一种具有级联倍增效果的雪崩光电探测器的制作方法

本发明涉及光电探测器，尤其涉及一种具有级联倍增效果的雪崩光电探测器。

背景技术：

1、雪崩光电探测器的工作原理是当信号光照射到吸收层时产生光生载流子，光生载流子在电场作用下运动到倍增层获得进一步加速，与晶格发生碰撞电离产生更多的电子空穴对，从而起到放大电流的效果。

2、电流放大的倍数，称作倍增系数，倍增系数越高，产生的光电流越大，信号探测灵敏度也就越高，因此，提升倍增系数是雪崩光电探测器优化的目标之一。雪崩光电探测器设计的另一个技术要点是要提高带宽，而带宽和倍增系数之间存在竞争关系，即雪崩光电探测器内电流的放大倍数越高，碰撞电离发生的次数越多，建立倍增所用的时间就越长，因而会影响探测器的带宽。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供一种具有级联倍增效果的雪崩光电探测器。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

2、本发明采用如下技术方案：

3、本发明提供一种具有级联倍增效果的雪崩光电探测器，包括：吸收区；还包括：位于所述吸收区下表面的倍增区；

4、所述倍增区包括：

5、加速倍增区，由至少一个子倍增区组成，用于加速电子；

6、雪崩倍增区，位于所述加速倍增区下表面，用于加速电子并使电子发生雪崩倍增；

7、其中，所述子倍增区与所述雪崩倍增区的顶部均进行离子注入以形成用于调控所述倍增区电场的电荷区，以使得所述雪崩倍增区的电场＞所述加速倍增区的电场＞所述吸收区的电场。

8、进一步的，当所述加速倍增区具有两个及两个以上的所述子倍增区时，位于下方的子倍增区的电场大于与其相邻的且位于其上方的子倍增区的电场。

9、进一步的，所述电荷区包括：在所述子倍增区的顶部进行离子注入形成的第一电荷区以及在所述雪崩倍增区的顶部进行离子注入形成的第二电荷区；所述子倍增区的层厚h1满足：0.05um＜h1＜0.3um；所述雪崩倍增区的层厚h2满足：0.1um＜h2＜0.5um；所述第一电荷区与所述第二电荷区的层厚h3满足：0.01um＜h3＜0.2um。

10、进一步的，所述的一种具有级联倍增效果的雪崩光电探测器，还包括：顶电极，设置于所述吸收区的上表面；所述吸收区的上表面进行离子注入以形成与所述顶电极进行欧姆接触的顶电极接触层。

11、进一步的，所述的一种具有级联倍增效果的雪崩光电探测器，还包括：衬底以及底电极，所述衬底位于所述倍增区的下表面，所述底电极设置于所述衬底的上表面；所述衬底的上表面进行离子注入以形成与所述底电极进行欧姆接触的底电极接触层。

12、进一步的，所述顶电极接触层与所述底电极接触层的掺杂浓度a1满足：1×1018cm-3＜a1＜1×1019cm-3；所述第一电荷区的掺杂浓度a2满足：1×1015cm-3＜a2＜1×1017cm-3；所述第二电荷区的掺杂浓度a3满足：1×1015cm-3＜a3＜1×1017cm-3。

13、进一步的，所述顶电极为p极，所述底电极为n极；所述吸收区的上表面进行p型离子注入以形成p型的顶电极接触层，所述衬底的上表面进行n型离子注入以形成n型的底电极接触层；在所述子倍增区的顶部进行p型离子注入，以形成作为所述第一电荷区的p型离子注入层；在所述雪崩倍增区的顶部进行p型离子注入，以形成作为所述第二电荷区的p型离子注入层。

