CN109712998A - 具有高短波探测效率的可见光硅增益接收器阵列 - Google Patents

Abstract

具有高短波探测效率的可见光硅增益接收器阵列，属于光电技术领域。解决了现有技术中雪崩光电二极管存在着无法同时满足高蓝光灵敏度、宽波段全覆盖以及高截止频率的问题。本发明的阵列器件，包括多个探测单元、多个隔离区和多个电极引线；多个探测单元按规则排布形成阵列，每个探测单元包括从上至下依次设置的非耗尽层、吸收层、场控层、雪崩层和衬底层，还包括设置在非耗尽层上表面的阳极和透光层，以及设置在衬底层的下表面的阴极；隔离区设置在相邻的两个探测单元之间；电极引线连接多个探测单元之间的电极，连接方式为串联、并联、先串联后并联或先并联后串联。该阵列器件蓝光响应度高、可见光全波段的量子效率高。

Description

具有高短波探测效率的可见光硅增益接收器阵列

技术领域

本发明属于光电技术领域，具体涉及一种具有高短波探测效率的可见光硅增益接收器阵列。

背景技术

雪崩光电二极管(APD)是一种光敏元件，常在光通信领域中使用。在以硅或锗为材料制成的光电二极管的P-N结上加上反向偏压后，射入的光被P-N结吸收后会形成光电流，加大反向偏压会产生“雪崩”(即光电流成倍地激增)的现象，这种二极管被称为“雪崩光电二极管”。

雪崩光电二极管的工作原理是：利用光生载流子在强电场内的定向运动产生雪崩效应，以获得光电流的增益。在雪崩过程中，光生载流子在强电场的作用下高速定向运动，具有很高动能的光生电子或空穴与晶格原子碰撞，使晶格原子电离产生二次电子-空穴对；二次电子和空穴对在电场的作用下获得足够的动能，又使晶格原子电离产生新的电子-空穴对，此过程像“雪崩”似的延续下去。电离产生的载流子数远大于光激发产生的光生载流子数，这时雪崩光电二极管的输出电流迅速增加。高速运动的电子和晶格原子相碰撞，使晶格原子电离，产生新的电子-空穴对。新产生的二次电子再次和原子碰撞。如此多次碰撞，产生连锁反应，致使载流子雪崩式倍增。

现有技术，传统硅基APD的结构依次由n型非耗尽层、p型雪崩层、p型场控层、p型吸收层和p型衬底层构成。由于硅材料在可见光波段的吸收率高，可见光的光子在硅材料中的传播距离短。光子入射到APD光敏面后进入硅中，在非耗尽区被吸收产生光生载流子，光生载流子运动到耗尽层，在雪崩区，在高反偏电压下产生雪崩效应，对光生电流进行放大。目前的硅APD针对红光波段进行了优化，有高的量子效率，但在蓝光波段，由于结构未针对蓝光进行优化，光生载流子到达耗尽层的数目少，所以传统可见光硅APD的蓝光短波长量子效率低，响应度低。在可见光通信等系统的应用中，现有的APD器件存在着无法同时满足高蓝光灵敏度、宽波段全覆盖以及高截止频率等瓶颈问题，严重制约了相关应用领域的发展。

发明内容

有鉴于此，本发明为解决现有技术中APD存在着的无法同时满足高蓝光灵敏度、宽波段全覆盖以及高截止频率的技术问题，提供一种具有高短波探测效率的可见光硅增益接收器阵列。

本发明解决上述技术问题采取的技术方案如下。

本发明提供一种具有高短波探测效率的可见光硅增益接收器阵列，该阵列器件包括多个探测单元、多个隔离区和多个电极引线；

所述多个探测单元按规则排布形成阵列，每个探测单元包括阳极、非耗尽层、吸收层、场控层、雪崩层、衬底层、阴极和透光层；场控层、吸收层和非耗尽层从下至上依次设置在雪崩层的上表面上；透光层和阳极均设置在非耗尽层的上表面上，阳极的下表面与非耗尽层的上表面接触，透光层的下表面全部与非耗尽层接触或者一部分与非耗尽层接触，剩余部分与阳极的上表面接触；衬底层设置在雪崩层的下表面上；阴极设置在衬底层的下表面上，阴极全覆盖或者部分覆盖衬底层的下表面；

