申请/专利权人：长沙理工大学

申请日：2018-07-09

公开（公告）日：2024-03-19

公开（公告）号：CN108666382B

主分类号：H01L31/0352

分类号：H01L31/0352;H01L31/0392;H01L31/107;H01L31/18

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.19#授权;2019.02.01#著录事项变更;2018.11.09#实质审查的生效;2018.10.16#公开

摘要：本发明公开了一种SOI基LSAMBM（横向吸收区‑多缓冲区‑倍增区分离）雪崩光电二极管及其制备方法，其中雪崩光电二极管包括SOI基片、SiO2氧化层以及电极A、K，SiO2氧化层设于SOI基片的表面，P‑型硅薄膜的一侧设有P+区，另一侧设有依次相邻布置的缓冲区、P倍增区以及N+区，P+区和缓冲区之间间隙中保留的P‑区构成吸收区，缓冲区包括掺杂浓度呈阶梯分布的至少两个缓冲层，电极A贯穿SiO2氧化层后与N+区接触导通，电极K贯穿SiO2氧化层后与P+区接触导通。本发明能够大大降低暗电流，有效解决受光面积与结电容之间的矛盾，减少寄生电容，提高频率响应，不存在边缘电场，可忽略曲率效应，降低倍增噪声，提高吸收区的电场强度，降低反向电场强度，有效解决雪崩电压、响应度和频率响应之间的矛盾。

主权项：1.一种SOI基LSAMBM雪崩光电二极管，其特征在于：包括SOI基片、SiO2氧化层以及电极A、K，所述SiO2氧化层设于SOI基片的表面，所述SOI基片包括依次层叠布置的P-型衬底、SiO2层和P-型硅薄膜，所述P-型硅薄膜的一侧设有P+区，另一侧设有依次相邻布置的缓冲区、P倍增区以及N+区，所述P+区和缓冲区之间间隙中保留的P-区构成吸收区，所述缓冲区包括掺杂浓度呈阶梯分布的至少两个缓冲层，所述电极A贯穿SiO2氧化层后与N+区接触导通，所述电极K贯穿SiO2氧化层后与P+区接触导通。

