[发明专利]一种光栅复合型单光子雪崩二极管及其制作方法

说明书

本发明公开了一种光栅复合型单光子雪崩二极管，包括衬底P‑Sub区；衬底P‑Sub区上设有NBL区；NBL区上设有圆形DN‑Well区；圆形DN‑Well区中间设有N‑Well区，圆形DN‑Well区上表面从外到内依次设有环形N+注入区、第一环形多晶硅栅、第一环形P+注入区、第二环形多晶硅栅、第二环形P+注入区、第三环形多晶硅栅和圆形P+注入区，所述第一环形多晶硅栅、第一环形P+注入区、第二环形多晶硅栅、第二环形P+注入区、第三环形多晶硅栅和圆形P+注入区引出用作阳极；环形N+注入区引出用作阴极。本发明实现了光栅器件与单光子雪崩二极管的复合，极大地扩展了器件的光谱响应范围。

技术领域

本发明涉及光电探测器件领域，特别涉及一种光栅复合型单光子雪崩二极管及其制作方法。

背景技术

单光子雪崩二极管因其具有高增益、高灵敏和工作电压低的优点而被广泛应用于荧光寿命成像、医学诊断和激光测距等领域。单光子探测器件主要有光电倍增管和单光子雪崩二极管等。相比于光电倍增管，基于传统硅基的单光子雪崩二极管能够实现与CMOS信号处理电路的完全集成，极大地改善了系统的信噪比，减小了系统的体积。光子检测概率、光谱响应范围和暗计数率等参数是衡量单光子雪崩二极管性能优劣的关键因素，其直接决定传感器系统的性能。因此，设计具有宽光谱、低暗计数率、高灵敏度和高光子检测概率的单光子雪崩二极管具有重要的意义。

传统单光子雪崩二极管的结构如图1所示。一个重掺杂区域和一个轻掺杂的阱构成了器件的雪崩倍增区域。因此，该器件只能对单一波长的光子进行响应，器件的光谱响应范围窄，多场景的应用受到了极大的限制。尤其是基于CMOS工艺制造的传统单光子雪崩二极管在蓝紫光波段的光子检测概率较低。除此之外，传统器件的雪崩倍增区域与材料的表面区域缺乏良好的隔离设计，材料表面的能级缺陷会导致暗计数率增加，暗计数会导致光子探测不准确，并且会使信号处理电路的设计更为复杂。

综上所述，研究并设计一种具有宽光谱响应、高光子检测概率、低暗计数率和高灵敏度的单光子雪崩二极管对于荧光探测和激光测距等领域具有重要研究意义。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单、光子检测概率高、光谱范围宽和低噪声的光栅复合型单光子雪崩二极管，并提供其制作方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：一种光栅复合型单光子雪崩二极管，包括衬底P-Sub区；

所述衬底P-Sub区上设有NBL区；

所述NBL区上设有圆形DN-Well区；

所述圆形DN-Well区中间设有N-Well区，所述圆形DN-Well区上表面从外到内依次设有环形N+注入区、第一环形多晶硅栅、第一环形P+注入区、第二环形多晶硅栅、第二环形P+注入区、第三环形多晶硅栅和圆形P+注入区，且圆形P+注入区底部与N-Well区相接触；

所述第一环形多晶硅栅、第一环形P+注入区、第二环形多晶硅栅、第二环形P+注入区、第三环形多晶硅栅和圆形P+注入区连接在一起引出用作光栅复合型单光子雪崩二极管的阳极；所述环形N+注入区引出用作光栅复合型单光子雪崩二极管的阴极。

上述光栅复合型单光子雪崩二极管，所述环形N+注入区的外侧和内侧分别设有第一环形浅槽隔离区和第二环形浅槽隔离区，所述第一环形浅槽隔离区的内、外侧分别与环形N+注入区的外侧边缘、圆形DN-Well区的外侧边缘接触；第二环形浅槽隔离区的内、外侧分别与第一环形多晶硅栅的外侧边缘、环形N+注入区的内侧边缘接触。

上述光栅复合型单光子雪崩二极管，所述第一环形多晶硅栅的内、外侧分别与第一环形P+注入区的外侧边缘、第二环形浅槽隔离区的内侧边缘接触；所述第二环形多晶硅栅的内、外侧分别与第二环形P+注入区的外侧边缘、第一环形P+注入区的内侧边缘接触；第三环形多晶硅栅的内、外侧分别与圆形P+注入区的外侧边缘、第二环形P+注入区的内侧边缘接触。