[发明专利]具有温度补偿自保护硅基APD阵列器件的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电子器件制造领域，特别涉及一种具有温度补偿自保护硅基APD阵列器件的制造方法。

背景技术

目前应用的光电探测器主要有两种，即PIN光电二极管和APD光电二极管。PIN光电二极管由于制造工艺简单，成本低廉的优点，在光纤通信中被大量使用。但载流子在PIN光电二极管器件内部不存在倍增过程，对单个光子而言仅能产生一对电子空穴对，无法应对微弱光信号探测的要求。而APD光电二极管吸收光子后，会在空间电荷区产生电子空穴对，在强电场作用下，半导体中的载流子发生雪崩倍增效应，将接收到的单光子信号在其内部倍增放大，实现单光子探测。此外，雪崩光电二极管还具有高量子效率、高增益、低暗电流等优点，并且和CMOS工艺兼容。因此，在光子技术、弱光场测量等领域中得到广泛的应用。

高增益的雪崩光电二极管是一种具有内部放大作用的光电二极管，其工作在Geiger模式，器件的反向偏压大于其雪崩击穿电压。入射光子在吸收区被吸收产生电子空穴对后，在强电场的作用下加速而获得极大的动能，通过碰撞半导体晶格把能量传递给价带上的电子，使之发生电离，从而产生二次电子空穴对。这些二次电离的电子空穴对又被加速产生更多的电子空穴对，从而产生一个很大的雪崩电流，形成倍增因子可达10⁶以上，雪崩电流从nA量级迅速增长到mA量级，对光信号实现有效放大。

发明内容

本发明提供了具有温度补偿自保护硅基APD阵列器件的结构及制作方法，提高了器件的增益、抑制了温漂对增益的影响、降低了器件的工作电压。

本发明提供了具有温度补偿自保护硅基APD阵列器件的制造方法，包括：多个微元APD并联组成APD阵列，如图1所示。其中，微元APD纵向结构依次是N型重掺杂阴极区，π型耗尽层形成的雪崩区，P型重掺杂层组成的场控区，掺杂外延层形成的吸收区，吸收区上设有阳极金属电极。

进一步的，本发明所述高增益APD阵列制作在硅衬底上；

进一步的，场控区和雪崩区采用离子注入方式形成，本发明将吸收区和雪崩区分离，能够获得良好的电子注入，降低器件倍增噪声。

最后，在APD阵列外围采用表面贴装技术SMD对APD阵列、温敏二极管和淬灭电阻进行电器连接，如图2所示。

本发明APD阵列内微元APD采用达通型与保护环型兼容的结构，达通型结构具有倍增因子高和低噪声的优点，保护环型结构扩大PN结终端曲率，使得边缘电场集中被消弱，击穿电压得到提高。然而雪崩光电二极管自身没有抑制不断增大的雪崩电流的能力，因此，在雪崩电流增大到损坏器件之前应及时地降低偏压抑制雪崩，即需要外加淬灭电阻使雪崩结束的同时迅速恢复偏压，为下一个光子的探测做好准备。此外，APD在工作过程中器件温度升高，温度变化是影响最佳倍增因子的主要因素，倍增因子随温度而变化对器件性能有很大的影响，因此，通过温敏二极管控制调整APD工作电压的方式对温度进行补偿,使APD工作在接近最佳倍增因子状态。

附图说明

图1为APD阵列示意图；

图2为具有温度补偿自保护APD阵列结构示意图；

图3为微元APD结构剖面图；

图3中：1-衬底；2-吸收区；3-隔离槽；4-衬底接触环；5-场控区；6-雪崩区；7-阴极区；8-阴极金属电极；9-阳极金属电极；10-增透膜。

具体实施方式

本发明的核心思想在于提供一种具有温度补偿自保护硅基APD阵列器件的制造方法。

下面结合具体的实施方案以及图3对本发明做进一步说明。根据下面说明和权力要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

首先，提供一种硅片作为衬底1，衬底采用P型硅片，掺杂硼元素。

其次，在所述衬底1上进行外延生长，形成外延层，作为器件的吸收区2，外延层掺杂硼元素。

接下来，依次进行氧化层淀积、光刻、腐蚀工艺制造出trench窗口。

接下来，进行trench工艺，制造出阵列APD的隔离槽3，并进行漂酸工艺去除表面氧化层。隔离槽能够防止除光源外的外界光干扰。多晶硅淀积工艺，对隔离槽进行填充。

接下来，依次进行氧化、光刻，制造出注入窗口。之后，依次进行硼注入、去胶、退火，形成P+掺杂层，也就是器件的衬底接触环4。