雪崩光电二极管和探测器的制作方法

本发明涉及光电探测器，特别涉及一种雪崩光电二极管和探测器。

背景技术：

1、单光子雪崩光电二极管(spad,single photon avalanche diode)是一种具有单光子探测灵敏度的半导体光电探测器，它利用pn结工作在反向击穿电压之上会发生雪崩效应的特点，可以将吸收光产生的载流子进行倍增，产生一个大电流被外部电路检测到，从而实现光电探测的过程。由于在晶圆加工过程中不可避免地使用金属设备和器材，造成光电二极管容易出现金属污染，故一般通过吸杂减小金属污染。

2、然而目前的光电二极管中，由于吸杂区的位置设置不合理，导致吸杂不够充分，金属杂质的存在会使得雪崩光电二极管的暗计数率((dcr，dark count rate))较高，影响产品性能。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是提供一种雪崩光电二极管，旨在提高金属吸杂的充分性，降低暗计数率。

2、为实现上述目的，本发明提出的雪崩光电二极管包括：

3、外延层，具有第一掺杂类型，所述外延层形成有相对的第一表面和第二表面；

4、第一半导体区，具有第二掺杂类型，所述第一半导体区设于所述第一表面，并由所述第一表面向所述第二表面延伸设置，所述第一半导体区为阴极；

5、第二半导体区，具有所述第二掺杂类型，所述第二半导体区由所述第一表面向所述第二表面延伸设置，并包裹于所述第一半导体区的周缘，所述第二半导体区的掺杂浓度小于所述第一半导体区的掺杂浓度；

6、第三半导体区，具有所述第一掺杂类型，所述第三半导体区由所述第二半导体区背离所述第一表面的一侧向所述第二表面延伸设置，所述第三半导体区与所述第一半导体区在所述第一表面至第二表面的方向上至少部分重叠，并与所述第二半导体区形成主结；

7、吸杂区，所述吸杂区设于所述外延层，并靠近所述第二表面设置，所述吸杂区与所述主结在所述第一表面至第二表面的方向上至少部分重叠，并与所述第三半导体区在第一表面至第二表面的方向上间隔设置；以及

8、第四半导体区，具有所述第一掺杂类型，所述第四半导体区的掺杂浓度大于所述第三半导体区的掺杂浓度，为阳极，所述第四半导体区设于所述第二表面，所述第四半导体区与所述吸杂区之间在平行于所述第一表面的方向上具有间隔。

9、在本申请可能的一实施例中，所述吸杂区背离所述第二表面的一侧与所述第三半导体区朝向所述第二表面的一侧之间的距离为d1，其中，d1小于10μm；

10、且/或，在平行于所述第一表面的方向上，所述吸杂区的边缘与所述第四半导体区的边缘之间的距离为d2，其中，d2小于15μm。

11、在本申请可能的一实施例中，所述雪崩光电二极管还包括第五半导体区，所述第五半导体区具有第二掺杂类型，所述第五半导体区的掺杂浓度小于所述第一半导体区的掺杂浓度，所述第五半导体区包裹于所述吸杂区的周缘。

12、在本申请可能的一实施例中，所述雪崩光电二极管还包括隔离区和第六半导体区，所述第六半导体区具有第一掺杂类型，并由所述第一表面向所述第二表面延伸设置，所述第六半导体区环设于所述第二半导体区的边缘，并与所述第二半导体区间隔设置，所述隔离区环设于所述第六半导体区的外周缘，并与所述第六半导体区相邻设置。

13、在本申请可能的一实施例中，所述隔离区由所述第一表面贯穿延伸至所述第二表面，所述第四半导体区位于所述隔离区的内周侧，所述第六半导体区背离所述第一表面的一侧的深度大于所述第三半导体区背离所述第一表面的一侧的深度；

14、且/或，在平行于所述第一表面的方向上，所述第二半导体区与所述第六半导体区之间的距离为d3，其中，d3≥0.3μm。

15、在本申请可能的一实施例中，所述雪崩光电二极管还包括第七半导体区，所述第七半导体区具有第一掺杂类型，且掺杂浓度小于第四半导体区的掺杂浓度，所述第七半导体区由所述第二表面至第一表面延伸设置，并包覆于所述第四半导体区的周缘。

