【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及光電探測器，特別涉及一種雪崩光電二極管和探測器。
技術(shù)介紹
1、單光子雪崩光電二極管(spad,single?photon?avalanche?diode)是一種具有單光子探測靈敏度的半導(dǎo)體光電探測器，它利用pn結(jié)工作在反向擊穿電壓之上會發(fā)生雪崩效應(yīng)的特點，可以將吸收光產(chǎn)生的載流子進行倍增，產(chǎn)生一個大電流被外部電路檢測到，從而實現(xiàn)光電探測的過程。由于在晶圓加工過程中不可避免地使用金屬設(shè)備和器材，造成光電二極管容易出現(xiàn)金屬污染，故一般通過吸雜減小金屬污染。
2、然而目前的光電二極管中，由于吸雜區(qū)的位置設(shè)置不合理，導(dǎo)致吸雜不夠充分，金屬雜質(zhì)的存在會使得雪崩光電二極管的暗計數(shù)率((dcr，dark?count?rate))較高，影響產(chǎn)品性能。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的主要目的是提供一種雪崩光電二極管，旨在提高金屬吸雜的充分性，降低暗計數(shù)率。
2、為實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提出的雪崩光電二極管包括：
3、外延層，具有第一摻雜類型，所述外延層形成有相對的第一表面和第二表面；
4、第一半導(dǎo)體區(qū)，具有第二摻雜類型，所述第一半導(dǎo)體區(qū)設(shè)于所述第一表面，并由所述第一表面向所述第二表面延伸設(shè)置，所述第一半導(dǎo)體區(qū)為陰極；
5、第二半導(dǎo)體區(qū)，具有所述第二摻雜類型，所述第二半導(dǎo)體區(qū)由所述第一表面向所述第二表面延伸設(shè)置，并包裹于所述第一半導(dǎo)體區(qū)的周緣，所述第二半導(dǎo)體區(qū)的摻雜濃度小于所述第一半導(dǎo)體區(qū)的摻雜濃度；
6、第三半
7、吸雜區(qū)，所述吸雜區(qū)設(shè)于所述外延層，并靠近所述第二表面設(shè)置，所述吸雜區(qū)與所述主結(jié)在所述第一表面至第二表面的方向上至少部分重疊，并與所述第三半導(dǎo)體區(qū)在第一表面至第二表面的方向上間隔設(shè)置；以及
8、第四半導(dǎo)體區(qū)，具有所述第一摻雜類型，所述第四半導(dǎo)體區(qū)的摻雜濃度大于所述第三半導(dǎo)體區(qū)的摻雜濃度，為陽極，所述第四半導(dǎo)體區(qū)設(shè)于所述第二表面，所述第四半導(dǎo)體區(qū)與所述吸雜區(qū)之間在平行于所述第一表面的方向上具有間隔。
9、在本申請可能的一實施例中，所述吸雜區(qū)背離所述第二表面的一側(cè)與所述第三半導(dǎo)體區(qū)朝向所述第二表面的一側(cè)之間的距離為d1，其中，d1小于10μm；
10、且/或，在平行于所述第一表面的方向上，所述吸雜區(qū)的邊緣與所述第四半導(dǎo)體區(qū)的邊緣之間的距離為d2，其中，d2小于15μm。
11、在本申請可能的一實施例中，所述雪崩光電二極管還包括第五半導(dǎo)體區(qū)，所述第五半導(dǎo)體區(qū)具有第二摻雜類型，所述第五半導(dǎo)體區(qū)的摻雜濃度小于所述第一半導(dǎo)體區(qū)的摻雜濃度，所述第五半導(dǎo)體區(qū)包裹于所述吸雜區(qū)的周緣。
12、在本申請可能的一實施例中，所述雪崩光電二極管還包括隔離區(qū)和第六半導(dǎo)體區(qū)，所述第六半導(dǎo)體區(qū)具有第一摻雜類型，并由所述第一表面向所述第二表面延伸設(shè)置，所述第六半導(dǎo)體區(qū)環(huán)設(shè)于所述第二半導(dǎo)體區(qū)的邊緣，并與所述第二半導(dǎo)體區(qū)間隔設(shè)置，所述隔離區(qū)環(huán)設(shè)于所述第六半導(dǎo)體區(qū)的外周緣，并與所述第六半導(dǎo)體區(qū)相鄰設(shè)置。