所述隔离区设置在相邻的两个探测单元之间，将相邻的两个探测单元隔离；

所述电极引线设置在隔离区上表面、隔离区下表面或贯穿隔离区，电极引线连接多个探测单元之间的电极，连接方式为串联、并联、先串联后并联或先并联后串联。

进一步的，所述探测单元的形状为正方形、多边形、矩形或圆形。

进一步的，所述阳极和阴极的形状分别为外环形、单条形、多条形、圆形、内圆环形、内多边形中的一种或几种的结合。

进一步的，所述阳极、阴极和电极引线的材料分别为Au、Ag、Cu、Al、Cr、Ni、Ti中的一种或几种的合金。

进一步的，所述非耗尽层为高掺杂p+型硅，厚度为0.01-0.5微米，掺杂浓度为10¹⁷-10¹⁹cm^-3；吸收层为p型硅，厚度为1-10微米，掺杂浓度为10¹⁵-10¹⁶cm^-3；场控层为p型硅，厚度为0.1-1.0微米，掺杂浓度为10¹⁶-10¹⁸cm^-3；雪崩层为p型硅，厚度为0.1-0.5微米，掺杂浓度为10¹⁵-10¹⁷cm^-3；衬底层为高掺杂n+型硅，厚度为5-100微米，掺杂浓度为10¹⁸-10²⁰cm^-3。

所述p型硅掺杂离子为B³⁺，n型硅掺杂离子为P⁵⁺或As⁵⁺。

进一步的，所述透光层由高折射率薄膜、中折射率薄膜和低折射率薄膜中的二种或者三种交替排列组成，共二至九层；其中，高折射率薄膜材料为CeO₂、ZrO₂、TiO₂、Ta₂O₅、ZnS、ThO₂中的一种或几种的组合，中折射率薄膜材料为MgO、ThO₂H₂、InO₂、MgO-Al₂O₃中的一种或几种的组合，低折射率薄膜材料为MgF₂、SiO₂、ThF₄、LaF₂、NdF₃、BeO、Na₃(AlF₄)、Al₂O₃、CeF₃、LaF₃、LiF中的一种或几种的结合。

进一步的，所述隔离区的材料为聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、环氧树脂或SiO₂。

本发明提供的具有高短波探测效率的可见光硅增益接收器阵列的工作原理是：

在本发明的阵列的阴极和阳极间施加反向偏压，当光照射在阵列的光敏面时，可见光波段光子通过非耗尽层到达吸收层，光子被吸收，长波谱段的光将透过吸收层向下传播，被吸收的光子产生光生载流子(非平衡载流子)，在电场作用下，光生载流子运动到耗尽区，当反向偏压足够大时将引起载流子在雪崩层产生雪崩倍增的效果，电子向n型衬底层加速运动到达阴极，空穴向p型非耗尽层运动到达阳极，使反向电流增大，使得阵列对可见光的量子效率增加。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供的具有高短波探测效率的可见光硅增益接收器阵列，通过吸收层与雪崩层位置互换，可以实现阵列对蓝光响应度的提高，同时提高可见光全波段的量子效率。

本发明提供的具有高短波探测效率的可见光硅增益接收器阵列，采用双面电极结构，电极采用多边形、圆形或环形的电极形状，可以使器件的电场分布更加均匀，保护器件不易被击穿，而且可以提高器件的量子效率。

本发明提供的具有高短波探测效率的可见光硅增益接收器阵列，将探测单元规则排列形成阵列器件，由于阵列的截止频率与光敏面面积成反比，灵敏度与光敏面面积成正比，本发明的阵列使每个探测单元的光敏面积减小，结电容变小，从而使得器件的截止频率得到提高，而器件整体的光敏面积并未改变，所以阵列化后不影响器件的灵敏度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些具体实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1a为本发明的阵列的并联结构纵向剖面图，图1b为本发明的阵列的串联结构纵向剖面图，图1c-1和图1c-2分别为本发明的阵列的先并联再串联结构左视纵向剖面图和主视纵向剖面图，图1d-1、图1d-2和图1d-3分别为本发明的阵列先串联再并联结构主视纵向剖面图、左视纵向剖面图和右视纵向剖面图。图中，1为阳极，2为非耗尽层，3为吸收层，4为场控层，5为雪崩层，6为衬底层，7为阴极，8为透光层，9为隔离区，10为电极引线。

