CN102024863B - 高速增强型紫外硅选择性雪崩光电二极管及其制作方法 - Google Patents

高速增强型紫外硅选择性雪崩光电二极管及其制作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102024863B
CN102024863B CN 201010502614 CN201010502614A CN102024863B CN 102024863 B CN102024863 B CN 102024863B CN 201010502614 CN201010502614 CN 201010502614 CN 201010502614 A CN201010502614 A CN 201010502614A CN 102024863 B CN102024863 B CN 102024863B
Authority
CN
China
Prior art keywords
octagon
trap
inject
photodiode
anode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN 201010502614
Other languages
English (en)
Other versions
CN102024863A (zh
Inventor
金湘亮
赵永嘉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen Aixiesheng Technology Co Ltd
Original Assignee
Xiangtan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xiangtan University filed Critical Xiangtan University
Priority to CN 201010502614 priority Critical patent/CN102024863B/zh
Publication of CN102024863A publication Critical patent/CN102024863A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102024863B publication Critical patent/CN102024863B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

本发明公开了一种高速增强型紫外硅选择性雪崩光电二极管及制作方法。所述光电二极管包括P型衬底，P型衬底上设有n阱，n阱上的感光窗口为正八边形同心环或多个正八边形同心环的阵列排布，同心环的掺杂类型为n型和p型相间。本发明的光电二极管具有灵敏度高、响应度好、选择性好的优点。