13、在本申請可能的一實施例中，所述隔離區(qū)由所述第一表面貫穿延伸至所述第二表面，所述第四半導(dǎo)體區(qū)位于所述隔離區(qū)的內(nèi)周側(cè)，所述第六半導(dǎo)體區(qū)背離所述第一表面的一側(cè)的深度大于所述第三半導(dǎo)體區(qū)背離所述第一表面的一側(cè)的深度；
14、且/或，在平行于所述第一表面的方向上，所述第二半導(dǎo)體區(qū)與所述第六半導(dǎo)體區(qū)之間的距離為d3，其中，d3≥0.3μm。
15、在本申請可能的一實施例中，所述雪崩光電二極管還包括第七半導(dǎo)體區(qū)，所述第七半導(dǎo)體區(qū)具有第一摻雜類型，且摻雜濃度小于第四半導(dǎo)體區(qū)的摻雜濃度，所述第七半導(dǎo)體區(qū)由所述第二表面至第一表面延伸設(shè)置，并包覆于所述第四半導(dǎo)體區(qū)的周緣。
16、在本申請可能的一實施例中，所述吸雜區(qū)的注入元素為氧元素。
17、在本申請可能的一實施例中，所述氧元素于所述外延層的注入濃度范圍為小于1017cm-3。
18、在本申請可能的一實施例中，所述第二表面為入光面。
19、在本申請可能的一實施例中，所述第一摻雜類型為p型，所述第二摻雜類型為n型。
20、在本申請可能的一實施例中，在平行于所述第一表面的方向上，所述第二半導(dǎo)體區(qū)的邊緣與所述第一半導(dǎo)體區(qū)的邊緣之間的距離為d4，其中，d4≥0.2μm。
21、本專利技術(shù)還公開一種探測器，所述探測器包括多個如上述的雪崩光電二極管器件，多個所述雪崩光電二極管器件呈陣列排布。
22、本專利技術(shù)技術(shù)方案的雪崩光電二極管包括外延層、第一半導(dǎo)體區(qū)、第二半導(dǎo)體區(qū)、第三半導(dǎo)體區(qū)以及第四半導(dǎo)體區(qū)，所述外延層形成有相對的第一表面和第二表面，第二半導(dǎo)體區(qū)和第一半導(dǎo)體區(qū)的摻雜類型相同，第三半導(dǎo)體區(qū)和第四半導(dǎo)體區(qū)的摻雜類型相同，第二半導(dǎo)體區(qū)與第三半導(dǎo)體區(qū)共同配合形成主結(jié)，第一半導(dǎo)體區(qū)和第四半導(dǎo)體區(qū)分別為陰極和陽極，用于起到歐姆接觸的作用。通過在第一半導(dǎo)體區(qū)的周緣圍設(shè)有第二半導(dǎo)體區(qū)，因第二半導(dǎo)體區(qū)的摻雜濃度小于第一半導(dǎo)體區(qū)的摻雜濃度，能夠在第一半導(dǎo)體區(qū)的周側(cè)形成保護作用，避免發(fā)生邊緣擊穿。
23、同時，將吸雜區(qū)與主結(jié)均位于同一外延層中，兩者之間的物理距離相比于位于層疊的不同的外延層中的要小的多，可以提高吸雜的充分性，降低暗計數(shù)率。且吸雜區(qū)與主結(jié)之間間隔設(shè)置，可以有效減小吸雜區(qū)的載流子進入主結(jié)的概率，進一步降低暗計數(shù)率。在更低的熱預(yù)算下，由于距離的大幅降低也能有效實現(xiàn)金屬污染的吸雜，降低雪崩光電二極管的暗計數(shù)率。再加上吸雜區(qū)靠近第二表面的第四半導(dǎo)體區(qū)，能夠同時對第四半導(dǎo)體區(qū)的金屬雜質(zhì)進行吸附，進一步提高吸雜充分性。
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1.一種雪崩光電二極管，其特征在于，包括：
2.如權(quán)利要求1所述的雪崩光電二極管，其特征在于，所述吸雜區(qū)背離所述第二表面的一側(cè)與所述第三半導(dǎo)體區(qū)朝向所述第二表面的一側(cè)之間的距離為D1，其中，D1小于10μm；
3.如權(quán)利要求1所述的雪崩光電二極管，其特征在于，所述雪崩光電二極管還包括第五半導(dǎo)體區(qū)，所述第五半導(dǎo)體區(qū)具有第二摻雜類型，所述第五半導(dǎo)體區(qū)的摻雜濃度小于所述第一半導(dǎo)體區(qū)的摻雜濃度，所述第五半導(dǎo)體區(qū)包裹于所述吸雜區(qū)的周緣。
4.如權(quán)利要求1所述的雪崩光電二極管，其特征在于，所述雪崩光電二極管還包括隔離區(qū)和第六半導(dǎo)體區(qū)，所述第六半導(dǎo)體區(qū)有第一摻雜類型，并由所述第一表面向所述第二表面延伸設(shè)置，所述第六半導(dǎo)體區(qū)環(huán)設(shè)于所述第二半導(dǎo)體區(qū)的邊緣，并與所述第二半導(dǎo)體區(qū)間隔設(shè)置，所述隔離區(qū)環(huán)設(shè)于所述第六半導(dǎo)體區(qū)的外周緣，并與所述第六半導(dǎo)體區(qū)相鄰設(shè)置。