图2中，a-d为本发明的阵列的探测单元的几种典型几何形状。

图3中，a-i为本发明的阵列的探测单元的阳极和阴极的几种典型电极形状；其中，a、b为外环形电极，c为单条形电极，d为多条形电极，e为条形电极与圆形电极相结合，f为内环形电极与条形电极相结合，g为多边内环形与条形电极相结合，h为多边内环形、三条形电极和多边外环形电极相结合，i为多边内环形、双条形和多边外环形电极相结合。

图4a、图4b和图4c为本发明的阵列的探测单元的几种典型排列方式。

图5a为本发明的阵列的探测单元以并联连接方式连接的结构示意图，图5b为本发明的阵列的探测单元以串联连接方式连接的结构示意图，图5c为本发明的阵列的探测单元以先并联再串联的连接方式连接的结构示意图，图5d为本发明的阵列的探测单元以先串联再并联连接方式连接的结构示意图。

图6为本发明的并联阵列制备的工艺流程图，图中，(1)-(18)分别对应步骤一至步骤十八；(1)-(18)均代表主视剖面图。

图7为本发明的串联阵列制备的工艺流程图，图中，(1)-(17)分别对应步骤一至步骤十七；(1)-(17)均代表主视剖面图。

图8为本发明的先并联后串联阵列制备的工艺流程图，图中，(1)-(20)分别对应步骤一至步骤二十；(1)-(11)均代表主视纵向剖面图；(13)、(14)、(15)、(16)均代表左视剖面图；(12)、(17)、(18)、(19)和(20)中，左图代表左视剖面图，右图代表主视剖面图。

图9为本发明的先串联后并联阵列制备的工艺流程图，图中，(1)-(19)分别对应步骤一至步骤十九；(1)-(11)均代表主视纵向剖面图；(12)左图代表主视剖面图，右图代表左视剖面图；(13)、(14)、(15)均代表左视剖面图；(16)、(17)和(18)中，左图代表主视剖面图，右图代表右视剖面图；(19)从上至下依次代表主视剖面图，左视剖面图，右视剖面图。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式提供的具有高短波探测效率的可见光硅增益接收器阵列，包括多个探测单元、多个隔离区9和多个电极引线10。

其中，多个探测单元按规则排布形成阵列，每个探测单元包括阳极1、非耗尽层2、吸收层3、场控层4、雪崩层5、衬底层6、阴极7和透光层8。场控层4、吸收层3和非耗尽层2从下至上依次设置在雪崩层5的上表面上。透光层8和阳极1均设置在非耗尽层2的上表面上，阳极1的下表面与非耗尽层2的上表面接触；透光层8的下表面可以全部与非耗尽层2接触，即透光层8与阳极1均位于同一平面；也可以一部分与非耗尽层2接触，剩余部分与阳极1的上表面接触，即透光层8覆盖阳极1的上表面。衬底层6设置在雪崩层5的下表面上。阴极7设置在衬底层6的下表面上，阴极7全覆盖或者部分覆盖衬底层6的下表面。本实施方式的探测单元的形状可以为圆形、正方形、矩形、多边形或其它形状。阳极1和阴极7的形状可以相同或者不同，均可以为外环形、单条形、多条形、圆形、内圆环形、内多边形或其它形状(如万字型)，或其中的一种或几种形状的结合。

隔离区9设置在相邻的两个探测单元之间，将相邻的两个探测单元完全隔离；隔离区9的作用是防止产生漏电流并为电极引线作支撑。

电极引线10设置在隔离区上表面、隔离区下表面或贯穿隔离区，电极引线连接多个探测单元之间的电极，连接方式为串联、并联、先串联后并联或先并联后串联。

本实施方式的非耗尽层2、吸收层3、场控层4、雪崩层5、衬底层6均通过半导体生长技术制备而成。非耗尽层2为高掺杂p+型硅，厚度为0.01-0.5微米，掺杂浓度为10¹⁷-10¹⁹cm^-3；吸收层3为p型硅，厚度为1-10微米，掺杂浓度为10¹⁵-10¹⁶cm^-3；场控层4为p型硅，厚度为0.1-1.0微米，掺杂浓度为10¹⁶-10¹⁸cm^-3；雪崩层5为p型硅，厚度为0.1-0.5微米，掺杂浓度为10¹⁵-10¹⁷cm^-3；衬底层6为高掺杂n+型硅，厚度为5-100微米，掺杂浓度为10¹⁸-10²⁰cm^-3。其中，p型硅掺杂离子为三价态B离子，n型硅掺杂离子为五价态P离子或五价态As离子。