Description

高速增强型紫外硅选择性雪崩光电二极管及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种雪崩光电二极管，特别涉及一种高速增强型紫外硅选择性雪崩光电二极管及其制作方法。
技术背景
目前使用的光电二极管主要包括两大类型：光电发射型光电二极管，包括中空管光电二极管，光电倍增管和微通道感光片（MCP）；半导体型光电二极管，分为光电流型的和光电导型的，其中光电流型的分为p-n结型，肖特基势垒型和图像传感器，p-n结型又分为紫外增强型光电二极管，紫外选择性光电二极管等。光电导型的包括GaAs，GaN，AlGaN。
紫外选择型气体放电管在火焰探测中广泛的应用。它由两个金属电极，被封装在石英玻璃管中，管中充满了氢或氢和氖在低压下的混合物。这种管子有很好的选择性。光倍增管在测量少量辐射时有优势，它由一个内建电子电钮放大器，一个阳极倍增极组成。微通道感光片由一个二维的阵列组成，包括数以万计直径很小的玻璃毛细管融合在一起，被切成很薄的原片状。由于上述的结构特点，光电发射探测器存在很多缺点，它们价格昂贵，体积大，容易碎；它们易疲劳和老化，使得它们的灵敏度降低；它们要避免高密度的辐射，储存时需放在阴暗处；它们需要外加很高的反偏电压。这些缺点使得它们的应用受到了限制。
半导体型光电二极管分为两种基本类型，光电导型和光电流型。光电导型光电二极管的制作存在很多技术上的问题，因而很少被应用。光电流探测器如条纹状光电二极管，采取表面特殊几何形状的优势，将单个P+掺杂区改成了条纹状掺杂区，使光电二极管的量子效率增大。图1为条纹状光电二极管的结构图，图中102为n阱，101为P+掺杂区。该结构的光吸收区位于P+区101周围和正下方。总的光生电流为各个条形结构产生的光电流的和。然而这种结构还是不能满足社会对高量子效率的需求
宽能带间隙半导体如SiC，GaN，GaP，AlN，ZnS和钻石等，这些材料很难用于工艺过程，晶体质量也不如Si，价格昂贵，不稳定，并且不能与微电子工艺兼容。这些缺陷限制了它们的发展。6H多晶SiC的低灵敏度，低光电流与暗电流比率和低温度稳定性限制了它们在一些技术领域的应用。
本专利中描述了一种新型的紫外光电二极管结构，该二极管采取正八边形同心环状结构阵列排布的感光区，从而提高了紫外光电二极管选择性、量子效率、响应度等参数性能。
发明内容
为了解决现有光电二极管存在的技术问题，本发明提供了一种灵敏度高、响应速度快的高速增强型紫外硅选择性雪崩光电二极管及其制作方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案包括以下步骤：
在P型硅衬底上注入一层n阱；
P型硅衬底上注入两个P+掺杂区；
在n阱内靠近P型衬底上的P+掺杂区注入两个N+掺杂区；
在n阱上用正八边形同心环掩模板掩盖，光刻出正八边形环形窗口，进行硼离子注入，高温退火，激活硼离子，形成正八边形同心环状P+阳极；
在正八边形同心环状P+阳极周围注入P阱，形成正八边形pn结；
在整个器件的上表面生长了一层氧化层；
通过蒸发镀Al膜的方法在器件表面生成一层铝层，再通过光刻光刻出铝电极。
上述的高速增强型紫外硅选择性雪崩光电二极管的制作方法中，所述P+阳极的高度为0.14um。
本发明的技术效果在于：1)本发明采用同心正八边形结构和同心正八边形结构的阵列排布，使光电二极管的耗尽层面积增加，即增加了感光面积，使得紫外光能够得到更好的吸收，提高了紫外光的响应度，表面抗反射层的引入增加了紫外光的透射系数，提高了紫外光的响应度。2)本发明中正八边形同心环结构的掺杂类型不同，间距较小，载流子的扩散时间缩短，提高了响应速度3)本发明中PN结均为浅结，由于紫外光的波长较短，其吸收峰在器件的近表面处，而可见光和近红外光的波长较长，其吸收峰在器件较深处，所以浅结的制备使紫外光在表面处得到有效吸收而可见光和近红外光在深结处吸收，可见光和近红外光产生的载流子得到有效的复合，提高了选择性。4)本发明在感光区侧边制作有掺杂浓度低于P+区的P阱，提高了感光区边缘的击穿电压。
附图说明
附图1为现有条纹状光电二极管的结构图。
附图2为本发明中单个的正八边形感光区的外观形状。
附图3为本发明中单个的正八边形同心环状感光区内部整体的结构图。
附图4为本发明中正八边形同心结构的阵列分布。
附图5为本发明中的测试电路。
附图6为本发明中正八边形同心环状结构掩膜版。
附图7为本发明中正八边形感光区的工艺步骤图1。
附图8为本发明中正八边形感光区的工艺步骤图2。
具体实施方式
以下将参照附图2-6对本发明作详细的说明：
图2为单个的正八边形感光区的外观形状，图中P+区201,203和n-well202,204之间形成的pn结为光吸收区。单个正八边形感光区的外观形状所包含的同心环的数量不以图中所画为标准，可以包括更多的正八边形同心环。
