CN114068754B - 双面雪崩光电二极管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种双面雪崩光电二极管及其制备方法，包括第一类型衬底，第一类型衬底具有第一表面、第二表面和中心区，第一PN结和第二PN结间隔分布于中心区中，第一PN结位于中心区的靠近第一表面的一侧，第二PN结位于中心区的靠近第二表面的一侧，第一PN结和第二PN结均包括电性连接的第一类型区和第二类型区；第一类型电连接部和第二类型电连接部均靠近第一类型衬底的表面；第一类型连接部电性连接第一类型区和第一类型电连接部，第二类型连接部电性连接第二类型区和第二类型电连接部；防反射层覆盖第一表面，并形成光入射口；反射层至少覆盖位于中心区的第二表面。本申请能够增大耗尽区的厚度，提高入射光的吸收效率。
Description
技术领域
本申请涉及光学探测技术领域，尤其涉及一种双面雪崩光电二极管及其制备方法。
背景技术
雪崩光电二极管是一种基于PN结的光检测二极管，其利用载流子的雪崩倍增效应来放大光电信号以提高监测的灵敏度。
相关技术中，雪崩光电二极管具有PN结和形成于PN结相接处的耗尽区。当对PN结施加合适的高反向偏置电压时，若有入射光进入耗尽区，耗尽区吸收具有足够能量的光子并形成光生载流子，光生载流子在外加电场作用下加速运动。光生载流子撞击原子，并产生新的电子空穴对，新生成的电子空穴也在外加电场作用下发生加速运动，重新撞击另外的原子，再产生另外的电子空穴对，依次类推，启动雪崩击穿并增大反向电流。
然而，上述技术方案中的雪崩光电二极管的入射光吸收效率较低。
发明内容
鉴于上述问题，本申请提供一种双面雪崩光电二极管及其制备方法，能够增大耗尽区的厚度，提高入射光的吸收效率。
为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：
本申请实施例的第一方面提供一种双面雪崩光电二极管，包括第一类型衬底、第一PN结、第二PN结、第一类型电连接部、第二类型电连接部、第一类型连接部、第二类型连接部、防反射层、光入射口和反射层；
所述第一类型衬底具有第一表面和第二表面，所述第一表面和所述第二表面位于所述第一类型衬底的厚度方向的相对两侧，所述第一类型衬底具有沿所述第一类型衬底的厚度方向延伸的中心区；
所述第一PN结和所述第二PN结沿所述第一类型衬底的厚度方向间隔分布于所述中心区中，所述第一PN结位于所述中心区的靠近所述第一表面的一侧，所述第二PN结位于所述中心区的靠近所述第二表面的一侧，且所述第一PN结和所述第二PN结均包括电性连接的第一类型区和第二类型区；
所述第一类型电连接部和所述第二类型电连接部间隔分布于所述第一类型衬底中，且所述第一类型电连接部和所述第二类型电连接部均靠近所述第一类型衬底的沿厚度方向的表面；
所述第一类型连接部和所述第二类型连接部均形成于所述第一类型衬底中，所述第一类型连接部电性连接所述第一类型区和所述第一类型电连接部，所述第二类型连接部电性连接所述第二类型区和所述第二类型电连接部；
所述防反射层覆盖所述第一表面，并形成所述光入射口；
所述反射层至少覆盖位于所述中心区的所述第二表面。
在一种可以实现的实施方式中，所述第一PN结的第二类型区位于所述第一PN结的靠近所述第一表面的一侧，所述第二PN结的第二类型区位于所述第二PN结的靠近所述第二表面的一侧；
所述第一类型连接部和所述第二类型连接部均围绕所述中心区的至少部分外周，且至少部分所述第一类型连接部位于所述第二类型连接部的远离所述中心区的一侧。
在一种可以实现的实施方式中，所述第一类型电连接部和所述第二类型电连接部均位于所述第一类型衬底的靠近所述第一表面的一侧；
所述第一类型电连接部和所述第二类型电连接部均为围绕所述中心区的环形结构，所述第一类型电连接部位于所述第二类型电连接部的远离所述中心区的一侧。
