[发明专利]一种近红外单光子阵列探测器及其制备方法

权利要求书

1.一种近红外单光子阵列探测器，其特征在于：

包括衬底层(2)、设置在衬底层(2)上表面的外延层(3)和设置在衬底层(2)下表面的减反层(1)；所述减反层(1)设有间隔分布的多个像元入射窗口(11)和多个第一电极窗口(12)；多个第一电极窗口(12)的底部与衬底层(2)的下表面接触，第一电极窗口(12)内设有像元阴极金属电极；

所述外延层(3)包括自下而上依次生长的缓冲层(31)、吸收层(32)、渐变层(33)、电荷层(34)和帽层(35)；所述缓冲层(31)靠近衬底层(2)；所述帽层(35)远离电荷层(34)的一侧设有钝化层(4)；

所述钝化层(4)上间隔均布多个第二电极窗口(41)和多个第三电极窗口(43)，每个第二电极窗口(41)内侧设有像元阳极金属电极(42)，每个第三电极窗口(43)内侧设有隔离区电极(44)；

所述第二电极窗口(41)和第三电极窗口(43)的深度相同，且底部均位于帽层(35)内；所述帽层(35)与第二电极窗口(41)外侧围成有源扩散区(36)，与第三电极窗口(43)之间围成扩散隔离区(37)；

所述扩散隔离区(37)为台阶结构，其深度与有源扩散区(36)的深度相同。

2.根据权利要求1所述的近红外单光子阵列探测器，其特征在于：

所述扩散隔离区(37)包括自上而下设置的浅层隔离区和深层隔离区，且浅层隔离区的宽度大于深层隔离区的宽度。

3.根据权利要求1或2所述的近红外单光子阵列探测器，其特征在于：

所述有源扩散区(36)为台阶结构，其包括自上而下设置的浅层扩散区和深层扩散区，且浅层扩散区的宽度大于深层扩散区的宽度。

4.根据权利要求3所述的近红外单光子阵列探测器，其特征在于：

所述缓冲层(31)为n+型InP层；

所述吸收层(32)为i型InGaAs层；

所述渐变层(33)为i型InGaAsP层；

所述电荷层(34)为n型InP层；

所述帽层(35)为i型InP层。

5.根据权利要求4所述的近红外单光子阵列探测器，其特征在于：

所述衬底层(2)为n+型InP层；

所述钝化层(4)为二氧化硅或氮化硅。

6.一种权利要求1-5任一所述的近红外单光子阵列探测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，在准备好的衬底层(2)上表面依次生长出外延层(3)，所述外延层(3)包括由下至上依次生长的缓冲层(31)、吸收层(32)、渐变层(33)、电荷层(34)和帽层(35)；

步骤2，在帽层(35)上表面通过ALD薄膜沉积工艺生长出钝化层(4)；

步骤3，将衬底层(2)和外延层(3)固定在支撑装置上，并将衬底层(2)的下表面减薄；

步骤4，采用PECVD气相沉积法在衬底层(2)的下表面生长出减反层(1)后，将生长出减反层(1)的衬底层(2)和外延层(3)从支撑装置上剥离并清洗；

步骤5，在钝化层(4)上光刻多个间隔分布的第二电极窗口(41)和多个第三电极窗口(43)；

步骤6，在第二电极窗口(41)和第三电极窗口(43)的外侧分别加工出台阶结构的有源扩散区(36)和扩散隔离区(37)，所述有源扩散区(36)和扩散隔离区(37)的底部均位于帽层(35)内；

步骤7，洗去原有的钝化层(4)，并在帽层(35)表面、有源扩散区(36)和扩散隔离区(37)内再次生长出钝化层(4)；

步骤8，分别在第二电极窗口(41)和第三电极窗口(43)内侧采用电子束蒸发工艺制备像元阳极金属电极(42)和隔离区电极(44)；

步骤9，在减反层(1)上分别光刻出间隔分布的第一电极窗口(12)和像元入射窗口(11)；

步骤10，采用湿法腐蚀工艺，将第一电极窗口(12)腐蚀至衬底层(2)的下表面；

步骤11，在第一电极窗口(12)内制备出像元阴极金属电极，并对其进行快速退火处理后，即得到近红外单光子阵列探测器。