图3为根据本发明实施方式的单个正八边形同心环状感光区内部整体的结构图，虚线框内是正八边形同心环结构感光区。N阱中的P+区为结构的阳极，N+区为结构的阴极。P衬底中P+区为衬底的读出电极。正八边形同心环区域内P+掺杂区周围311制作有P阱，作为保护环，每个P+区两边的P阱为对称分布，本发明的特征在于正八边形同心环结构。图2为单个的正八边形同心环感光区外观形状，图中201，203为P+掺杂区，202，204为n-well。附图3为单个正八边形同心环感光区完整的内部结构，其特征在于在P型衬底301注入一层n阱，注入两个P+掺杂区303和310，在n阱302内注入两个N+掺杂区304和309，四个P+掺杂区305，306，307，308，其中305，308为同一个正八边形环形同一环的P+掺杂区，306，307也为同一个正八边形环同一环的P+掺杂区，形成四个正八边形pn结，在p+掺杂区305，306，307，308周围注入P阱311，整个器件结构的上表面生长了一层氧化层312。正八边形感光区313由305，306，307，308四个P+掺杂区构成，其中P+区305，308对应于附图2中P+掺杂区的201，P+区306，307对应于附图2中p+掺杂区203。光电子产生后在P+区305，306，307，308与n-well形成的pn结处分离，n-well收集电子，P+收集空穴，空穴通过P+区305，306，307, 308上的电极读出，电子在N+区304, 309收集后，通过N+区上的电极读出。N-well 302和p-sub 301之间形成的pn结促进了紫外波长以外的光生载流子的再组合，p-sub上的电压通过P+区303，310上的电极加入。
图4为正八边形同心环阵列排布， p+掺杂区401加有负电压， pn结内形成较强的内建电场。有光照射器件表面时，p+掺杂区401的周围及其正下方耗尽层内产生的光生载流子在内建电场的作用下进行分离，形成光生电流。通过测试电路就可以得出光生电流的大小。
图5为测试电路。
图中PD代表需要测试的光电二极管，RL为多晶硅电阻器，VOUT为测试电压。光电二极管的阴极（p衬底）接高电平VPD，阳极（p+区域）接RL一端。RL另一端接地。测试电压VOUT从光电二极管和多晶硅电阻之间引出。激光通过多模光纤放大后射入。
当入射光的波长为638nm时，RL=0.5KΩ，当入射光的波长为400nm时，RL=1 KΩ。
该电路的测试原理是：当无光照时，用参数分析器（HP 4156A）测量出暗电流，计算出此时的测试输出电压。当有光照射时，我们用示波器（HP 54750A）测量电路的瞬时测试输出电压值。用瞬时测试输出电压减去无光照时测试输出电压的差除以RL的值即可得出产生的光电流。再用一个标准的光电二极管测量出入射光的功率。由产生的光电流除以入射光的功率得出响应度。
图6为正八边形同心环掩膜版，601代表遮光部分,602代表通光部分。当用该掩膜版进行光刻时，602所在的区域曝光，经过显影刻蚀等工艺，可以得到正八边形同心环P+掺杂窗口。
单个正八边形感光区的工艺过程：
1.如图7，在p衬底（高2um，浓度为1e14/cm3）801上热生长一层SiO2 (厚度为100~150Å)，其目的是减小p衬底701受到离子注入的损伤。经光刻工艺刻蚀掉702，703，710上的SiO2层，随后在702区进行磷离子注入，在703和710区进行硼离子注入，退火，激活磷离子和硼离子，形成n阱（高1um）702，浓度为1e16/cm3；形成P+阳极（高度为0.14~1um均可）703和710，浓度为1e19/cm3。
2. 如图8，刻蚀掉原来的氧化层，再热生长一层新SiO2 (厚度为100~150Å)。在n阱上用正八边形同心环掩模板掩盖（如图6），光刻出正八边形环形窗口，在正八边形环形窗口处进行硼离子注入，退火，激活硼离子，形成正八边形同心环状P+阳极（高度0.14um），即P+阳极805,806,807,808。区域804,809注入磷离子，形成N+阴极（高0.14um）804，809，浓度为1e19/cm3。
3. 如图3，区域311注入硼离子，形成p阱，浓度为1e17/cm3，作为保护环，防止边缘击穿和分流漏电流。
整个器件工艺过程与单个正八边形感光区的工艺过程的区别仅在于光刻时采取的正八边形同心环状掩膜版由单块换成了多块，光刻出的正八边形同心环状感光区由单个换成了多个。简单的工艺步骤说明如下：
1.P衬底的选取。
2.n阱的制备。
3.在n阱上制作出图4所示的正八边形同心环状结构阵列排布的P+掺杂区以及条纹状的N+掺杂区。
4.在P衬底上制作出条纹状的P+掺杂区。
5.在n-well上的P+阳极两侧制作P阱。
6.电极制备。通过蒸发镀Al膜的方法在器件表面生成一层薄铝层，再通过光刻光刻出铝电极。