在一种可以实现的实施方式中，所述第一类型连接部包括第一整体围绕部和形成于所述第一整体围绕部上的轴向开口，所述第二类型连接部包括第一连接部、第二连接部和轴向连接部；
所述第一整体围绕部围绕所述中心区的两个所述PN结之间的所述第一类型衬底的至少部分厚度的外周，所述轴向开口沿所述第一类型衬底的厚度方向贯穿所述第一整体围绕部；
所述第一连接部至少围绕位于所述第一PN结处的所述中心区的外周，所述第二连接部至少围绕于位于所述第二PN结处的所述中心区的外周，所述轴向连接部位于所述轴向开口中，并电性连接所述第一连接部和所述第二连接部；
或，
所述第二类型连接部包括第二整体围绕部和形成于所述第二整体围绕部上的径向开口，所述第一类型连接部包括环形部和径向连接部；
所述第二整体围绕部围绕所述中心区的外周，所述径向开口连通位于所述中心区的两个所述PN结之间的所述第一类型衬底和所述第二整体围绕部的外周；
所述环形部围绕位于所述径向开口处的所述第二整体围绕部的外周，所述径向连接部位于所述径向开口中，并电性连接所述中心区的两个PN结之间的所述第一类型衬底和所述环形部。
在一种可以实现的实施方式中，还包括第一类型辅助连接部，所述第一类型辅助部形成于所述第一类型衬底的靠近所述第一表面的一侧，所述第一类型辅助连接部电性连接所述第一类型连接部和所述第一类型电连接部。
在一种可以实现的实施方式中，还包括电引出端，所述第一类型电连接部和所述第二类型电连接部均各自连接有一个所述电引出端，所述第一类型电连接部的所述电引出端和所述第二类型电连接部的所述电引出端电性隔离。
在一种可以实现的实施方式中，所述第一类型电连接部的所述电引出端与所述第一类型电连接部之间设置有硅化物层，所述第一类型电连接部的所述电引出端与所述第一类型电连接部通过所述硅化物层电性连接；
和/或，
所述第二类型电连接部的所述电引出端与所述第二类型电连接部之间设置有硅化物层，所述第二类型电连接部的所述电引出端与所述第二类型电连接部通过所述硅化物层电性连接。
在一种可以实现的实施方式中，所述防反射层包括层叠设置于所述第一表面的第一介质层和氧化物防反射层，所述第一介质层连接所述第一表面，所述氧化物防反射层设置于所述第一介质层的远离所述第一表面的一侧；
所述反射层包括层叠设置于所述第二表面的第二介质层和金属反射层，所述第二介质层连接所述第二表面，所述金属反射层设置于所述第二介质层的远离所述第二表面的一侧。
在一种可以实现的实施方式中，所述第一介质层、所述第一类型衬底和所述第二介质层形成对入射光线具有谐振作用的谐振腔。
本申请实施例的第二方面提供一种双面雪崩光电二极管的制备方法，用于上述的双面雪崩光电二极管，包括以下步骤：
提供衬底，所述衬底为第一导电类型的低浓度掺杂区；
在所述衬底中靠近所述衬底的沿厚度方向的其中一个表面的一侧形成第一类型连接部；
在所述衬底的靠近所述第一类型连接部的表面上形成第一类型外延层，所述第一类型外延层和所述衬底构成第一类型衬底，所述第一类型连接部埋设于所述第一类型衬底中，所述第一类型衬底具有沿所述第一类型衬底的厚度方向延伸的中心区，所述第一类型连接部围绕在所述中心区的外周；
在所述中心区中靠近所述第一类型衬底的第一表面一侧形成第一PN结，所述第一PN结包括电性连接的第一类型区和第二类型区，所述第二类型区位于所述第一PN结的靠近所述第一表面的一侧；
在所述第一类型衬底中靠近所述第一表面的一侧形成第二类型连接部的第一部分，所述第一部分至少围绕位于所述第一PN结处的所述中心区的外周，并与所述第二类型区电性连接；
在所述第一类型衬底中靠近所述第一表面的一侧形成第一类型辅助连接部，所述第一类型辅助连接部围绕所述第一部分的外周，且所述第一类型辅助连接部与所述第一部分间隔设置，所述第一类型辅助连接部与所述第一类型连接部电性连接；
在所述第一类型辅助连接部中靠近所述第一表面的一侧形成第一类型电连接部；
在所述第二类型连接部中靠近所述第一表面的一侧形成第二类型电连接部；
