[发明专利]倒装型可见光增敏硅基雪崩光电二极管阵列的制备方法

说明书

本发明公开了一种倒装型可见光增敏硅基雪崩光电二极管阵列的制备方法，具体步骤包括在硅基衬底下表面制备器件的阳极；在所述硅基衬底上表面刻蚀出阵列排布的隔离沟道并进行填充；在硅基衬底上腐蚀出阵列排布的凹槽，在所述凹槽内分别制备绝缘层、阴极、非耗尽层、倍增层和场控层；在场控层表面和硅基衬底表面同时沉积吸收层；在吸收层表面制备增透膜。本发明提出的通过MOEMS工艺和半导体材料生长相结合的方法制备倒装型可见光增敏硅基雪崩光电二极管阵列，可以提高器件的集成度和可靠性，以及改善电极的欧姆接触。

技术领域

本发明涉及光电领域，尤其是涉及一种倒装型可见光增敏硅基雪崩光电二极管阵列的制备方法。

背景技术

传统SACM型硅基APD通过减小耗尽层的厚度增强可见光的量子效率，但是在实际工艺中吸收层的厚度只能达到0.01μm，量子效率提升有限。倒装型可见光增敏硅基APD阵列的电极在器件耗尽层的底部，而且阴极处于耗尽层与衬底层之间。通过传统的半导体材料生长技术可完成芯片的生长和中间夹层电极的制作，但是后续阵列的分割会对芯片结构及电极造成损伤，产量也会下降，不利于批量生产。利用传统的半导体材料生长技术无法同时实现中间夹层电极和阵列的制作。

发明内容

针对利用传统半导体材料生长工艺无法同时实现倒装型可见光增敏硅基APD阵列的夹层电极制作和阵列分割的问题，本发明提出一种倒装结构的可见光增敏硅基雪崩光电二极管的制备方法。

为实现本发明的目的，采用以下技术方案予以实现：

一种倒装型可见光增敏硅基雪崩光电二极管阵列，所述雪崩光电二极管为SACM型APD，包括衬底以及设于衬底底部的阳极，所述衬底上表面设有凹槽，所述凹槽中自下而上依次包括：阴极、非耗尽层、倍增层和场控层，且阴极、非耗尽层、倍增层和场控层侧面与所述部分衬底之间绝缘，阴极底部与所述衬底之间绝缘；所述场控层上覆有吸收层，且所述吸收层与所述部分衬底相接；所述衬底为p⁺型硅片；所述非耗尽层为n⁺型硅外延层；所述倍增层为π型的硅外延层；所述场控层为p型的硅外延层；所述吸收层为π型硅外延层。

传统硅基APD的结构依次由n型非耗尽层，p型倍增层，p型场控层，p型吸收层和p型衬底层构成。然而在可见光波段，硅材料的吸收率高，可见光的光子在硅材料中的传播距离短，光子入射到APD光敏面后，在耗尽层与倍增层基本被完全吸收，很难到达吸收层，所以传统可见光APD的量子效率非常低。

本发明提出的倒装型可见光增敏硅基雪崩光电二极管(APD)阵列的结构，将吸收层设计在器件的表层，从而使入射的可见光全波段在表层被充分的吸收，同时器件的阳极和阴极均位于器件的底部，增加了器件的光敏面，从而提高器件的量子效率及对可见光的灵敏度。其工作过程是，在反向偏压的作用下，光照射在硅基APD表面，入射光透过增透膜直接照射吸收层，硅材料对可见光的吸收系数大，可见光在硅材料中传播距离很短，在吸收层直接被吸收，而其它长波段的光将透过吸收层向下传播，当入射光的光子能量大于硅的禁带宽度时，在吸收层中入射的可见光光子能量被吸收产生电子-空穴对，电子沿着电场方向向n型扩散，空穴向p型扩散，当反向偏压足够大时将引起载流子的雪崩倍增，形成大的反向电流，进而实现光电转换。

优选地，所述衬底的掺杂浓度为10¹⁵～10³⁰cm^-3；所述非耗尽层的掺杂浓度为10¹⁵～10³⁰cm^-3；所述倍增层的掺杂浓度为10¹²～10¹⁵cm^-3；所述场控层的掺杂浓度为10¹⁶～10¹⁸cm^-3；所述吸收层的掺杂浓度为10¹²～10¹⁵cm^-3。

进一步地，所述吸收层上还覆有增透膜。优选增透膜厚度为0.1～20μm。