16、在本申请可能的一实施例中，所述吸杂区的注入元素为氧元素。

17、在本申请可能的一实施例中，所述氧元素于所述外延层的注入浓度范围为小于1017cm-3。

18、在本申请可能的一实施例中，所述第二表面为入光面。

19、在本申请可能的一实施例中，所述第一掺杂类型为p型，所述第二掺杂类型为n型。

20、在本申请可能的一实施例中，在平行于所述第一表面的方向上，所述第二半导体区的边缘与所述第一半导体区的边缘之间的距离为d4，其中，d4≥0.2μm。

21、本发明还公开一种探测器，所述探测器包括多个如上述的雪崩光电二极管器件，多个所述雪崩光电二极管器件呈阵列排布。

22、本发明技术方案的雪崩光电二极管包括外延层、第一半导体区、第二半导体区、第三半导体区以及第四半导体区，所述外延层形成有相对的第一表面和第二表面，第二半导体区和第一半导体区的掺杂类型相同，第三半导体区和第四半导体区的掺杂类型相同，第二半导体区与第三半导体区共同配合形成主结，第一半导体区和第四半导体区分别为阴极和阳极，用于起到欧姆接触的作用。通过在第一半导体区的周缘围设有第二半导体区，因第二半导体区的掺杂浓度小于第一半导体区的掺杂浓度，能够在第一半导体区的周侧形成保护作用，避免发生边缘击穿。

23、同时，将吸杂区与主结均位于同一外延层中，两者之间的物理距离相比于位于层叠的不同的外延层中的要小的多，可以提高吸杂的充分性，降低暗计数率。且吸杂区与主结之间间隔设置，可以有效减小吸杂区的载流子进入主结的概率，进一步降低暗计数率。在更低的热预算下，由于距离的大幅降低也能有效实现金属污染的吸杂，降低雪崩光电二极管的暗计数率。再加上吸杂区靠近第二表面的第四半导体区，能够同时对第四半导体区的金属杂质进行吸附，进一步提高吸杂充分性。

技术特征：

1.一种雪崩光电二极管，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的雪崩光电二极管，其特征在于，所述吸杂区背离所述第二表面的一侧与所述第三半导体区朝向所述第二表面的一侧之间的距离为d1，其中，d1小于10μm；

3.如权利要求1所述的雪崩光电二极管，其特征在于，所述雪崩光电二极管还包括第五半导体区，所述第五半导体区具有第二掺杂类型，所述第五半导体区的掺杂浓度小于所述第一半导体区的掺杂浓度，所述第五半导体区包裹于所述吸杂区的周缘。

4.如权利要求1所述的雪崩光电二极管，其特征在于，所述雪崩光电二极管还包括隔离区和第六半导体区，所述第六半导体区有第一掺杂类型，并由所述第一表面向所述第二表面延伸设置，所述第六半导体区环设于所述第二半导体区的边缘，并与所述第二半导体区间隔设置，所述隔离区环设于所述第六半导体区的外周缘，并与所述第六半导体区相邻设置。

5.如权利要求4所述的雪崩光电二极管，其特征在于，所述隔离区由所述第一表面贯穿延伸至所述第二表面，所述第四半导体区位于所述隔离区的内周侧，所述第六半导体区背离所述第一表面的一侧的深度大于所述第三半导体区背离所述第一表面的一侧的深度；

6.如权利要求1至5中任一项所述的雪崩光电二极管，其特征在于，所述雪崩光电二极管还包括第七半导体区，所述第七半导体区具有第一掺杂类型，且掺杂浓度小于第四半导体区的掺杂浓度，所述第七半导体区由所述第二表面至第一表面延伸设置，并包覆于所述第四半导体区的周缘。

7.如权利要求1至5中任一项所述的雪崩光电二极管，其特征在于，所述吸杂区的注入元素为氧元素。

8.如权利要求7所述的雪崩光电二极管，其特征在于，所述氧元素于所述外延层的注入浓度范围为小于1017cm-3。

9.如权利要求8所述的雪崩光电二极管，其特征在于，所述第二表面为入光面。

10.如权利要求1至5中任一项所述的雪崩光电二极管，其特征在于，所述第一掺杂类型为p型，所述第二掺杂类型为n型。

11.如权利要求1至5中任一项所述的雪崩光电二极管，其特征在于，在平行于所述第一表面的方向上，所述第二半导体区的边缘与所述第一半导体区的边缘之间的距离为d4，其中，d4≥0.2μm。

12.一种探测器，其特征在于，包括多个如权利要求1至11中任一项所述的雪崩光电二极管，多个所述雪崩光电二极管呈阵列排布。

技术总结
本发明公开一种雪崩光电二极管和探测器，雪崩光电二极管包括具有第一掺杂类型的外延层、第三半导体区和第四半导体区，具有第二掺杂类型的第一半导体区、第二半导体区，以及吸杂区；第一半导体区为阴极，设于第一表面，第二半导体区包裹于第一半导体区的周缘，第三半导体区与第一半导体区在第一表面至第二表面的方向上至少部分重叠，以形成主结；吸杂区设于外延层，并靠近第二表面设置，吸杂区与主结在第一表面至第二表面的方向上至少部分重叠，并与第三半导体区在第一表面至第二表面的方向上间隔设置；第四半导体区与吸杂区之间在平行于第一表面的方向上具有间隔。本发明技术方案的雪崩光电二极管可提升吸杂的充分性。

技术研发人员：兰武
受保护的技术使用者：杭州海康威视数字技术股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/3/3