[实用新型]级联雪崩倍增光电二极管

说明书

本专利公开了一种级联雪崩倍增光电二极管，在衬底上有衬底氧化层，在衬底氧化层上从左到右依次有p型电极层I、p型光吸收层、电场调控层I、雪崩倍增层I、n型过渡层、低杂质浓度的电子行进层、电场调控层II、雪崩倍增层II、n型电极层，p型电极层II内嵌于低杂质浓度的电子行进层区域内，衬底氧化层上依次排列的各层被电场隔离环层环绕包围，电场隔离环层外侧区域有本征层，p型电极层I上有p电极I，p型电极层II上有p电极II，n型电极层上有n电极的构造。本专利的优点在于：本专利构造避免曲率效应，消除边缘击穿，提高稳定性，同时实现多级级联雪崩倍增单片集成，获得很高的稳定增益，且有效抑制空穴雪崩引起的噪声。

技术领域

本专利涉及微光光电探测领域，具体是指一种级联雪崩倍增光电二极管 (雪崩倍增光电二极管，以下简称APD)。

背景技术

在基础科学、航空航天、商用科技领域对APD均有极大的需求。APD具有内部增益，可以达到极高的灵敏度和时间分辨率，使得APD在高能粒子物理、高分辨率的光谱测量、天文测光、生物荧光探测等基础科学领域和航天遥感、高速目标追踪、晨昏轨道探测等航空航天领域，以及光通信、光测距、车载激光雷达系统等关键商用科技领域均有重要的应用。

图3的传统穿通型雪崩倍增光电二极管APD采用各层垂直层叠的构造，构造中电场调制层26需要定制的深埋层工艺，另外在阳极电极18和阴极电极 20之间反向偏置时，高掺杂浓度的N++层22的边缘区域会在曲率效应影响下产生较高的电场强度，N++层22的边缘区域可能会提前于平面区域发生边缘击穿现象。为此，传统穿通型APD必须设计用于防止边缘击穿的耐高压的保护环结构，例如图3中设计的NDwell型保护环25。在过噪声特性方面，已知在原理上电子注入型的APD是有利的。以图3为例，在单级倍增APD构造中，产生较高的增益所需的较高的电场强度会使倍增区27内的空穴与电子的电离系数比k值恶化，结果导致过噪声因子F升高。同时，产生较高的增益所需的较高的电场强度下，在倍增区27内注入电子碰撞电离产生数量过多的空穴载流子和电子载流子，过多的空穴载流子和电子载流子在倍增区27和吸收区28 内产生的空间电荷效应会造成增益饱和现象。

发明内容

本专利的目的在于提供一种级联雪崩倍增光电二极管APD，解决传统穿通型雪崩倍增光电二极管APD的边缘提前击穿、噪声过大以及增益饱和的问题，从而提高雪崩倍增光电二极管APD的性能水平。为了达成上述目的，本专利的级联雪崩倍增光电二极管APD具备防止所述的边缘提前击穿，具备抑制所述噪声和增益饱和的作用。

本专利的技术方案如下：

一种级联雪崩倍增光电二极管，其特征在于，在衬底17上有衬底氧化层 16，在衬底氧化层16上从左到右依次有p型电极层I4、p型光吸收层5、电场调控层I6、雪崩倍增层I7、n型过渡层8、低杂质浓度的电子行进层9、电场调控层II12、雪崩倍增层II13、n型电极层14，p型电极层II11内嵌于低杂质浓度的电子行进层9区域内，衬底氧化层16上依次排列的各层被电场隔离环层2环绕包围，电场隔离环层2外侧区域有本征层1，p型电极层I4上有p电极I3，p型电极层II11上有p电极II10，n型电极层14上有n电极15。

所述n型过渡层8为高杂质浓度的n型区域。

所述低杂质浓度的电子行进层9为低杂质浓度的p型区域。

所述衬底17上衬底氧化层16的厚度为0.1μm～1.0μm。

所述衬底氧化层16上各层的厚度一致，厚度为0.1μm～2.0μm。

本专利的原理如下：