[发明专利]基于弧形扩散区的雪崩光电探测器及其制作方法

权利要求书

1.一种基于弧形扩散区的雪崩光电探测器，包括：

一外延结构，该外延结构自下而上包含：N型衬底、吸收层、电荷层、以及本征倍增层；在该本征倍增层中形成有3D碗状开口并在此3D碗状开口下形成有P型高掺杂的弧形扩散区，该3D碗状开口的曲率半径大于15μm，中心点切线水平，扩散的深宽比接近1；

一钝化层，形成于外延结构之上；

一P型电极层，与P型高掺杂的弧形扩散区接触；

一N型电极层，与N型衬底接触；以及

一增透膜，作为光窗口，设置于该雪崩光电探测器的正面或背面，该增透膜的中心与弧形扩散区的曲率中心的连线平行于外延方向，且该光窗口的光场中心区域与高场区在空间上重合。

2.根据权利要求1所述的雪崩光电探测器，还包括：

一填充层，形成于所述3D碗状开口内。

3.根据权利要求2所述的雪崩光电探测器，其中，

所述N型衬底的材料为N型高掺杂InP；和/或，

所述吸收层的材料为本征Ga0.₄₇In0.₅₃As；和/或，

所述电荷层的材料为N型掺杂InP；和/或，

所述本征倍增层的材料为本征InP；和/或，

所述填充层的材料为多晶硅；和/或，

所述增透膜的材料为SiNx；和/或，

所述钝化层的材料为SiNx；和/或，

所述P型电极层的材料为TiPtAu；和/或，

所述N型电极层的材料为AuGeNi。

4.根据权利要求1所述的雪崩光电探测器，其中，所述P型高掺杂的弧形扩散区是在3D碗状开口下方通过P型注入或P型扩散而形成的。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的雪崩光电探测器，其中，所述雪崩光电探测器为如下结构的雪崩光电探测器中的一种：单光子雪崩光电探测器、普通分离吸收电荷倍增结构雪崩光电探测器、分离吸收渐变电荷倍增结构雪崩光电探测器、以及谐振腔增强型结构雪崩光电探测器。

6.一种基于弧形扩散区的雪崩光电探测器的制作方法，包括：

步骤S31：制作一外延结构，该外延结构自下而上包含：N型衬底、吸收层、电荷层、以及本征倍增层；

步骤S32：采用灰度曝光技术和刻蚀技术在本征倍增层中制作一3D碗状开口，并在该3D碗状开口下方进行P型扩散或P型注入形成一P型高掺杂的弧形扩散区，该3D碗状开口的曲率半径大于15μm，中心点切线水平，扩散的深宽比接近1；

步骤S34：在该雪崩光电探测器的正面或背面沉积一增透膜，该增透膜作为光窗口，使该增透膜的中心与弧形扩散区的曲率中心的连线平行于外延方向，且该光窗口的光场中心区域与高场区在空间上重合；

步骤S35：制作一钝化层于外延结构之上；

步骤S36：制作一P型电极层，该P型电极层与P型高掺杂的弧形扩散区接触；以及

步骤S37：制作一N型电极层，该N型电极层与N型衬底接触。

7.根据权利要求6所述的制作方法，在步骤S32之后还包括：

步骤S33：在3D碗状开口内制作一填充层。

8.根据权利要求7所述的制作方法，其中，

所述步骤S34包括：在该雪崩光电探测器的正面沉积第一增透膜作为光窗口，该第一增透膜覆盖于填充层之上，使得该第一增透膜的中心与P型掺杂的弧形扩散区的曲率中心的连线平行于外延方向，且该光窗口的光场中心区域与高场区在空间上重合；

所述步骤S35包括：在本征倍增层表面上第一增透膜之外的区域制作钝化层；

所述步骤S36包括：通过对钝化层覆盖于P型高掺杂的弧形扩散区的区域进行光刻和刻蚀，使得P型高掺杂的弧形扩散区的表面露出，并沉积一环形的P型电极层，使得该P型电极层与P型高掺杂的弧形扩散区的表面露出部分接触，并覆盖部分钝化层，使光窗口位于该P型电极层的中间，且该光窗口的中心与该环形的P型电极层的中心重合。

9.根据权利要求7所述的制作方法，其中，

所述步骤S35包括：在本征倍增层表面上制作钝化层；

所述步骤S36包括：通过对钝化层覆盖于P型高掺杂的弧形扩散区的区域进行光刻和刻蚀，使得P型高掺杂的弧形扩散区和填充层的表面露出，并沉积P型电极层，使得该P型电极层覆盖于P型高掺杂的弧形扩散区和填充层之上；

所述步骤S34包括：在N型电极层上进行光刻和刻蚀过程，并在该雪崩光电探测器的背面沉积第二增透膜作为光窗口，使得该第二增透膜的中心与P型掺杂的弧形扩散区的曲率中心的连线平行于外延方向，且该光窗口的光场中心区域与高场区在空间上重合。