Claims (2)

1.一种高速增强型紫外硅选择性雪崩光电二极管的制作方法，包括以下步骤：
在P型硅衬底上注入一层n阱；
P型硅衬底上注入两个P+掺杂区；
在n阱内靠近P型衬底上的P+掺杂区注入两个N+掺杂区；
在n阱上用正八边形同心环掩模板掩盖，光刻出正八边形环形窗口，进行硼离子注入，高温退火，激活硼离子，形成正八边形同心环状P+阳极；
在正八边形同心环状P+阳极周围注入P阱，形成正八边形pn结；
在整个器件的上表面生长了一层氧化层；
通过蒸发镀Al膜的方法在器件表面生成一层铝层，再通过光刻光刻出铝电极。
2.根据权利要求1所述的高速增强型紫外硅选择性雪崩光电二极管的制作方法，所述P+阳极的高度为0.14um。
CN 201010502614 2010-10-11 2010-10-11 高速增强型紫外硅选择性雪崩光电二极管及其制作方法 Active CN102024863B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201010502614 CN102024863B (zh) 2010-10-11 2010-10-11 高速增强型紫外硅选择性雪崩光电二极管及其制作方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201010502614 CN102024863B (zh) 2010-10-11 2010-10-11 高速增强型紫外硅选择性雪崩光电二极管及其制作方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102024863A CN102024863A (zh) 2011-04-20
CN102024863B true CN102024863B (zh) 2013-03-27

Family

ID=43865942

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN 201010502614 Active CN102024863B (zh) 2010-10-11 2010-10-11 高速增强型紫外硅选择性雪崩光电二极管及其制作方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102024863B (zh)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102157600A (zh) * 2011-03-31 2011-08-17 湘潭大学 叉指状紫外增强型选择性硅光电二极管及其制作方法
CN102315237B (zh) * 2011-08-12 2013-06-19 上海中科高等研究院 图像传感器
JP5926921B2 (ja) * 2011-10-21 2016-05-25 浜松ホトニクス株式会社 光検出装置
CN103325880B (zh) * 2013-07-05 2015-10-07 湘潭大学 一种增强型硅基光电二极管及其制作方法
CN103824799B (zh) * 2014-03-05 2016-06-08 上海华虹宏力半导体制造有限公司 对准结构及晶圆
CN104701420B (zh) * 2015-03-19 2016-06-29 中国电子科技集团公司第四十四研究所 硅基紫外增强型光电二极管制作方法
CN107331723B (zh) * 2017-06-29 2019-09-06 艾普柯微电子（上海）有限公司 感光元件及测距系统
CN110289273A (zh) * 2019-06-28 2019-09-27 湖南师范大学 一种具有多指漏极的光电探测器件及其制作方法
CN113311520B (zh) * 2020-02-26 2023-08-01 中移(上海)信息通信科技有限公司 可见光-近红外波段的光波吸收器及其制造方法
WO2023193385A1 (zh) * 2022-04-08 2023-10-12 神盾股份有限公司 光感测元件

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2793238B2 (ja) * 1989-03-31 1998-09-03 株式会社東芝 半導体受光装置及びその製造方法
CN101447524A (zh) * 2008-12-25 2009-06-03 吉林大学 一种穿通效应增强型硅光电晶体管

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT1317199B1 (it) * 2000-04-10 2003-05-27 Milano Politecnico Dispositivo fotorivelatore ultrasensibile con diaframma micrometricointegrato per microscopi confocali
RU2290721C2 (ru) * 2004-05-05 2006-12-27 Борис Анатольевич Долгошеин Кремниевый фотоэлектронный умножитель (варианты) и ячейка для кремниевого фотоэлектронного умножителя
WO2007077286A1 (en) * 2006-01-05 2007-07-12 Artto Aurola Semiconductor radiation detector detecting visible light

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2793238B2 (ja) * 1989-03-31 1998-09-03 株式会社東芝 半導体受光装置及びその製造方法
CN101447524A (zh) * 2008-12-25 2009-06-03 吉林大学 一种穿通效应增强型硅光电晶体管