在所述第一表面上形成防反射层和电引出端，所述防反射层覆盖所述第一表面，并形成光入射口，所述第一类型电连接部和第二类型电连接部各自电性连接有一个所述电引出端，所述第一类型电连接部的所述电引出端和所述第二类型电连接部的所述电引出端电性隔离；
在所述第一表面连接临时硅片；
减薄所述第一类型衬底的远离所述第一表面的一侧，并形成第二表面，所述第二表面与所述第一表面分别位于所述第一类型衬底的沿厚度方向的相对两侧；
在所述中心区中靠近所述第二表面的一侧形成第二PN结，所述第二PN结包括电性连接的第一类型区和第二类型区，所述第二PN结的第二类型区位于所述第二PN结的靠近所述第二表面的一侧；
在所述第一类型衬底中形成所述第二类型连接部的第二部分，所述第二部分至少围绕位于所述第二PN结处的所述中心区的外周，并与所述第二PN结的所述第二类型区和所述第一部分均电性连接；
在所述第二表面上形成反射层，所述反射层至少覆盖位于所述中心区的所述第二表面；
去除所述临时硅片。
本申请实施例提供的双面雪崩光电二极管及其制备方法，该双面雪崩光电二极管通过第一类型连接部并联第一PN结的第一类型区和第二PN结的第一类型区，通过第二类型连接部并联第一PN结的第二类型区和第二PN结的第二类型区，形成第一PN结和第二PN结的并联。两个PN结分别靠近中心区的沿第一类型衬底的厚度方向的两侧设置，形成两个表面均分布有PN结的双面雪崩光电二极管，在第一PN结和第二PN结各自的第一类型区和第二类型区之间形成耗尽区，使形成于中心区的耗尽区的厚度近似于两倍的单个PN结形成的耗尽区的厚度。这样，耗尽区的增厚延长了入射光的入射长度，提高了入射光的吸收效率。进一步，结合设置防反射层提高了入射光在入射时的吸收效率，设置反射层提高入射光在出射时的吸收效率，提高了整个双面雪崩光电二极管对入射光的吸收效率。
本申请的构造以及它的其他目的及有益效果将会通过结合附图而对优选实施例的描述而更加明显易懂。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，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他的附图。
图1为本申请实施例提供的双面雪崩光电二极管的结构示意图；
图2为图1的A-A向视图的一种结构示意图；
图3为图1的B-B向视图的一种结构示意图；
图4为图1的B-B向视图的另一种结构示意图；
图5为本申请实施例提供的双面雪崩光电二极管的电路示意图；
图6为本申请实施例提供的双面雪崩光电二极管的制备方法流程图。
附图标记说明：
100-双面雪崩光电二极管；101-第一表面；102-第二表面；103-中心区；1031-第一PN结；1032-第二PN结；104-耗尽区；
110-第一类型衬底；111-第一类型区；112-第一类型连接部；1121-第一整体围绕部；1122-轴向开口；1125-环形部；1126-径向连接部；113-第一类型电连接部；114-第一类型辅助连接部；
121-第二类型区；122-第二类型连接部；1221-第一连接部；1222-第二连接部；1223-轴向连接部；1225-第二整体围绕部；1226-径向开口；123-第二类型电连接部；
130-电引出端；131-硅化物层；
140-间隔部；
150-防反射层；151-第一介质层；152-氧化物防反射层；
160-反射层；162-第二介质层；163-金属反射层。
具体实施方式
相关技术中，二极管是允许电流在单一方向流过的电气器件。最常见的二极管是基于PN结的半导体二极管。PN结包括P区(即利用P类型掺杂剂掺杂的区)和N区(即利用N类型掺杂剂掺杂的区域)。在P区和N区相接的位置处形成耗尽区。
来自P区的空穴的扩散在P区中留下了负受主离子。而来自N区的电子的扩散在N区中留下了正施主离子，这形成了自建电场，该自建电场提供了与空穴和电子的持续扩散相对的力。当自建电场足够高时，空穴和电子的扩散被中断并且耗尽区达到均衡。