探测单元上的阳极1、阴极7以及探测单元外的电极引线10的材料均可以为Au、Ag、Cu、Al、Cr、Ni、Ti等中一种或者几种的合金。透光层8由高折射率薄膜、中折射率薄膜和低折射率薄膜中的二种或者三种交替排列组成，共二至九层；其中高折射率薄膜材料可以为CeO₂、ZrO₂、TiO₂、Ta₂O₅、ZnS、ThO₂中的一种或几种的组合，中折射率薄膜材料可以为MgO、ThO₂H₂、InO₂、MgO-Al₂O₃中的一种或几种的组合，低折射率薄膜材料可以为MgF₂、SiO₂、ThF₄、LaF₂、NdF₃、BeO、Na₃(AlF₄)、Al₂O₃、CeF₃、LaF₃、LiF中的一种或几种的结合。本实施方式的隔离区9的材料可以为聚酰亚胺、PMMA、环氧树脂、SiO₂或其它材料。

本实施方式的阳极1、非耗尽层2、吸收层3、场控层4、雪崩层5、衬底层6、阴极7和透光层8的厚度没有特殊限制，根据实际需要选择，或领域常用厚度皆可；隔离区10的的纵截面可以为矩形或者倒梯形。

具体实施方式二至八为具体实施方式一的具有高短波探测效率的可见光硅增益接收器阵列的制作方法。本发明提供的具有高短波探测效率的可见光硅增益接收器阵列的制作方法采用的是具有较高的集成度和批量化的MOEMS技术与半导体材料生长技术相结合。在器件质量上，实现了APD外延片上探测单元的原位分割，保证了单元分布的均匀性和一致性；在制作周期上，采用的集成制备工艺，提高了工作效率，而且适合大阵列的批量制作；在探测单元的光接收方面，由于在阵列表面制备增透膜，减少了光的反射，提高了光的接收率。

具体实施方式二、针对并联电极结构阵列器件，并且透光层8与阳极1均位于同一平面的结构，结合图6说明本实施方式，基本工艺步骤如下：

步骤一、选取高掺杂的n+型硅片作为阵列的衬底材料，进行清洁处理；杂质为P、As等五价态元素，厚度为5-20微米、掺杂浓度为10¹⁸-10²⁰cm^-3。

步骤二、通过气相外延(VPE、CVD)或分子束外延(MBE)等技术在衬底材料上沉积硅外延层，作为阵列的雪崩层5；生长的外延材料为低掺杂浓度和低缺陷的硅，厚度为0.1-0.5微米，掺杂浓度为10¹⁵-10¹⁷cm^-3。

步骤三、利用气相外延或分子束外延的方法在雪崩层5上生长一层厚度为0.1-1.0微米，掺杂浓度为10¹⁶-10¹⁸cm^-3的p型Si场控层4。

步骤四、场控层4制备完成后，利用气相外延或分子束外延方法在场控层4上生长一层厚度为1-5微米，掺杂浓度为10¹⁵-10¹⁶cm^-3的p型Si基吸收层3。

步骤五、在吸收层3的表面，利用气相外延或分子束外延的方法在吸收层3的上表面生长一层厚度为0.01-0.5微米，掺杂浓度为10¹⁷-10¹⁹cm^-3的p+型Si基非耗尽层2。