全文数据：SOI基LSAMBM雪崩光电二极管及其制备方法技术领域[0001]本发明涉及单光子探测器技术，具体涉及一种SOI基LSAMBM雪崩光电二极管及其制备方法。背景技术[0002]单光子探测器Single-PhotonDetector，SPD作为光信号读取器件，在3D成像、光测距、空间探测、量子通讯系统中起着非常关键的作用。雪崩光电二极管（AvalanchePh〇t〇-Di〇de，APD以其增益大、响应速度快、探测效率高、体积小、质量轻、功耗低等特点成为制作单光子探测器的最佳器件。[0003]目前，APD主要采用基于纵向PN结的双极性结构，响应度和频率响应之间相互制约。另外，为解决PN结处的边缘击穿问题，通常采用浅沟槽隔离STI结构保护环，可有效减小器件暗电流，但增大了其雪崩电压与功耗。虽然吸收区与倍增区分离（SeparateAbsorptionandMultiplicationstructure，SAM结构的APD相比于PIN结构的APD具有较低的倍增噪声，但却存在雪崩电压和频率响应之间的矛盾。再者，体硅工艺下的APD存在较大的衬底漏电流和寄生电容，限制了APD的灵敏度和频率响应。发明内容[0004]本发明要解决的技术问题是:针对现有技术的上述问题，为了解决雪崩电压、响应度和频率响应之间的矛盾，提供一种S0I基LSAMBM雪崩光电二极管及其制备方法，本发明能够大大降低暗电流，有效解决受光面积与结电容之间的矛盾，减少寄生电容，提高频率响应，不存在边缘电场，可忽略曲率效应，降低倍增噪声，提高吸收区的电场强度，降低反向电场强度，有效解决雪崩电压、响应度和频率响应之间的矛盾。[0005]为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为:一种S0I基LSAMBM雪崩光电二极管，其特征在于:包括S0I基片、Si02氧化层以及电极A、K，所述Si〇2氧化层设于S0I基片的表面，所述S0I基片包括依次层叠布置的P—型衬底、Si02层和P—型硅薄膜，所述P_型硅薄膜的一侧设有P+区，另一侧设有依次相邻布置的缓冲区、P倍增区以及N+区，所述P+区和缓冲区之间间隙中保留的?_区构成吸收区，所述缓冲区包括掺杂浓度呈阶梯分布的至少两个缓冲层，所述电极A贯穿Si02氧化层后与N+区接触导通，所述电极K贯穿Si02氧化层后与P+区接触导通。[0006]优选地，所述S0I基片的Si〇2层厚度为380nm。[0007]优选地，所述SOI基片的F衬底厚度为500nm。[0008]优选地，所述「型硅薄膜的掺杂浓度为1015cnf3。[0009]优选地，所述P-型硅薄膜的厚度为100nm~800nm。[0010]本发明还提供一种前述SOI基LSAMBM雪崩光电二极管的制备方法，实施步骤包括：1准备S0I基片，所述S0I基片包括依次层叠布置的F型衬底、Si02层和P_型硅薄膜；2根据吸收光的波长，生成指定厚度的P_型硅薄膜；3采用离子注入掺杂方式，在SOI基片的F型硅薄膜的一侧形成P+区，另一侧依次形成相邻布置的缓冲区、P倍增区以及N+区，所述P+区和缓冲区之间间隙中保留的F区构成吸收区，所述缓冲区包括掺杂浓度呈阶梯分布的至少两个缓冲层；4在表面生成Si02氧化层；5在Si02氧化层表面镀铝生成电极A、K，其中电极A贯穿Si02氧化层后与N+区接触导通，电极K贯穿Si02氧化层后与P+区接触导通。[0011]本发明的SOI基LSAMBM雪崩光电二极管具有下述优点：1、S0I结构的衬底漏电流可达pA数量级，从而大大降低暗电流，有效减少寄生电容，提高频率响应。横向结构不存在边缘电场，可忽略曲率效应，有效解决受光面积与结电容之间的矛盾，从而解决响应度与频率响应之间的矛盾。[0012]2、根据Lambert定律，结合SOICMOS工艺特点，可以根据需要确定P_型桂薄膜的厚度来适应不同类型的光探测。例如，确定硅薄膜厚度为lOOnm〜800nm，以实现该光探测器的探测波段为蓝紫光380〜520nm。3、横向结构采用吸收区与倍增区分离的SAM结构，降低倍增噪声。[00M]4、缓冲区包括掺杂浓度呈阶梯分布的至少两个缓冲层，使得吸收区和倍增区之间加入阶梯掺杂缓冲区，从而降低吸收区与倍增区交界处的反向电场强度，提高吸收区电场强度，加大载流子的漂移速度，提高频率响应，有效解决雪崩电压与频率响应之间的矛盾。[0015]本发明的SOI基LSAMBM雪崩光电二极管的制备方法能够实现对本发明的SOI基LSAMBM雪崩光电二极管的制备，具有工艺简单的优点。附图说明[0016]图1为本发明实施例的剖视结构示意图。[0017]图2为本发明实施例的俯视结构示意图。[0018]图3为本发明实施例方法步骤1得到的半成品剖视结构示意图。[0019]图4为本发明实施例方法步骤2得到的半成品剖视结构示意图。[0020]图5为本发明实施例方法步骤3得到的半成品剖视结构示意图。具体实施方式[0021]如图1和图2所示，本实施例的S0I基LSAMBM雪崩光电二极管包括S0I基片、Si〇2氧化层以及电极A、K，所述Si02氧化层设于SOI基片的表面，所述S0I基片包括依次层叠布置的p-型衬底、Si02层和F型硅薄膜，所述r型硅薄膜的一侧设有P+区，另一侧设有依次相邻布置的缓冲区、P倍增区以及N+区，所述P+区和缓冲区之间间隙中保留的F区构成吸收区，所述缓冲区包括掺杂浓度呈阶梯分布的至少两个缓冲层，所述电极A贯穿Si02氧化层后与N+区接触导通，所述电极K贯穿Si02氧化层后与P+区接触导通。[0022]本实施例中，S0I基片的Si〇2层厚度为380nm。[0023]本实施例中，SOI基片的P_衬底厚度为500nm。[0024]本实施例中，型硅薄膜的掺杂浓度为1015cnf3。[0025]本实施例中，P_型硅薄膜的厚度为100nm〜800nm，根据Lambert定律，结合SOICMOS工艺特点，上述厚度能够实现该光探测器的探测波段为蓝紫光380〜520nm。t〇〇26]本实施例SOI基LSAMBM雪崩光电二极管的制备方法的实施步骤包括：1准备SOI基片，包括依次层叠布置的P—型衬底、Si〇2层和厂型硅薄膜，根据Lambert定律与探测光波长，采用氧化剥离技术，生成厚度为l〇〇nm〜800nm之间指定值的P—型硅薄膜，得到的半成品结构如图3所示；2采用离子注入掺杂方式，在SOI基片的F型硅薄膜的一侧形成P+区，另一侧依次形成相邻布置的缓冲区、P倍增区以及N+区，所述P+区和缓冲区之间间隙中保留的F区构成吸收区，缓冲区包括掺杂浓度呈阶梯分布的两个缓冲层，得到的半成品结构如图4所示；3在表面生成Si〇2氧化层，得到的半成品结构如图5所示；4在Si02氧化层表面镀铝生成电极A、K，其中电极A贯穿Si02氧化层后与矿区接触导通，电极K贯穿Si02氧化层后与P+区接触导通，得到的成品结构如图1所示。[0027]以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