耗尽区的宽度或大小取决于P区中的空穴的浓度、N区中的电子的浓度和施加到PN结的电压供给。当电压供给是正向偏置电压供给时，耗尽区的宽度或大小得以减小。当电压供给是反向偏置电压供给时，耗尽区的宽度或大小得以增大。耗尽区的宽度或大小随着反向偏置电压供给增大而增大，且当反向偏执电压供给增大到超过击穿电压，则PN结击穿并允许反向电流。此时，电压的较小的增长会快速增大反向电流。
导致耗尽区击穿的机制包括齐纳击穿和雪崩击穿。其中，在雪崩击穿中，当反向偏置电压供给超过击穿电压时，外加电场使被扩散在耗尽区的电子加速。电子与原子碰撞并且释放束缚电子，这些电子中的一些电子与空穴再组合，其他电子在耗尽区加速，与另外的原子碰撞并且释放另外的束缚电子，以此类推。同样的，外加电场使被扩散在耗尽区中的空穴在相对方向上加速并启动类似过程。通过这种方式，创建雪崩效应并增大反向电流。
雪崩光电二极管遵循上述原则，当PN结处于高于临界击穿电压的反向偏置电压时，若有入射光进入耗尽区，耗尽区吸收具有足够能量的光子并形成光生载流子，光生载流子在外加电场作用下加速运动。光生载流子撞击原子，并产生新的电子空穴对，新生成的电子空穴也在外加电场的作用下发生加速运动，重新撞击另外的原子，再产生另外的电子空穴对，依次类推，启动雪崩击穿并增大反向电流。
可以理解的是，当接收入射光的耗尽区的厚度更大，入射光在耗尽区的吸收长度也更长，入射光的吸收效率越高。然而，相关技术中相关结构和工艺限制雪崩光电二极管的PN结形成于衬底的靠近表面的位置，对进一步增厚耗尽区带来困难。
针对上述技术问题，本申请实施例提供了一种双面雪崩光电二极管及其制备方法，该双面雪崩光电二极管通过第一类型连接部并联第一PN结的第一类型区和第二PN结的第一类型区，通过第二类型连接部并联第一PN结的第二类型区和第二PN结的第二类型区，形成第一PN结和第二PN结的并联。两个PN结分别靠近中心区的沿第一类型衬底的厚度方向的两侧设置，形成两个表面均分布有PN结的双面雪崩光电二极管，在第一PN结和第二PN结各自的第一类型区和第二类型区之间形成耗尽区，使形成于中心区的耗尽区的厚度近似于两倍的单个PN结形成的耗尽区的厚度。这样，耗尽区的增厚延长了入射光的入射长度，提高了入射光的吸收效率。进一步，结合设置防反射层提高了入射光在入射时的吸收效率，设置反射层提高入射光在出射时的吸收效率，提高了整个双面雪崩光电二极管对入射光的吸收效率。
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请的优选实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
参照图1-图5所示，第一方面，本申请实施例提供一种双面雪崩光电二极管100，包括第一类型衬底110、第一PN结1031、第二PN结1032、第一类型电连接部113、第二类型电连接部123、第一类型连接部112、第二类型连接部122、防反射层150、光入射口和反射层160。
第一类型衬底110具有第一表面101和第二表面102，第一表面101和第二表面102位于第一类型衬底110的厚度方向的相对两侧，第一类型衬底110具有沿第一类型衬底110的厚度方向延伸的中心区。
第一PN结1031和第二PN结1032沿第一类型衬底110的厚度方向间隔分布于中心区103中，第一PN结1031位于中心区103的靠近第一表面101的一侧，第二PN结1032位于中心区103的靠近第二表面102的一侧，且第一PN结1031和第二PN结1032均包括电性连接的第一类型区111和第二类型区121。
第一类型电连接部113和第二类型电连接部123间隔分布于第一类型衬底110中，且第一类型电连接部113和第二类型电连接部123均靠近第一类型衬底110的沿厚度方向的表面。