步骤六、通过热处理、活性离子束法、光学清洁处理或者化学清洁处理的方法对生长非耗尽层2后的外延片进行清洁处理，然后在非耗尽层2的上表面制备SiO₂层。

步骤七、在外延片表面旋涂光刻胶，通过光刻工艺制备出掩膜图形，利用化学腐蚀或者干法刻蚀方法去除多余的SiO₂。

步骤八、通过湿法腐蚀、干法刻蚀或者机械方法等形成隔离区域，隔离区域的深度为1μm-20μm，宽度为5μm-1mm。

步骤九、利用去胶剂去除光刻胶，然后利用湿法腐蚀或干法刻蚀去除SiO₂掩膜层。

步骤十、采用隔离材料填充隔离区域，形成隔离区9，具体过程为：

a)将光敏聚酰亚胺作为隔离区材料，在带有隔离区域的外延片表面涂覆光敏聚酰亚胺，采用真空涂覆法以确保隔离区域内充满光敏聚酰亚胺，然后进行预固化；

b)通过紫外曝光和显影，去除隔离区域以外的隔离材料，加温使其完全固化，完成聚酰亚胺隔离区的制备。

步骤十一、对外延片的上表面进行清洁处理、烘干，然后在上表面旋涂光刻胶，通过光刻工艺制备出器件的阳极1及阳极电极引线掩膜图形。

步骤十二、通过蒸发镀膜、磁控溅射及电铸等方法制备阳极1及阳极电极引线，材料为Au、Ag、Cu、Al、Cr、Ni、Ti等一种或者几种的合金，去除光刻胶。

步骤十三、对外延片的上表面进行清洁处理，然后再在表面旋涂光刻胶，通过光刻工艺制备出增透膜的掩膜图形。

步骤十四、在非耗尽层2的上表面通过低温蒸镀法制备一层厚度约为0.1-5μm的增透膜作为阵列的透光层8，然后去除表面光刻胶。

步骤十五、将外延片的正面固定在硬质基底上，然后利用机械减薄或化学减薄、抛光，直至露出隔离区9，形成衬底层6。

步骤十六、对外延片的背面进行清洁处理，烘干，然后在背面旋涂光刻胶，通过光刻工艺制备出阴极7及阴极电极引线的掩膜图形。

步骤十七、通过蒸发镀膜、磁控溅射及电铸等方法制备阴极7及阴极电极引线，材料为Au、Ag、Cu、Al、Cr、Ni、Ti等一种或者几种的合金，然后去除光刻胶。

步骤十八、去除外延片正面固定的硬质基底，完成封装。

具体实施方式三、针对于蓝光增敏硅基阵列的透光层8的下表面一部分与非耗尽层2接触，剩余部分与阳极1的上表面接触的情况的制作工艺：是将具体实施方式二中步骤十三和步骤十四合并，更改为：在非耗尽层2和阳极1的上表面通过低温蒸镀法制备一层厚度约为0.1-5μm的增透膜作为阵列的透光层8。

具体实施方式四、将具体实施方式二中的隔离材料替换为PMMA或环氧树脂，步骤十一采用隔离材料填充隔离区域的工艺更改为：

a)在带有隔离区域的外延片表面涂覆隔离材料，采用真空涂覆法以确保隔离区域内充满隔离材料，然后进行预固化；

b)然后在外延片的上表面涂覆光刻胶，通过紫外曝光和显影，制备出掩膜图形，在掩膜的保护下去除隔离区域以外的隔离材料，再去除光刻胶，加温使隔离区域的隔离材料完全固化，完成隔离区9的制备。

具体实施方式五、将具体实施方式二中的隔离材料替换为SiO₂，步骤十一采用隔离材料填充隔离区域的工艺更改为：将掩膜材料覆盖在隔离区域外的部分，溅射生长SiO₂进行隔离区域的填充，之后去除掩膜材料。

具体实施方式六、结合图7说明本实施方式，针对串联电极结构阵列器件的制作方法，探测单元的纵剖面为梯形，隔离区9的纵剖面为倒梯形。具体实施方式二中的步骤十至步骤十八更改为：

步骤十、在带有隔离区域的外延片表面制备掩膜图形，通过外延生长或蒸发或溅射SiO₂薄膜作为探测单元侧面(每个探测单元的右侧面)绝缘层，去除掩膜材料。

步骤十一、通过光刻工艺制作阳极1及阳极电极引线的掩膜图形，通过蒸发或溅射及电铸等工艺制作阳极1及阳极电极引线，材料为Au、Ag、Cu、Al、Cr、Ni、Ti等一种或者几种的合金，去除掩膜材料。

步骤十二、采用隔离材料填充隔离区域，制备隔离区9，具体过程为：

a)将光敏聚酰亚胺作为隔离区材料，在带有隔离区域的外延片表面涂覆光敏聚酰亚胺，采用真空涂覆法以确保隔离区域内充满光敏聚酰亚胺，然后进行预固化；

b)通过紫外曝光和显影，去除隔离区域以外的隔离材料，加温使完全固化，完成聚酰亚胺隔离区的制备。

步骤十三、在非耗尽层2及阳极1的上表面通过低温蒸镀法制备一层厚度约为0.1-5μm增透膜作为阵列的透光层8。

步骤十四、将外延片的正面固定在硬质基底上，然后利用机械减薄或化学减薄、抛光，直至露出隔离区9下表面的阳极电极引线，形成衬底层6。

步骤十五、对外延片的背面进行清洁处理，烘干，然后在背面旋涂光刻胶，通过光刻工艺制备出阴极7及与阴极共面的阴极电极引线的掩膜图形，与阴极7共面的阴极电极引线与阳极电极引线在隔离区9底部部分接触。

