[发明专利]一种基于分形纳米线表面结构的Si-APD光电探测器及制备方法

权利要求书

1.一种基于分形纳米线表面结构的Si-APD光电探测器，其特征在于，包括：分形纳米线表面结构进光层P+区，位于分形纳米线表面结构进光层P+区下方的本征吸收层π区、位于本征吸收层π区下方的雪崩倍增层P区、位于雪崩倍增层P区下方的电极接触层N+区、位于本征吸收层π区两侧下方的保护环即N区、设置在分形纳米线表面结构进光层P+区上表面的上端电极以及电极接触层N+区下表面的下端电极；所述分形纳米线表面结构进光层P+区具有以随机分形分布的垂直硅纳米线的表面结构；

所述分形纳米线表面结构进光层P+区的纳米线长度为2.6±0.3μm，表面覆盖率为50-60％，纳米线间最大孔直径范围为150-200nm；

所述分形纳米线表面结构进光层P+区掺杂浓度范围为1×10¹⁵/cm³～1×10¹⁷/cm³，层厚1.2-10um；本征吸收层π区掺杂浓度范围为1×10¹⁴/cm³～5×10¹⁴/cm³，层厚10-20um；雪崩倍增层P区掺杂浓度范围为1×10¹⁵/cm³～5×10¹⁵/cm³，层厚0.1-6.5um；电极接触层N+区掺杂浓度范围为1×10¹⁷/cm³～1×10¹⁹/cm³，层厚0.1-1um；

所述基于分形纳米线表面结构的Si-APD光电探测器的制备方法，包括如下步骤：

a)预备表面清洁、干燥的硅单晶片衬底材料；

b)将硅单晶片研磨抛光，并在衬底正面氧化生长1um-2um的SiO₂膜层；

c)在SiO₂膜层表面旋涂上一层光刻胶，并利用掩模图形对光刻胶图形化，在SiO₂膜层上光刻出保护环N区图形区域，去除未被保护的SiO2膜层形成保护环N区窗口；

d)对扩散窗口进行磷扩散或离子注入形成保护环N区，掺杂浓度范围为1×10¹⁴/cm³～2×10¹⁷/cm³，保护环N区的结深为1.5um～3.5um，接着去除表面光刻胶；

e)在SiO₂膜层表面旋涂上一层光刻胶，并利用掩模图形对光刻胶图形化，在SiO₂膜层上光刻出雪崩倍增层P区图形区域，去除未被保护的SiO2膜层形成雪崩倍增层P区窗口；

f)对扩散窗口进行硼扩散或离子注入形成雪崩倍增层P区，掺杂浓度范围为1×10¹⁵/cm³～5×10¹⁵/cm³，雪崩倍增层P区的结深为0.1～6.5um，接着去除表面光刻胶；

g)在SiO₂膜层表面旋涂上一层光刻胶，并利用掩模图形对光刻胶图形化，在SiO₂膜层上光刻出电极接触层N+区图形区域，去除未被保护的SiO2膜层形成电极接触层N+区窗口；

h)对扩散窗口进行磷扩散或离子注入形成电极接触层N+区，掺杂浓度范围为1×10¹⁷/cm³～1×10¹⁹/cm³，电极接触层N+区结深为0.1-1um，接着去除表面光刻胶；

i)进光层P+区离注入，形成进光层高浓度掺杂，注入粒子浓度为1×10¹⁵/cm³～1×10¹⁷/cm³，进光层P+区的结深为1.2-10um；

j)激光退火，还原材料特性；

k)使用高纯度金颗粒，通过电子束蒸发在室温下将2-3nm金层沉积到P+层上，通过在氢氟酸和H₂O₂的水溶液中蚀刻样品来形成Si分形纳米线表面结构，通过KI浸除器件表面Au；

l)制备上端电极和下端电极，最终形成基于分形纳米线表面结构的Si-APD光电探测器。