[发明专利]一种高探测效率的单光子雪崩二极管及其制作方法

权利要求书

1.一种高探测效率的单光子雪崩二极管，其特征在于：包括同轴设置的p-衬底层、p外延层、n+埋层、n型电荷层、反型深n阱、p型电荷层、p-型半导体层、n阱层、浅沟槽隔离层、p型半导体层、n+型半导体层、p+型光吸收层、二氧化硅抗反射膜、氮化硅抗反射膜、阳极电极和阴极电极；所述的p-衬底层设置在p外延层的底部；p外延层的内部设置有呈圆盘形的n+埋层；n+埋层与p外延层的外端面之间设置有n型电荷层、反型深n阱、p型电荷层、p-型半导体层和n阱层；n型电荷层、反型深n阱、p型电荷层由内向外依次排列设置；呈圆环形的p-型半导体层环住反型深n阱的外侧及p型电荷层，且与反型深n阱及p型电荷层均接触；p-型半导体层的外端面与p外延层的外端面平齐；n型电荷层及n阱层的内端均与n+埋层接触；n阱层的外端面与p外延层的外端面平齐；

所述的p型半导体层设置在p外延层的外端面上；呈圆环形的n+型半导体层设置在p型半导体层上；n+型半导体层的两端端面与p型半导体层的两端端面分别平齐；n+型半导体层的内端面与n阱层接触，外端面上固定有阴极电极；

呈圆环形的两个浅沟槽隔离层均贯穿p型半导体层；其中一个浅沟槽隔离层的外径等于n+型半导体层的内径；另一个浅沟槽隔离层的内径等于n+型半导体层的外径；

所述的p+型光吸收层设置在p型半导体层外端的中部；p+型光吸收层的外端面与p型半导体层的外端面平齐；p+型光吸收层的外端面上设置有二氧化硅抗反射膜；所述二氧化硅抗反射膜的外侧面上设置有氮化硅抗反射膜；所述阳极电极穿过二氧化硅抗反射膜及氮化硅抗反射膜的中部的通孔，与p+型光吸收层的外端面固定。

2.根据权利要求1所述的一种高探测效率的单光子雪崩二极管，其特征在于：所述浅沟槽隔离层的材质为二氧化硅；所述的p-衬底层及p外延层均为P型半导体硅；所述的n+埋层、n型电荷层、反型深n阱及n阱层均为p外延层掺杂磷离子得到；所述的p型电荷层、p-型半导体层及p型半导体层均为p外延层掺杂硼离子得到；所述的n+型半导体层为p型半导体层掺杂磷离子得到；所述的p+型光吸收层为p型半导体层掺杂硼离子得到；n+埋层的磷离子浓度小于n型电荷层的磷离子浓度。

3.根据权利要求1所述的一种高探测效率的单光子雪崩二极管，其特征在于：呈圆环形的n阱层与n型电荷层、反型深n阱、p型电荷层及p-型半导体层通过p外延层隔开。

4.根据权利要求1所述的一种高探测效率的单光子雪崩二极管，其特征在于：所述p型半导体层的直径等于p外延层的直径。

5.根据权利要求1所述的一种高探测效率的单光子雪崩二极管，其特征在于：所述n+型半导体层的内径大于n阱层的内径；n+型半导体层的外径小于n阱层的外径。

6.根据权利要求1所述的一种高探测效率的单光子雪崩二极管，其特征在于：所述p+型光吸收层的直径等于p型电荷层的直径。

7.如权利要求1所述的一种高探测效率的单光子雪崩二极管的制作方法，其特征在于：步骤一、采用硼离子对一块半导体硅进行均匀掺杂，形成p-衬底层；在p-衬底上进行多次外延生长，形成p外延层雏形体；在p外延层雏形体内掺杂磷离子，形成n+埋层；

步骤二、在n+埋层外端面中心处与p外延层雏形体外端面之间掺杂磷离子，形成n型电荷层；

步骤三、在n型电荷层外端面与p外延层雏形体外端面之间掺杂磷离子，形成反型深n阱；在反型深n阱的外端面与p外延层雏形体外端面之间掺杂硼离子，形成p型电荷层；

步骤四、在p型电荷层的外圆周处掺杂硼离子，形成p-型半导体层；

步骤五、在n+埋层的外端面边缘处与p外延层雏形体外端面之间掺杂磷离子，形成n阱层；

步骤六、在p型电荷层、p-型半导体层、n阱层的外端面与p外延层雏形体的外端面之间掺杂硼离子，形成p型半导体层雏形体；

步骤七、在p型半导体层雏形体上的一个圆环区域上掺杂磷离子，形成n+型半导体层；之后，在n+型半导体层的内侧及外侧分别刻蚀出同轴的两个环形槽；在两个环形槽内注入二氧化硅，形成浅沟槽隔离层；

步骤八、在p型半导体层雏形体外端面的中部掺杂硼离子，形成与p型电荷层同轴设置的p+型光吸收层；

步骤九、将阴极电极固定到n+型半导体层的外端面上；将阳极电极固定到p+型光吸收层的外端面上；之后，在p+型光吸收层上覆盖二氧化硅薄膜，并在二氧化硅薄膜上覆盖氮化硅薄膜。