步骤十六、通过蒸发镀膜、磁控溅射及电铸等方法制备阴极7及阴极电极引线，材料为Au、Ag、Cu、Al、Cr、Ni、Ti等一种或者几种的合金，然后去除掩膜材料。

步骤十七、去除外延片的正面固定的硬质基底，完成封装。

具体实施方式六中隔离材料也可以选择PMMA、环氧树脂、SiO₂或其它材料，其工艺方法采用具体实施方式四和具体实施方式五相对应的步骤。

具体实施方式七、结合图8说明本实施方式，针对于阵列器件采用先并联后串联的混合电极结构，如列之间并联，行之间串联，在电极制作时，先采用具体实施方式二中并联结构的相应步骤完成需要并联的探测单元的隔离区9和阳极1及阳极电极引线(位于隔离区上表面)的制作，然后采用具体实施方式六中串联结构相应步骤完成需要串联的探测单元上表面的阳极1、连接串联探测单元之间阳极1和阴极7的电极引线(贯穿隔离区的电极引线)和隔离区9的制作，最后按照具体实施方式六中的串联结构或具体实施方式二中并联结构相应步骤制作全部探测单元的阴极7及与阴极共面的阴极电极引线(位于隔离区下表面)的制作，具体实施方式六中的串联结构和具体实施方式二中并联结构的阴极7及阴极电极引线的制作方法是相同的，都是先做掩膜图形，然后通过蒸发或溅射及电铸的方法制作电极，先并联再串联结构与纯串联结构/纯并联结构只是掩膜图形不相同。具体如下：

步骤一至步骤九与具体实施方式二相同(步骤八中的隔离区9的纵剖面为倒梯形)；

步骤十、采用隔离材料填充并联部分的探测单元的隔离区域，形成隔离区9；

a)将光敏聚酰亚胺作为隔离区材料，在带有隔离区域的外延片表面涂覆光敏聚酰亚胺，采用真空涂覆法以确保隔离区域内充满光敏聚酰亚胺，然后进行预固化；

b)通过紫外曝光和显影，去除探测单元表面、阵列最左侧一列及最右侧一列的隔离区域的隔离材料，加温使其完全固化，完成聚酰亚胺隔离区的制备。

步骤十一、对外延片的上表面进行清洁处理、烘干，然后在上表面旋涂光刻胶，通过光刻工艺制备出并联部分的探测单元的阳极1及阳极电极引线掩膜图形。

步骤十二、通过蒸发镀膜、磁控溅射及电铸等方法制备并联部分的探测单元的阳极1及阳极电极引线，材料为Au、Ag、Cu、Al、Cr、Ni、Ti等一种或者几种的合金，去除光刻胶；

步骤十三、在带有隔离区9的外延片表面制备掩膜图形，通过外延生长或蒸发或溅射SiO₂薄膜作为串联部分的探测单元的侧面(每个探测单元的右侧面)绝缘层，去除掩膜材料。

步骤十四、通过光刻工艺制作串联部分的探测单元的阳极1及连接阳极1和阴极7的电极引线(贯穿隔离区9的电极引线)的掩膜图形，通过蒸发或溅射及电铸等工艺制作串联部分的探测单元的阳极1及连接阳极1和阴极7的电极引线，材料为Au、Ag、Cu、Al、Cr、Ni、Ti等一种或者几种的合金，去除掩膜材料。

步骤十五、采用隔离材料填充串联部分的探测单元的隔离区域，制备隔离区9，具体过程为：

a)将光敏聚酰亚胺作为隔离区材料，在带有隔离区域的外延片表面涂覆光敏聚酰亚胺，采用真空涂覆法以确保隔离区域内充满光敏聚酰亚胺，然后进行预固化；

b)通过紫外曝光和显影，去除阵列最左侧一列及最右侧一列以外的隔离材料，加温使完全固化，完成聚酰亚胺隔离区的制备。

步骤十六、在外延片的非耗尽层2及阳极1的上表面通过低温蒸镀法制备一层厚度约为0.1-5μm增透膜作为阵列的透光层8。

步骤十七、将外延片的正面固定在硬质基底上，然后利用机械减薄或化学减薄、抛光，直至串联部分的探测单元露出隔离区9下表面的阳极电极引线，并联部分的探测单元露出隔离区9，得到衬底层6。