权利要求：1.一种SOI基LSAMBM雪崩光电二极管，其特征在于:包括SOI基片、Si〇2氧化层以及电极A、K，所述Si02氧化层设于SOI基片的表面，所述SOI基片包括依次层叠布置的1^型衬底、SiCfe层和F型硅薄膜，所述F型硅薄膜的一侧设有P+区，另一侧设有依次相邻布置的缓冲区、P倍增区以及N+区，所述P+区和缓冲区之间间隙中保留的厂区构成吸收区，所述缓冲区包括掺杂浓度呈阶梯分布的至少两个缓冲层，所述电极A贯穿Si02氧化层后与N+区接触导通，所述电极K贯穿Si02氧化层后与P+区接触导通。2.根据权利要求1所述的SOI基LSAMBM雪崩光电二极管，其特征在于：所述SOI基片的Si〇2层厚度为380nm。3.根据权利要求1所述的SOI基LSAMBM雪崩光电二极管，其特征在于:所述SOI基片的P_型衬底厚度为500nm。4.根据权利要求1所述的SOI基LSAMBM雪崩光电二极管，其特征在于:所述F型硅薄膜的掺杂浓度为l〇15cnf3。5.根据权利要求1所述的SOI基LSAMBM雪崩光电二极管，其特征在于:所述P_型硅薄膜的厚度为l〇〇nm〜800nm。6.—种权利要求1〜5中任意一项所述SOI基LSAMBM雪崩光电二极管的制备方法，其特征在于实施步骤包括：1准备SOI基片，所述SOI基片包括依次层叠布置的F型衬底、Si〇2层和P_型硅薄膜；2根据吸收光的波长，生成指定厚度的F型硅薄膜；3采用离子注入掺杂方式，在SOI基片的F型硅薄膜的一侧形成P+区，另一侧依次形成相邻布置的缓冲区、P倍增区以及N+区，所述P+区和缓冲区之间间隙中保留的F区构成吸收区，所述缓冲区包括掺杂浓度呈阶梯分布的至少两个缓冲层；4在表面生成Si02氧化层；5在Si02氧化层表面镀铝生成电极A、K，其中电极A贯穿Si02氧化层后与N+区接触导通，电极K贯穿Si02氧化层后与P+区接触导通。

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