[发明专利]一种单光子雪崩二极管及其制备方法

说明书

本发明公开的一种单光子雪崩二极管，包括P型衬底，位于P型衬底上的高压N阱以及高压N阱之间的P型隔离区；位于高压N阱中的N型注入扩散层和P型注入扩散层；位于N型注入扩散层和P型注入扩散层周围的P型保护环和N型接触端；位于P型隔离区上方的浅沟槽隔离；位于浅沟槽隔离和P型保护环之间的环状P型浮置区，当N型接触端施加工作电压时，P型浮置区的耗尽区和浅沟槽隔离的耗尽区部分重合；且P型浮置区的耗尽区和P型保护环的耗尽区不重合；以及覆盖在高压N阱和浅沟槽隔离上方的介质层。本发明提供的一种单电子单光子雪崩二极管及其制备方法，可以增加二极管中感光面积，进而有效提高单电子单光子雪崩二极管的探测效率。

技术领域

本发明涉及二极管领域，具体涉及一种单光子雪崩二极管及其制备方法。

背景技术

单光子探测是一种极微弱光的探测方法，它所探测到的光的光电流强度比光电检测器本身在室温下的热噪声水平(10-14W)还要低，用通常的直流检测方法不能把这种湮没在噪声中的信号提取出来。单光子探测在高分辨率的光谱测量、非破坏型物质分析、高速现象检测、精密分析、大气测污、生物发光、放射探测、高能物理、天文测光、光时域反射、量子密钥分发系统等领域有着广泛的应用。

典型的单光子雪崩二极管(Single Photon Avalanche Diode，SPAD)由源区P+/N结，高压区，及高压区与高压区之间的隔离三部分组成，这三个组成部分由内到外依次排列；如源区的直径为8微米，高压区大致为6～8微米，高压区与高压区之间的隔离需要8～10微米，感光面积占器件面积的比例大约只有11％左右，大部分都面积由于器件间的隔离。

现有技术中SPAD结构如附图1所述，包括P型衬底12，位于P型衬底12上的高压N阱13以及高压N阱之间的P型隔离区14；位于高压N阱13中的N型注入扩散层11和P型注入扩散层7；位于N型注入扩散层11和P型注入扩散层7周围的P型保护环6和N型接触端5；位于P型隔离区14上方的浅沟槽隔离19；以及覆盖在高压N阱13和浅沟槽隔离19上方的介质层21；该结构在工作过程中的耗尽区示意图如附图2所示；上述SPAD在工作过程中，电极接在N型接触端5上，工作电压V₀至少大于20V，在入射光波长较长和光子吸收效率高时需要更高的电压，可以到40V，甚至100V以上；工作电压V₀完全加在P型隔离区14与高压N阱13上。由于工作电压较大，自然需要高压N阱13和P型隔离区14之间的距离较大，如此一来，二极管中感光面积的比例较小，使得单电子单光子雪崩二极管的探测效率较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种单电子单光子雪崩二极管及其制备方法，通过耗尽区的叠加，使得高压N阱和P型隔离区之间的距离缩小，从而增加二极管中感光面积，进而有效提高单电子单光子雪崩二极管的探测效率。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种单光子雪崩二极管，包括P型衬底，

位于所述P型衬底上的高压N阱以及高压N阱之间的P型隔离区；

位于所述高压N阱中的N型注入扩散层和P型注入扩散层；

位于所述N型注入扩散层和P型注入扩散层周围的P型保护环和N型接触端；

位于所述P型隔离区上方的浅沟槽隔离，所述浅沟槽隔离延伸至高压N阱内部；

位于所述浅沟槽隔离和P型保护环之间的环状P型浮置区，当所述N型接触端施加工作电压时，所述P型浮置区与高压N阱形成的耗尽区和浅沟槽隔离在高压N阱中形成的耗尽区部分重合；且所述P型浮置区与高压N阱形成的耗尽区和P型保护环与高压N阱形成的耗尽区不重合；

以及覆盖在所述高压N阱和浅沟槽隔离上方的介质层。