第一类型连接部112和第二类型连接部122均形成于第一类型衬底110中，第一类型连接部112电性连接第一类型区111和第一类型电连接部113，第二类型连接部122电性连接第二类型区121和第二类型电连接部123。
防反射层150覆盖第一表面101，并形成光入射口。
反射层160至少覆盖位于中心区103的第二表面102。
参照图1并结合图5所示，第二类型电连接部123可以连接外加电压的高电压端子，第二类型电连接部123电性连接第二类型连接部122，第二类型连接部122电性连接第二类型区121，使第一PN结1031的第二类型区121和第二PN结1032的第二类型区121并联，且第二类型区121置于高电压端子的同等电势下。第一类型电连接部113可以连接外加电压的低电压端子，第一类型电连接部113电性连接第一类型连接部112，第一类型连接部112电性连接第一类型区111，使第一PN结1031的第一类型区111和第二PN结1032的第一类型区111并联，且第二类型区121置于低电压端子的同等电势下。由此，使第一PN结1031和第二PN结1032并联，并在第一PN结1031和第二PN结1032处各自形成耗尽区104。
两个PN结分别靠近中心区103的沿第一类型衬底110的厚度方向两侧设置，形成两个表面均分布有PN结的双面雪崩光电二极管，第一PN结和第二PN结各自形成耗尽区104，使中心区103的耗尽区104的厚度近似于两倍的单个PN结形成的耗尽区104的厚度。当入射光进入中心区103，入射光形成的光生载流子在外加电场的作用下于耗尽区104内触发雪崩击穿。
防反射层150可以包括氧化物防反射层152，用于增加入射光的吸收效率。示例性的，可以包括氧化硅、氧化铝或氧化铪。防反射层150整层覆盖第一表面101，使第一表面101均可以作为光入射口，提高了入射光在第一表面101的吸收效率。
反射层160可以包括金属反射层163，用于对传播到反射层160的部分入射光进行反射。反射层160至少覆盖位于中心区103的第二表面102，部分到达反射层160的入射光在反射层160发生反射，使入射光再一次回到中心区103，提升了入射光在耗尽区104的吸收效率。
本申请实施例提供的双面雪崩光电二极管100，两个PN结并联连接，且两个PN结分别靠近中心区103的沿第一类型衬底110的厚度方向的两侧设置，形成两个表面均分布有PN结的双面雪崩光电二极管100，在第一PN结1031和第二PN结1032各自的第一类型区111和第二类型区121之间形成耗尽区104，使形成于中心区103的耗尽区104的厚度近似于两倍的单个PN结形成的耗尽区104的厚度。这样，耗尽区104的增厚延长了入射光的入射长度，提高了入射光的吸收效率。进一步，结合设置防反射层150提高了入射光在入射时的吸收效率，设置反射层160提高入射光在出射时的吸收效率，提高了整个双面雪崩光电二极管100对入射光的吸收效率。
值得说明的是，本申请实施例中的第一类型可以是P类型掺杂剂形成的P型，示例性的，第一类型衬底110为P型衬底，第一类型区111为P型区，第一类型电连接部113为P型电连接部，第一类型连接部112为P型连接部，下述第一类型辅助连接部114为P型辅助连接部。此时，第二类型可以是N类型掺杂剂形成的N型，示例性的，第二类型区121为N型区，第二类型电连接部123为N型电连接部，第二类型连接部122为N型连接部。同理，第一类型还可以是N类型掺杂剂形成的N型，此时，第二类型可以是P类型掺杂剂形成的P型。其中，P类型掺杂剂和N类型掺杂剂可以为相关技术中的对应可选的掺杂剂，本申请对此不做限定。方便起见，称以上第一类型内的各区域掺杂的掺杂剂为第一导电类型，第二类型内的各区域掺杂的掺杂剂为第二导电类型。