步骤十八、对外延片的背面进行清洁处理，烘干，然后在背面旋涂光刻胶，通过光刻工艺制备出全部探测单元的阴极7及与阴极7共面的阴极电极引线的掩膜图形，串联部分探测单元的与阴极7共面的阴极电极引线与阳极电极引线在隔离区9底部部分接触。

步骤十九、通过蒸发镀膜、磁控溅射及电铸等方法制备串联部分的探测单元的阴极7及阴极连线引线，材料为Au、Ag、Cu、Al、Cr、Ni、Ti等一种或者几种的合金，然后去除掩膜材料。

步骤二十、去除外延片的正面固定的硬质基底，完成封装。

具体实施方式八、结合图9说明本实施方式，针对于阵列器件采用先串联后并联混合电极结构，如列之间串联，行之间并联，在电极制作时，先采用具体实施方式六中的串联结构相应步骤完成全部探测单元的隔离区9、需要串联的探测单元上表面的阳极1及连接探测单元之间阳极1和阴极7的电极引线(贯穿隔离区9的电极引线)的制作，然后采用具体实施方式二中的并联结构相应步骤完成需要并联的探测单元之间阳极1共联(即并联探测单元之间的阳极引线)及探测单元的阳极1的制作，最后按照具体实施方式六中的串联结构或具体实施方式二中并联结构相应步骤制作全部探测单元的阴极7及与阴极共面的阴极电极引线(位于隔离区下表面)的制作，具体实施方式六中的串联结构和具体实施方式二中并联结构的阴极7及阴极电极引线的制作方法是相同的，都是先做掩膜图形，然后通过蒸发或溅射及电铸的方法制作电极，先串联再并联结构与纯串联结构/纯并联结构只是掩膜图形不相同。具体如下：

步骤一至步骤九与具体实施方式七中相同；

步骤十、在串联部分的探测单元的带有隔离区9的外延片表面制备掩膜图形，通过外延生长或蒸发或溅射SiO₂薄膜作为串联部分的探测单元侧面(每个探测单元的右侧面)绝缘层，去除掩膜材料。

步骤十一、通过光刻工艺制作串联部分的探测单元的上表面的阳极1及连接串联探测单元之间阳极1和阴极7的电极引线(贯穿隔离区9的电极引线)的掩膜图形，通过蒸发或溅射及电铸等工艺制作阳极1及连接阳极1和阴极7的电极引线，材料为Au、Ag、Cu、Al、Cr、Ni、Ti等一种或者几种的合金，去除掩膜材料。

步骤十二、采用隔离材料填充全部探测单元的隔离区域，制备隔离区9，具体过程为：

a)将光敏聚酰亚胺作为隔离区材料，在带有隔离区域的外延片表面涂覆光敏聚酰亚胺，采用真空涂覆法以确保隔离区域内充满光敏聚酰亚胺，然后进行预固化；

b)通过紫外曝光和显影，去除隔离区域以外的隔离材料，加温使完全固化，完成聚酰亚胺隔离区的制备。

步骤十三、对外延片的上表面进行清洁处理、烘干，然后在上表面旋涂光刻胶，通过光刻工艺制备出并联部分的探测单元的阳极1及阳极电极引线掩膜图形。

步骤十四、通过蒸发镀膜、磁控溅射及电铸等方法制备并联部分的探测单元阳极1及阳极电极引线，材料为Au、Ag、Cu、Al、Cr、Ni、Ti等一种或者几种的合金，去除光刻胶。

步骤十五、在外延片的非耗尽层2及阳极1的上表面通过低温蒸镀法制备一层厚度约为0.1-5μm的增透膜作为阵列的透光层8。

步骤十六、将外延片的正面固定在硬质基底上，然后利用机械减薄或化学减薄、抛光，直至串联探测单元露出隔离区9下表面的阳极电极引线，并联探测单元露出隔离区9，得到衬底层6。

步骤十七、对外延片的背面进行清洁处理，烘干，然后在背面旋涂光刻胶，通过光刻工艺制备出全部探测单元的阴极7及与阴极7共面的阴极电极引线的掩膜图形，串联部分探测单元的与阴极7共面的阴极电极引线与阳极电极引线在隔离区9底部部分接触。

