[发明专利]雪崩光电探测器(变型)及其制造方法(变型)

说明书

本发明涉及雪崩光电探测器(APD)，该APD能够记录微弱光信号，并且能够用于LiDAR、通信系统、机器视觉、机器人、医学、生物学、环境监测等。要求保护的APD包括晶片，该晶片承载将要检测的光信号转换为自由电荷载流子电流的光电转换器和该电流的至少一个雪崩放大器，放大器包括两层‑‑接触层和倍增层，其中倍增层形成在整个导电晶片上。至少一个雪崩放大器的接触层形成在倍增层的某一区域中，同时在接触层外部，倍增层作为光电转换器起作用。因此，已由光电转换器引发的光载流子将不受阻碍、高效地进入雪崩放大器的倍增区，这使仪器具有更高的阈值灵敏度。具有从晶片渗出的较少暗电流并抑制来自相邻雪崩放大器的光电通信噪声的光电探测器的变型使得制造多通道雪崩仪器成为可能，该多通道雪崩仪器的阈值灵敏度是常规APD的阈值灵敏度的数倍，尤其是在过度背景照明的情况下，过度背景照明是车载LiDAR的典型情况。

技术领域

本发明涉及能够检测微弱光信号的雪崩光电探测器(APD)。这样的APD广泛用于LiDAR、通信系统、机器视觉、机器人、医学、生物学、环境监测等。

背景技术

常规的雪崩光电探测器(APD)包括多个半导体材料层，所述多个半导体材料层一个接一个地放置在半导体晶片上。

一组半导体层形成光电转换器，在光电转换器中，信号光子被吸收以产生自由电荷载流子，即电子或电子空穴。这些光产生的电荷载流子然后进入另一组半导体层，即雪崩放大器，在雪崩放大器内部形成电场强度足够高以使电荷载流子雪崩式倍增的区域。

阈值灵敏度是APD的主要参数，并且取决于光电转换器和雪崩放大器两者的特性。

阈值灵敏度在很大程度上受到雪崩放大器的暗电流的限制，该暗电流主要是由光载流子的雪崩式倍增所需的高强度场引起的。

为了减小雪崩放大器的暗电流，从而提高APD的阈值灵敏度，可以使雪崩放大器所占的面积相对于光电转换器所占的面积更小。

可以例如在根据专利US 9,035,410和RU 2,641,620的雪崩光电探测器中看到这方面的例子，上述专利公开了这样的结构：包括两层(接触层和倍增层)的雪崩放大器和光电转换器两者彼此靠近地位于同一晶片上，并且光电转换器的面积大于放大器的面积。

在根据专利RU 2,641,620的APD中，倍增层由导电类型与信号光电转换器的导电类型相同的半导体材料制成，面向晶片并直接与自主光电转换器邻接，这允许减少由通过外部电路从光电转换器传输到雪崩放大器的光载流子引起的过度暗噪声(参见US 9,035,410)。

主要缺点是使倍增层独立于光电转换器阻碍了光电转换器层中产生的光载流子到达倍增层，从而导致成倍的光信号损失。这导致阈值灵敏度下降，该阈值灵敏度是光电探测器的基本参数。

本发明的目的是制造具有高阈值灵敏度的雪崩光电探测器(APD)，该APD将不受光载流子从光电转换器到雪崩放大器的低效传输的限制。此外，所提出的APD实施例之一将具有来自相邻区域的较少暗电流。最后，在多个这样的放大器用于同一APD的情况下，要求保护的APD设计产生来自相邻雪崩放大器的更少干扰噪声。

通过解决所有这些问题，将有可能提高作为APD的基本参数的阈值灵敏度。

发明内容

要求保护的发明包括雪崩光电探测器(APD)以及用于制造该APD的方法，其允许通过将倍增层全部放置在导电晶片上方来使光载流子从光电转换器到雪崩放大器的传输更高效。至少一个雪崩放大器的接触层形成在倍增层的某一区域中。因此，接触层外部的倍增层作为光电转换器起作用。结果，已在光电转换器中被引发的光载流子将无阻碍地进入雪崩放大器的倍增区域。雪崩光电探测器的第一电极和第二电极分别放置在接触层和晶片上。