在本申请实施例中，第一类型连接部112可以通过离子注入工艺预埋在第一类型衬底110中，可以为第一导电类型的低浓度掺杂区。部分第一类型衬底110可以通过外延工艺生产，可以为第一导电类型的轻浓度掺杂区。第一类型区111、第二类型区121、第二类型连接部122、第一类型电连接部113和第二类型电连接部123均可以通过离子注入工艺形成于第一类型衬底110中。第一类型区111可以为第一导电类型的低浓度掺杂区，其掺杂浓度可以略高于第一类型连接部112。第二类型区121可以为第二导电类型的高浓度或重浓度掺杂区。第二类型连接部122可以为第二导电类型的低浓度掺杂区。第一类型电连接部113可以为第一导电类型的高浓度或重浓度掺杂区。第二类型电连接部123均可以为第二导电类型的高浓度或重浓度掺杂区。其中，轻浓度掺杂、低浓度掺杂的浓度、高浓度掺杂和重浓度掺杂的浓度依次增大。
在一种可以实现的实施方式中，参照图1所示，第一PN结1031的第二类型区121位于第一PN结1031的靠近第一表面101的一侧，第二PN结1032的第二类型区121位于第二PN结1032的靠近第二表面102的一侧。
第一类型连接部112和第二类型连接部122均围绕中心区103的至少部分外周，且至少部分第一类型连接部112位于第二类型连接部122的远离中心区103的一侧。
这样，第一PN结1031和第二PN结1032的第一类型区111相互靠近设置，使第一PN结1031和第二PN结1032之间的包括第一类型衬底110和第一类型区111的区域均形成耗尽区104，充分利用两个PN结之间的第一类型衬底110的厚度，进一步增大了耗尽区104的厚度，延长了入射光的入射长度，提高了入射光的吸收效率。
在一种可以实现的实施方式中，参照图1和图2所示，第一类型电连接部113和第二类型电连接部123均位于第一类型衬底110的靠近第一表面101的一侧。
第一类型电连接部113和第二类型电连接部123均为围绕中心区的环形结构，第一类型电连接部113位于第二类型电连接部123的远离中心区103的一侧。
这样，电连接部呈围绕中心区的布置环形布置，能够提供较大的连接面积，增大了电连接部与下述电引出端130的连接可靠性。
在一种可以实现的实施方式中，参照图1和图3所示，第一类型连接部112包括第一整体围绕部1121和形成于第一整体围绕部1121上的轴向开口1122，第二类型连接部122包括第一连接部1221、第二连接部1222和轴向连接部1223。
第一整体围绕部1121围绕中心区103的两个PN结之间的第一类型衬底110的至少部分厚度的外周，且第一整体围绕部1121与第一类型衬底110电性连接，轴向开口1122沿第一类型衬底110的厚度方向贯穿第一整体围绕部1121。
第一连接部1221至少围绕位于第一PN结1031处的中心区103的外周，且第一连接部1221与第一PN结1031的第二类型区121电性连接，第二连接部1222至少围绕于位于第二PN结1032处的中心区的外周，且第二连接部1222与第二PN结1032的第二类型区121电性连接，轴向连接部1223位于轴向开口1122中，并电性连接第一连接部1221和第二连接部1222。
可以理解的是，在这种布置方式中，第一类型连接部112和第二类型连接部122均围绕中心区103的外周，且第二类型连接部122穿插在第一类型连接部112的轴向开口中。
在一种可以实现的实施方式中，参照图4所示，第二类型连接部122包括第二整体围绕部1225和形成于第二整体围绕部1225上的径向开口1226，第一类型连接部112包括环形部1125和径向连接部1126。
第二整体围绕部1225围绕中心区103的外周，且第二整体围绕部1225与第一PN结1031的第二类型区121和第二PN结1032的第二类型区121均电性连接，径向开口1226连通位于中心区103的两个PN结之间的第一类型衬底110和第二整体围绕部1225的外周。
环形部1125围绕位于径向开口1226处的第二整体围绕部1225的外周，径向连接部1126位于径向开口1226中，并电性连接中心区103的两个PN结之间的第一类型衬底110和环形部1125。
