
1、(一)技术方案
3、可选地，像素包括：p型掺杂inp欧姆接触区8，设置在inp层6远离所述n型掺杂inp电荷层5的一端，并从inp层6表面向衬底1的方向扩散至第二深度；像素p电极10，设置在p型掺杂inp欧姆接触区8的表面。
4、可选地，p型掺杂inp欧姆接触区8包括：深扩散区域和浅扩散区域，深扩散区域和浅扩散区域为两个半径不同的同心圆，浅扩散区域的半径比深扩散区域的半径大4μm～10μm，深扩散区域的尺寸与像素阵列的像素有源区尺寸相对应。
5、可选地，inp微透镜阵列12中每个inp微透镜在衬底1表面上的底座的形状为方形；多个inp微透镜的焦点的位置在深扩散区域的正下方。
6、可选地，p高掺结构7的边缘与p型掺杂inp欧姆接触区8边缘之间的最短距离范围包括3μm～5μm。
7、可选地，第一深度的最大深度值包括n型掺杂inp电荷层5和inp层6高度之和。
8、可选地，该结构还包括sinx钝化层9，设置在inp层6表面；p电极11，设置在p高掺结构7的表面。
9、可选地，该结构还包括sinx增透膜13，设置在inp微透镜阵列12中每个inp微透镜的表面，用于减小入射光子在界面处的反射；共n电极14，设置在inp微透镜阵列12周围的衬底1暴露的表面上，用于与像素p电极10和p电极11产生反向偏置电压。
10、可选地，该p高掺结构p电极11和像素p电极10的材料包括ti/pt/au的多层复合金属，共n电极14的材料包括au-ge-ni合金和au的多层复合金属。
11、本专利技术的实施例提供一种单光子雪崩二极管的制备方法，包括：制备衬底1；在衬底1上制备依次叠设的n型掺杂inp缓冲层2、ingaas吸收层3、ingaasp组分渐变层4、n型掺杂inp电荷层5以及inp层6；在inp层6制备像素阵列，像素阵列包括有多个像素，并且各个像素的中心之间具有相同距离；在inp层6的多个像素之间的空隙制备p高掺结构7，p高掺结构7从inp层6表面向衬底1方向扩散至第一深度，用于抑制像素间的串扰；在衬底1远离n型掺杂inp缓冲层2的一端表面制备inp微透镜阵列12，inp微透镜阵列12包括多个inp微透镜，多个inp微透镜的焦点设置在ingaas吸收层3，用于将光子聚焦至ingaas吸收层3。
12、(二)有益效果
13、本专利技术设计了一种单光子雪崩二极管的结构，通过引入p高掺结构，实现串扰抑制，保持了单光子雪崩二极管阵列器件的可靠性；通过微透镜将信号光子聚焦到吸收层，能够有效地提高器件对光子的利用率，进而大幅提升了单光子雪崩二极管阵列的性能。
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1.一种单光子雪崩二极管的结构，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述像素包括：
3.根据权利要求1或2所述的结构，其特征在于，所述P型掺杂InP欧姆接触区(8)包括：
4.根据权利要求1或3所述的结构，其特征在于，所述InP微透镜阵列(12)中每个所述InP微透镜在所述衬底(1)表面上的底座的形状为方形；所述多个InP微透镜的焦点的位置在所述深扩散区域的正下方。
5.根据权利要求1或3所述的结构，其特征在于，所述P高掺结构(7)的边缘与所述P型掺杂InP欧姆接触区(8)边缘之间的最短距离范围包括3μm～5μm。
6.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述第一深度的最大深度值为所述N型掺杂InP电荷层(5)和所述InP层(6)高度之和。
7.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，还包括：
8.根据权利要求1或7所述的结构，其特征在于，还包括：
9.根据权利要求2或8所述的结构，其特征在于，所述P高掺结构P电极(11)和像素P电极(10)的材料包括Ti/P
10.一种如权利要求1～9任意一项所述的单光子雪崩二极管的制备方法，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种单光子雪崩二极管的结构，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述像素包括：
3.根据权利要求1或2所述的结构，其特征在于，所述p型掺杂inp欧姆接触区(8)包括：
4.根据权利要求1或3所述的结构，其特征在于，所述inp微透镜阵列(12)中每个所述inp微透镜在所述衬底(1)表面上的底座的形状为方形；所述多个inp微透镜的焦点的位置在所述深扩散区域的正下方。
5.根据权利要求1或3所述的结构，其特征在于，所述p高掺结构(7)的边缘与所述p型掺杂inp欧姆接触区(8)边缘之间的最短距离范围包括3μm～...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓红，唐永升，何婷婷，王睿，刘一君，何雨杭，
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：
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