5.如權(quán)利要求4所述的雪崩光電二極管，其特征在于，所述隔離區(qū)由所述第一表面貫穿延伸至所述第二表面，所述第四半導(dǎo)體區(qū)位于所述隔離區(qū)的內(nèi)周側(cè)，所述第六半導(dǎo)體區(qū)背離所述第一表面的一側(cè)的深度大于所述第三半
6.如權(quán)利要求1至5中任一項所述的雪崩光電二極管，其特征在于，所述雪崩光電二極管還包括第七半導(dǎo)體區(qū)，所述第七半導(dǎo)體區(qū)具有第一摻雜類型，且摻雜濃度小于第四半導(dǎo)體區(qū)的摻雜濃度，所述第七半導(dǎo)體區(qū)由所述第二表面至第一表面延伸設(shè)置，并包覆于所述第四半導(dǎo)體區(qū)的周緣。
7.如權(quán)利要求1至5中任一項所述的雪崩光電二極管，其特征在于，所述吸雜區(qū)的注入元素為氧元素。
8.如權(quán)利要求7所述的雪崩光電二極管，其特征在于，所述氧元素于所述外延層的注入濃度范圍為小于1017cm-3。
9.如權(quán)利要求8所述的雪崩光電二極管，其特征在于，所述第二表面為入光面。
10.如權(quán)利要求1至5中任一項所述的雪崩光電二極管，其特征在于，所述第一摻雜類型為P型，所述第二摻雜類型為N型。
11.如權(quán)利要求1至5中任一項所述的雪崩光電二極管，其特征在于，在平行于所述第一表面的方向上，所述第二半導(dǎo)體區(qū)的邊緣與所述第一半導(dǎo)體區(qū)的邊緣之間的距離為D4，其中，D4≥0.2μm。
12.一種探測器，其特征在于，包括多個如權(quán)利要求1至11中任一項所述的雪崩光電二極管，多個所述雪崩光電二極管呈陣列排布。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種雪崩光電二極管，其特征在于，包括：
2.如權(quán)利要求1所述的雪崩光電二極管，其特征在于，所述吸雜區(qū)背離所述第二表面的一側(cè)與所述第三半導(dǎo)體區(qū)朝向所述第二表面的一側(cè)之間的距離為d1，其中，d1小于10μm；
3.如權(quán)利要求1所述的雪崩光電二極管，其特征在于，所述雪崩光電二極管還包括第五半導(dǎo)體區(qū)，所述第五半導(dǎo)體區(qū)具有第二摻雜類型，所述第五半導(dǎo)體區(qū)的摻雜濃度小于所述第一半導(dǎo)體區(qū)的摻雜濃度，所述第五半導(dǎo)體區(qū)包裹于所述吸雜區(qū)的周緣。
4.如權(quán)利要求1所述的雪崩光電二極管，其特征在于，所述雪崩光電二極管還包括隔離區(qū)和第六半導(dǎo)體區(qū)，所述第六半導(dǎo)體區(qū)有第一摻雜類型，并由所述第一表面向所述第二表面延伸設(shè)置，所述第六半導(dǎo)體區(qū)環(huán)設(shè)于所述第二半導(dǎo)體區(qū)的邊緣，并與所述第二半導(dǎo)體區(qū)間隔設(shè)置，所述隔離區(qū)環(huán)設(shè)于所述第六半導(dǎo)體區(qū)的外周緣，并與所述第六半導(dǎo)體區(qū)相鄰設(shè)置。
5.如權(quán)利要求4所述的雪崩光電二極管，其特征在于，所述隔離區(qū)由所述第一表面貫穿延伸至所述第二表面，所述第四半導(dǎo)體區(qū)位于所述隔離區(qū)的內(nèi)周側(cè)，所述第六半導(dǎo)體區(qū)背離所述第一表面的一側(cè)的深度大于所述第三半導(dǎo)體區(qū)背離所述第一表面的一側(cè)的深度；
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：蘭武，
申請(專利權(quán))人：杭州海康威視數(shù)字技術(shù)股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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