Also Published As

Publication number Publication date
CN102024863A (zh) 2011-04-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102024863B (zh) 高速增强型紫外硅选择性雪崩光电二极管及其制作方法
US9236519B2 (en) Geiger-mode avalanche photodiode with high signal-to-noise ratio, and corresponding manufacturing process
US10347670B2 (en) Photodetection element
CN105185796B (zh) 一种高探测效率的单光子雪崩二极管探测器阵列单元
RU2290721C2 (ru) Кремниевый фотоэлектронный умножитель (варианты) и ячейка для кремниевого фотоэлектронного умножителя
US5719414A (en) Photoelectric conversion semiconductor device with insulation film
ITTO20090322A1 (it) Fotodiodo operante in modalita' geiger con resistore di soppressione integrato e controllabile ad effetto jfet, schiera di fotodiodi e relativo procedimento di fabbricazione
ITTO20080945A1 (it) Fotodiodo operante in modalita' geiger con resistore di soppressione integrato e controllabile, schiera di fotodiodi e relativo procedimento di fabbricazione
CN110246903B (zh) 低噪声宽光谱响应的单光子雪崩光电二极管及其制作方法
CN103904152B (zh) 光电探测器及其制造方法和辐射探测器
US8227882B2 (en) Light-sensitive component with increased blue sensitivity, method for the production thereof, and operating method
CN107895743B (zh) 单光子雪崩光电二极管探测器的装置和方法
CN108305911A (zh) 吸收、倍增层分离结构的ⅲ族氮化物半导体雪崩光电探测器
CN209804690U (zh) 半导体紫外光光电检测器和紫外辐射检测系统
CN102157600A (zh) 叉指状紫外增强型选择性硅光电二极管及其制作方法
CN109285914B (zh) 一种AlGaN基紫外异质结光电晶体管探测器及其制备方法
CN113937174A (zh) 一种基于选区离子注入的新型碳化硅基横向pn结极紫外探测器及其制备方法
CN106960852B (zh) 具有漂移沟道的紫外雪崩光电二极管探测器及其探测方法
CN117239000B (zh) 一种雪崩光电二极管及其制作方法、单光子探测器
CA2873841A1 (en) Planar avalanche photodiode
CN110676344B (zh) 一种双响应GaN紫外探测器及其制备方法
CN110890436B (zh) 波导型GeSn光电晶体管及其制造方法
CN110289273A (zh) 一种具有多指漏极的光电探测器件及其制作方法
RU2240631C1 (ru) Фотодетектор
CN219677264U (zh) 沟槽电极单光子雪崩阵列、传感器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Zhao Yongjia

Inventor after: Liang Pishu

Inventor after: Liu Wenming

Inventor after: Jin Xiangliang

Inventor before: Jin Xiangliang

Inventor before: Zhao Yongjia

CB03 Change of inventor or designer information
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20180417

Address after: 518101 D, E, 7 building, 3 building, Ting Wei Industrial Park, 6 Baoan District street, Xin'an, Shenzhen, Guangdong

Patentee after: SHENZHEN AIXIESHENG TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Address before: Donkey pond in Hunan province Xiangtan City Yuhu District 411105

Patentee before: Xiangtan University

TR01 Transfer of patent right
CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: 518101 District D and E, 7th Floor, Building 3, Tingwei Industrial Park, 6 Liufang Road, Xin'an Street, Baoan District, Shenzhen City, Guangdong Province

Patentee after: Shenzhen Aixiesheng Technology Co.,Ltd.

Address before: 518101 District D and E, 7th Floor, Building 3, Tingwei Industrial Park, 6 Liufang Road, Xin'an Street, Baoan District, Shenzhen City, Guangdong Province

Patentee before: SHENZHEN AIXIESHENG TECHNOLOGY Co.,Ltd.

CP01 Change in the name or title of a patent holder