[发明专利]单光子雪崩检测器、其使用方法及其制造方法

权利要求书

1.一种单光子雪崩二极管(SPAD)器件，包括：

基于Si的雪崩层，其形成在n型半导体接触层上；

p型电荷片层，其形成在所述雪崩层中或所述雪崩层上，所述p型电荷片层具有面内宽度；

基于Ge的吸收体层，其形成在所述电荷片层和/或所述雪崩层上并与所述电荷片层交叠，所述基于Ge的吸收体层具有面内宽度；

其中，所述基于Ge的吸收体层的面内宽度至少在一个面内方向上大于所述p型电荷片层的面内宽度。

2.根据权利要求1所述的SPAD器件，其中，所述基于Ge的吸收体层的面内宽度在所有面内方向上大于所述p型电荷片层的面内宽度。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的SPAD器件，还包括：

p型半导体接触层，其形成在所述吸收体层上，所述p型半导体接触层具有面内宽度，

其中，所述p型半导体接触层的至少一部分被形成为基本上与所述p型电荷片层的至少一部分对准，其中在它们之间插入有所述基于Ge的吸收体层。

4.根据权利要求3所述的SPAD器件，其中，所述基于Ge的吸收体层的面内宽度至少在一个面内方向上大于所述p型半导体接触层的面内宽度。

5.根据权利要求3所述的SPAD器件，其中，所述基于Ge的吸收体层的面内宽度在所有面内方向上大于所述p型半导体接触层的面内宽度。

6.根据权利要求3所述的SPAD器件，其中，所述基于Ge的吸收体层的面内宽度在所有面内方向上大于所述p型半导体接触层的面内宽度并且大于所述p型电荷片层的面内宽度。

7.根据权利要求3至6中任一项所述的SPAD器件，其中，整个p型半导体接触层被形成为基本上与所述p型电荷片层的至少一部分对准。

8.根据权利要求1至9中任一项所述的SPAD器件，其中，所述基于Ge的吸收体在所述面内方向上具有侧壁并且所述电荷片层在所述面内方向上具有侧边缘，以及以下两者中的任一者：

(a)当所述基于Ge的吸收体具有至少1μm的厚度时，所述电荷片层的侧边缘与所述基于Ge的吸收体的侧壁之间在所述面内方向上的距离至少比所述基于Ge的吸收体的厚度大1μm；或者

(b)当所述基于Ge的吸收体具有小于1μm的厚度时，所述电荷片层的侧边缘与所述基于Ge的吸收体的侧壁之间在所述面内方向上的距离为至少1.0μm。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的SPAD器件，其中，所述电荷片层的侧边缘与所述基于Ge的吸收体的侧壁之间在所述面内方向上的距离为至少5μm。

10.根据权利要求3至7或从属于权利要求3至7中任一项的权利要求8至9中任一项所述的SPAD器件，其中，所述p型半导体接触层在所述面内方向上具有侧边缘并且所述电荷片层在所述面内方向上具有侧边缘，以及以下两者中的任一者：

(c)当所述电荷片的宽度为至少25μm时，所述电荷片层的侧边缘与所述p型半导体接触层的侧边缘之间在所述面内方向上的距离为至少2μm；或者

(d)当所述电荷片的宽度小于25μm时，所述电荷片层的侧边缘与所述p型半导体接触层的侧边缘之间在所述面内方向上的距离为至少1μm。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的SPAD器件，其中，所述电荷片层在距所述基于Si的雪崩层的表面10nm至100nm范围内的深度处具有最大掺杂浓度。

12.一种SPAD阵列，其包括至少1×2布置的SPAD器件，所述SPAD器件各自根据权利要求1至11中任一项所述并且形成在公共衬底上。