[发明专利]一种基于深N阱结构的单光子雪崩二极管及其制作工艺

摘要

本发明请求保护一种采用p+n阱型二极管结构，同时引进保护环与深n阱结构以提高单光子雪崩二极管光电探测效率；采用合适的光窗口面积和过偏压，以获得较高的光电探测效率；通过调节其他的工艺和结构参数，可对器件的光电探测效率进行进一步的优化设计。扩散n阱保护环宽度对雪崩击穿特性影响较大，保护环宽度在0.8‑1.5μm时，器件的击穿特性较好；确定好器件的探测效率和击穿电压后，通过对器件的参数进行进一步的优化设计，可以得到较好的频率响应特性。单光子雪崩二极管器件扩散n阱保护环宽度为1μm时，雪崩击穿电压为13.2V。窗口面积直径为20μm，过偏压为1V最大探测效率高达37％；窗口面积直径为10μm，过偏压为1V时最大探测效率高达52％，过偏压为2V时最大探测效率高达55％。

主权项

1.一种基于深N阱结构的单光子雪崩二极管，其特征在于，包括：p衬底层(9)、边n阱层(8)、深n阱层(6)、p+层(5)、中心n阱层(4)、p阱层(3)、p+阳极层(1)及n+阴极层(2)，所述p衬底层(9)在最外层，在p衬底层(9)上的中间位置处设置有深n阱层(6)，在所述深n阱层(6)正上方上设置有中心n阱层(4)，深n阱层(6)的周围设置有边n阱层(8)，在中心n阱层(4)和边n阱层(8)之间有由轻掺杂磷离子扩散而成的n阱间隙层(7)，在中心n阱层(4)的上方为p+层(5)及p+阳极层(1)及n+阴极层(2)，在p+层(5)两侧轻掺杂形成保护环p阱层(3)，其中p+层(5)和中心n阱层(4)形成雪崩倍增区，所述中心n阱层(4)和深n阱层(6)是光吸收主要区域，深n阱层(6)和p衬底层(9)使p+层(5)独立偏置于衬底，p+层(5)和中心n阱层(4)边缘用p阱层(3)与n阱间隙层(7)用作保护环，用于抑制边缘的提前击穿；所述n阱间隙层(7)的宽度范围为调节n阱保护环宽度，分别设置为0.3μm、0.5μm、0.7μm、1.0μm、1.5μm，当扩散n阱保护环宽度gap为0.3或0.5μm时，电压在9V附近时，当扩散n阱保护环宽度gap为0.7μm时，电压在10V附近发生边缘击穿；当扩散n阱保护环宽度gap为1.0或1.5μm时，电流曲线在12.5V，在电压为14V附近时，结中心位置发生雪崩击穿，采用gap为1.0μm；所述光吸收主要区域接收的入射光波长定为680nm，n阱深度设为1.4μm，深n阱厚度设为0.6μm，过偏压最大为2V；当单光子雪崩二极管直径为10um时，采用的过偏压为1V，此时探测效率最高。