[发明专利]SOI基LSAMBM雪崩光电二极管及其制备方法

说明书

本发明公开了一种SOI基LSAMBM（横向吸收区‑多缓冲区‑倍增区分离）雪崩光电二极管及其制备方法，其中雪崩光电二极管包括SOI基片、SiO₂氧化层以及电极A、K，SiO₂氧化层设于SOI基片的表面，P^‑型硅薄膜的一侧设有P⁺区，另一侧设有依次相邻布置的缓冲区、P倍增区以及N⁺区，P⁺区和缓冲区之间间隙中保留的P^‑区构成吸收区，缓冲区包括掺杂浓度呈阶梯分布的至少两个缓冲层，电极A贯穿SiO₂氧化层后与N⁺区接触导通，电极K贯穿SiO₂氧化层后与P⁺区接触导通。本发明能够大大降低暗电流，有效解决受光面积与结电容之间的矛盾，减少寄生电容，提高频率响应，不存在边缘电场，可忽略曲率效应，降低倍增噪声，提高吸收区的电场强度，降低反向电场强度，有效解决雪崩电压、响应度和频率响应之间的矛盾。

技术领域

本发明涉及单光子探测器技术，具体涉及一种SOI基LSAMBM雪崩光电二极管及其制备方法。

背景技术

单光子探测器（Single-Photon Detector，SPD）作为光信号读取器件，在3D成像、光测距、空间探测、量子通讯系统中起着非常关键的作用。雪崩光电二极管（AvalanchePhoto-Diode，APD）以其增益大、响应速度快、探测效率高、体积小、质量轻、功耗低等特点成为制作单光子探测器的最佳器件。

目前，APD主要采用基于纵向PN结的双极性结构，响应度和频率响应之间相互制约。另外，为解决PN结处的边缘击穿问题，通常采用浅沟槽隔离（STI）结构保护环，可有效减小器件暗电流，但增大了其雪崩电压与功耗。虽然吸收区与倍增区分离（SeparateAbsorption and Multiplication structure，SAM）结构的APD相比于PIN结构的APD具有较低的倍增噪声，但却存在雪崩电压和频率响应之间的矛盾。再者，体硅工艺下的APD存在较大的衬底漏电流和寄生电容，限制了APD的灵敏度和频率响应。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对现有技术的上述问题，为了解决雪崩电压、响应度和频率响应之间的矛盾，提供一种SOI基LSAMBM雪崩光电二极管及其制备方法，本发明能够大大降低暗电流，有效解决受光面积与结电容之间的矛盾，减少寄生电容，提高频率响应，不存在边缘电场，可忽略曲率效应，降低倍增噪声，提高吸收区的电场强度，降低反向电场强度，有效解决雪崩电压、响应度和频率响应之间的矛盾。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种SOI基LSAMBM雪崩光电二极管，其特征在于：包括SOI基片、SiO₂氧化层以及电极A、K，所述SiO₂氧化层设于SOI基片的表面，所述SOI基片包括依次层叠布置的P^-型衬底、SiO₂层和P^-型硅薄膜，所述P^-型硅薄膜的一侧设有P⁺区，另一侧设有依次相邻布置的缓冲区、P倍增区以及N⁺区，所述P⁺区和缓冲区之间间隙中保留的P^-区构成吸收区，所述缓冲区包括掺杂浓度呈阶梯分布的至少两个缓冲层，所述电极A贯穿SiO₂氧化层后与N⁺区接触导通，所述电极K贯穿SiO₂氧化层后与P⁺区接触导通。

优选地，所述SOI基片的SiO₂层厚度为380nm。

优选地，所述SOI基片的P^-衬底厚度为500nm。

优选地，所述P^-型硅薄膜的掺杂浓度为10¹⁵cm^-3。