步骤十八、通过蒸发镀膜、磁控溅射及电铸等方法制备阴极7(全部探测单元的阴极)与阴极电极引线，材料为Au、Ag、Cu、Al、Cr、Ni、Ti等一种或者几种的合金，然后去除掩膜材料。

步骤十九、去除外延片的正面固定的硬质基底，完成封装。

各具体实施方式中的各个工艺步骤、所用材料及结构形状可以互换。

显然，上述实施方式仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (7)

1.具有高短波探测效率的可见光硅增益接收器阵列，其特征在于，该阵列器件包括多个探测单元、多个隔离区(9)和多个电极引线(10)；

所述多个探测单元按规则排布形成阵列，每个探测单元包括阳极(1)、非耗尽层(2)、吸收层(3)、场控层(4)、雪崩层(5)、衬底层(6)、阴极(7)和透光层(8)；场控层(4)、吸收层(3)和非耗尽层(2)从下至上依次设置在雪崩层(5)的上表面上；透光层(8)和阳极(1)均设置在非耗尽层(2)的上表面上，阳极(1)的下表面与非耗尽层(2)的上表面接触，透光层(8)的下表面全部与非耗尽层(2)接触或者一部分与非耗尽层(2)接触，剩余部分与阳极(1)的上表面接触；衬底层(6)设置在雪崩层(5)的下表面上；阴极(7)设置在衬底层(6)的下表面上，阴极(7)全覆盖或者部分覆盖衬底层(7)的下表面；

所述隔离区(9)设置在相邻的两个探测单元之间，将相邻的两个探测单元隔离；

所述电极引线(10)设置在隔离区(9)上表面、隔离区(9)下表面或贯穿隔离区(9)，电极引线(10)连接多个探测单元之间的电极，连接方式为串联、并联、先串联后并联或先并联后串联。

2.根据权利要求1所述的具有高短波探测效率的可见光硅增益接收器阵列，其特征在于，所述探测单元的形状为正方形、多边形、矩形或圆形。

3.根据权利要求1所述的具有高短波探测效率的可见光硅增益接收器阵列，其特征在于，所述阳极(1)和阴极(7)的形状分别为外环形、单条形、多条形、圆形、内圆环形、内多边形中的一种或几种的结合。

4.根据权利要求1所述的具有高短波探测效率的可见光硅增益接收器阵列，其特征在于，所述阳极(1)、阴极(7)和电极引线(10)的材料分别为Au、Ag、Cu、Al、Cr、Ni、Ti中的一种或几种的合金。

5.根据权利要求1所述的具有高短波探测效率的可见光硅增益接收器阵列，其特征在于，所述非耗尽层(2)为高掺杂p+型硅，厚度为0.01-0.5微米，掺杂浓度为10¹⁷-10¹⁹cm^-3；吸收层(3)为p型硅，厚度为1-10微米，掺杂浓度为10¹⁵-10¹⁶cm^-3；场控层(4)为p型硅，厚度为0.1-1.0微米，掺杂浓度为10¹⁶-10¹⁸cm^-3；雪崩层(5)为p型硅，厚度为0.1-0.5微米，掺杂浓度为10¹⁵-10¹⁷cm^-3；衬底层(6)为高掺杂n+型硅，厚度为5-100微米，掺杂浓度为10¹⁸-10²⁰cm^-3。

所述p型硅掺杂离子为B³⁺，n型硅掺杂离子为P⁵⁺或As⁵⁺。

6.根据权利要求1所述的具有高短波探测效率的可见光硅增益接收器阵列，其特征在于，所述透光层(8)由高折射率薄膜、中折射率薄膜和低折射率薄膜中的二种或者三种交替排列组成，共二至九层；其中，高折射率薄膜材料为CeO₂、ZrO₂、TiO₂、Ta₂O₅、ZnS、ThO₂中的一种或几种的组合，中折射率薄膜材料为MgO、ThO₂H₂、InO₂、MgO-Al₂O₃中的一种或几种的组合，低折射率薄膜材料为MgF₂、SiO₂、ThF₄、LaF₂、NdF₃、BeO、Na₃(AlF₄)、Al₂O₃、CeF₃、LaF₃、LiF中的一种或几种的结合。

7.根据权利要求1所述的具有高短波探测效率的可见光硅增益接收器阵列，其特征在于，所述隔离区(9)的材料为聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、环氧树脂或SiO₂。