專利名稱：一種高增益雪崩二極管的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及半導體器件領域，具體涉及一種能夠對微弱光進行探測的雪崩二極管。
背景技術：
目前，光子計數器件主要使用基于真空管技術的光電倍增管 PMT(Photomultiplier tube)和基于半導體技術的雪崩二極管(Avalanche Photon Diode, APD)。光電倍增管具有增益高，測試面積大，計算速率快，和時間分辨率高等優點，然而，其在可見光范圍的量子效率很低，體積大，高壓工作OOO 600V)，易破損，昂貴，嚴重限制了光電倍增管的應用范圍。與光電倍增管相比，雪崩二極管不僅光子探測效率高，特別是在紅光和近紅外波長范圍內，而且體積小，可靠性高，功耗小，易集成，并與CMOS工藝兼容。作為光子計數器件的雪崩二極管，在蓋格(Geiger)工作模式下，使器件的偏置電壓V大于雪崩擊穿電壓Vb，當吸收的光子產生光生載流子，并進入到雪崩區，在高的反向電場的作用下，觸發雪崩，從而產生一個從nA數量級飛速增加到mA數量級的雪崩電流信號， 這個信號就意味著探測到光信號。然而，現有的雪崩二極管普遍由于熱生載流子和高場產生的隧道電流的存在，現有的雪崩二極管存在室溫下暗電流大的問題，這樣直接導致信噪比小，增益低，因此通常需要低溫下工作。為了克服這些缺點，我們提出了本實用新型
實用新型內容
本實用新型的目的在于提供一種高增益雪崩二極管結構，具有增益高、暗電流小的特點。為了實現上述目的，本實用新型的一種雪崩二極管結構，如圖1所示，包括有依次縱向層疊的η型歐姆接觸電極101，由η型重摻雜層102，電荷倍增區103，ρ型重摻雜層104 組成的雪崩區，吸收區107，吸收區107上設有ρ型歐姆接觸電極105和ρ型歐姆接觸層 106，其特征在于，雪崩區橫向尺寸為納米級尺寸。進一步，雪崩區橫向尺寸小于500nm。當在η型歐姆接觸電極101和ρ型歐姆接觸電極105之間加反偏壓，即可實現光子探測。本實用新型適用于Si、GaAs、GaN、hP、Ge、SiC、SOI、GOI 等材料；本實用新型的探測波長范圍適用于紅外、可見光、紫外、太赫茲等波段；本實用新型中的雪崩區尺寸小于500nm，有利于減小漏電流，從而提高增益；本實用新型中的物理結構屬于將吸收區和雪崩區分離的結構，能夠形成倒扣漏斗形的電場，有利于載流子吸收；本實用新型中ρ型歐姆接觸層106、n型重摻雜層102、p型重摻雜層104可以用離子注入方式形成，也可以用擴散的方式形成；
3[0014]本實用新型中ρ型歐姆接觸電極105和η型歐姆接觸電極101可以為透明電極， 也可以為不透明電極；本實用新型的雪崩二極管，可以為正面入射，也可以為背面入射。該高增益雪崩二極管，由于采用了納米尺寸的雪崩區結構，在ρ型歐姆接觸層 106、η型重摻雜層102、ρ型重摻雜層104共同作用下，使得在器件內部形成的電場分布的形狀像倒扣的漏斗一樣，這在現有的雪崩二極管的內部電場中無法獲得的，該電場有利于光生載流子直接輸運到雪崩區，減小流經表面的機會，因此大大減小表面復合電流。同時， 由于雪崩區域尺寸小，漏電流也大大降低，使得暗電流大大降低。因此，該高增益雪崩二極管能夠大大降低器件總的暗電流，從而提高器件增益，提高探測頻率。從圖3器件制備的實際測試結果可以看出，隨著器件尺寸下降，由于暗電流下降， 增益不斷提高。而雪崩區為IOym的結果，與現有常規的雪崩二極管的增益相當，這個結果說明了該實用新型器件具有高增益的特點。
圖1 根據本實用新型提出的高增益雪崩二極管的截面結構示意圖；圖中101、η型歐姆接觸電極，102、η型重摻雜層，103、電荷倍增區，104、ρ型重摻雜層，105、ρ型歐姆接觸電極，106、ρ型歐姆接觸層，107、光吸收區；圖2 本實用新型提出的高增益雪崩二極管的制備方法如下圖3 增益與雪崩區尺寸的關系圖。
具體實施方式
如圖2所示，其制備過程和方法如下1、在高阻的硅襯底正面依次注入磷和硼，分別形成η型重摻雜層102和ρ型重摻雜層104，摻雜濃度分別為IO18CnT3和5Χ 1017cnT3。由η型重摻雜層102和ρ型重摻雜層104 之間無注入區形成電荷倍增區103 ；2、光刻，ICP刻蝕，定義直徑為500nm的納米雪崩區，形成臺面結構；3、光刻，在納米雪崩區兩側注入硼，摻雜濃度為1019cnT3，形成ρ型歐姆接觸層 106 ；4、采用濺射或者蒸發，在η型重摻雜層102和ρ型歐姆接觸層106上面分別淀積厚度為500nm的金屬Al，形成η型歐姆接觸電極101和ρ型歐姆接觸電極105 ；5、合金，切割，得到本實用新型的高增益雪崩二極管。在光照情況下，在η型歐姆接觸電極101和ρ型歐姆接觸電極105加反偏電壓獲得光信號的探測。圖3是器件制備的實際測試結果，從圖3可以看出，隨著器件尺寸下降，由于暗電流下降，增益不斷提高。而雪崩區為IOym的結果，與現有常規的雪崩二極管的增益相當， 這個結果說明了該實用新型器件具有高增益的特點。至此已經結合優選實施例對本實用新型進行了描述。應該理解，本領域技術人員在不脫離本實用新型的精神和范圍的情況下，可以進行各種其他的改變、替換和添加。因此，本實用新型的范圍不局限于上述特定實施例，而應由所附權利要求所限定。
權利要求1.一種高增益雪崩二極管，包括有依次縱向層疊的η型歐姆接觸電極，由η型重摻雜層，電荷倍增區，P型重摻雜層組成的雪崩區，吸收區，吸收區上設有P型歐姆接觸電極和P 型歐姆接觸層，其特征在于，雪崩區橫向尺寸為納米級尺寸。
2.根據權利要求1所述的高增益雪崩二極管，其特征在于，雪崩區橫向尺寸小于 500nmo
專利摘要一種高增益雪崩二極管涉及半導體器件領域，具體涉及一種能夠對微弱光進行探測的雪崩二極管。現有的雪崩二極管普遍由于熱生載流子和高場產生的隧道電流的存在，存在室溫下暗電流大的問題，這樣直接導致信噪比小，增益低，因此通常需要低溫下工作。高增益雪崩二極管包括有依次縱向層疊的n型歐姆接觸電極，由n型重摻雜層，電荷倍增區，p型重摻雜層組成的雪崩區，吸收區，吸收區上設有p型歐姆接觸電極和p型歐姆接觸層，其特征在于，雪崩區橫向尺寸為納米級尺寸。該高增益雪崩二極管能夠大大降低器件總的暗電流，從而提高器件增益，提高探測頻率。
文檔編號H01L31/107GK202142546SQ201120199948
公開日2012年2月8日 申請日期2011年6月14日 優先權日2011年6月14日
發明者關寶璐, 周弘毅, 郭帥, 郭霞, 陳樹華 申請人:北京工業大學