14、进一步的，所述顶电极接触层、所述第一电荷区、所述第二电荷区的掺杂元素为b或bf2；所述底电极接触层的掺杂元素为p或as。

15、进一步的，当该雪崩光电探测器处于工作状态时，所述顶电极接负电压，所述底电极接正电压。

16、进一步的，所述吸收区的上表面面积小于下表面面积，且所述吸收区的上表面镀一层抗反射膜。

17、本发明所带来的有益效果：

18、1.本申请将传统的单个倍增区分为两个或多个倍增层，本申请的倍增区包括位于前列的加速倍增区以及位于最后的雪崩倍增区，在位于前列的加速倍增区内进行电子加速，不占用倍增时间，不会降低带宽，并使电子只在位于最后的雪崩倍增区内发生雪崩，以实现探测器倍增效果与带宽之间的平衡；

19、2.同时，本申请对倍增区以及电荷区的掺杂浓度与厚度进行设计，用两个或多个厚度较薄的子倍增区代替传统厚度较厚的单个倍增区，且只有一种载流子-电子发生倍增，可以减小额外噪声，提高雪崩光电探测器的灵敏度。

技术特征：

1.一种具有级联倍增效果的雪崩光电探测器，包括：吸收区；其特征在于，还包括：位于所述吸收区下表面的倍增区；

2.根据权利要求1所述的一种具有级联倍增效果的雪崩光电探测器，其特征在于，当所述加速倍增区具有两个及两个以上的所述子倍增区时，位于下方的子倍增区的电场大于与其相邻的且位于其上方的子倍增区的电场。

3.根据权利要求2所述的一种具有级联倍增效果的雪崩光电探测器，其特征在于，所述电荷区包括：在所述子倍增区的顶部进行离子注入形成的第一电荷区以及在所述雪崩倍增区的顶部进行离子注入形成的第二电荷区；

4.根据权利要求3所述的一种具有级联倍增效果的雪崩光电探测器，其特征在于，还包括：顶电极，设置于所述吸收区的上表面；所述吸收区的上表面进行离子注入以形成与所述顶电极进行欧姆接触的顶电极接触层。

5.根据权利要求4所述的一种具有级联倍增效果的雪崩光电探测器，其特征在于，还包括：衬底以及底电极，所述衬底位于所述倍增区的下表面，所述底电极设置于所述衬底的上表面；所述衬底的上表面进行离子注入以形成与所述底电极进行欧姆接触的底电极接触层。

6.根据权利要求5所述的一种具有级联倍增效果的雪崩光电探测器，其特征在于，所述顶电极接触层与所述底电极接触层的掺杂浓度a1满足：1×1018cm-3＜a1＜1×1019cm-3；

7.根据权利要求6所述的一种具有级联倍增效果的雪崩光电探测器，其特征在于，所述顶电极为p极，所述底电极为n极；

8.根据权利要求7所述的一种具有级联倍增效果的雪崩光电探测器，其特征在于，所述顶电极接触层、所述第一电荷区、所述第二电荷区的掺杂元素为b或bf2；所述底电极接触层的掺杂元素为p或as。

9.根据权利要求8所述的一种具有级联倍增效果的雪崩光电探测器，其特征在于，当该雪崩光电探测器处于工作状态时，所述顶电极接负电压，所述底电极接正电压。

10.根据权利要求9所述的一种具有级联倍增效果的雪崩光电探测器，其特征在于，所述吸收区的上表面面积小于下表面面积，且所述吸收区的上表面镀一层抗反射膜。

技术总结本发明公开一种具有级联倍增效果的雪崩光电探测器，包括：顶电极、顶电极接触层、吸收区、电荷区、倍增区、底电极接触层、衬底以及底电极。倍增区包括：加速倍增区，由至少一个子倍增区组成，用于加速电子；雪崩倍增区，位于加速倍增区下表面，用于加速电子并使电子发生雪崩倍增。本申请将传统倍增层分为两个或多个子倍增区，子倍增区分为位于前列的子倍增区以及位于最后的雪崩倍增区，在位于前列的子倍增区内进行电子加速，不占用倍增时间，不会降低带宽，并使电子只在位于最后的雪崩倍增区内发生雪崩，以实现探测器倍增效果与带宽之间的平衡，同时还可以减小额外噪声，提高雪崩光电探测器的灵敏度。技术研发人员：曲婧毓,石彬,祁帆,蔡鹏飞受保护的技术使用者：NANO科技（北京）有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/1