可以理解的是，在这种设置方式中，第一类型连接部112和第二类型连接部122均围绕中心区103的外周，且第一类型连接部穿插在第二类型连接部的径向开口中。
上述两种设置方式均可以使第二类型连接部122实现与第一PN结1031的第二类型区121和第二PN结1032的第二类型区121均电性连接，并使第一类型连接部112实现与位于中心区103的第一PN结1031和第二PN结1032之间的第一类型衬底110的电性连接，从而实现第一类型连接部112与第一PN结1031的第一类型区111和第二PN结1032的第一类型区111均电性连接。
在一种可以实现的实施方式中，参照图1所示，双面雪崩光电二极管100还包括形成于第一类型衬底110中的第一类型辅助连接部114，第一类型辅助连接部114电性连接第一类型连接部112和第一类型电连接部113。
其中，第一类型辅助连接部114可以通过离子注入工艺形成于第一类型衬底110的第一表面，第一类型辅助连接部114可以为第一导电类型的低浓度掺杂区，其掺杂浓度可以与第一类型区111的掺杂浓度相当。
这样，可以通过第一类型辅助连接部114电性连接第一类型连接部112和第一类型电连接部113之间的电性连接，避免深埋在第一类型衬底110中的第一类型连接部112与靠近第一表面101的第一类型电连接部113不便于连接的情况。
在一种可以实现的实施方式中，参照图1和图2所示，双面雪崩光电二极管还包括电引出端130，第一类型电连接部113和第二类型电连接部123均各自连接有一个电引出端130，第一类型电连接部113的电引出端130和第二类型电连接部123的电引出端130电性隔离。
第一类型电连接部113和第二类型电连接部123之间的靠近第一表面101一侧的第一类型衬底110形成间隔部140。
第二类型电连接部123的电引出端130在第一类型衬底110上的正投影与部分间隔部140重合，或第一类型电连接部113的电引出端130在第一类型衬底110上的正投影与部分间隔部140重合。
其中，第二类型电连接部123的电引出端130可以实现第二类型电连接部123与高压端子的电性连接，进而实现第二类型区121与高压端子的电性连接。第一类型电连接部113的电引出端130可以实现第一类型电连接部113与低压端子的电性连接，进而实现第一类型区111与低压端子的电性连接。
间隔部140隔离第一类型电连接部113和第二类型电连接部123，并使第二类型电连接部123或第一类型电连接部113的电引出端130覆盖间隔部140的至少部分，可以在间隔部140处形成电场效应，避免在间隔部140中产生大量的电子空穴对，防止第一类型电连接部113和第二类型电连接部123提前击穿，提高双面雪崩光电二极管100的可靠性。
在一种可以实现的实施方式中，参照图1所示，第一类型电连接部113的电引出端130与第一类型电连接部113之间可以设置有硅化物层131，第一类型电连接部113的电引出端130与第一类型电连接部113通过硅化物层131电性连接。
在一种可以实现的实施方式中，参照图1所示，第二类型电连接部123的电引出端与第二类型电连接部123之间可以设置有硅化物层131，第二类型电连接部123的电引出端130与第二类型电连接部123通过硅化物层131电性连接。
其中，电引出端130可以采用MOS结构兼容的多晶硅栅以及硅化物层结构连接在电连接部。示例性的，电连接部的靠近第一表面101的面露出在第一表面101上，并连接栅介质层(未示出)，栅介质层上层叠设置多晶硅栅层(未示出)以及硅化物层131结构，并设置侧墙(未示出)和硅化物阻止层(未示出)，在硅化物层131上覆盖金属前介质和电引出端。
这样，通过硅化物层131减少金属层和电连接部的接触电阻，通过多晶硅栅层提高金属层和电连接部之间的导电性，通过硅化物阻止层阻止形成硅化物，通过金属前介质层隔离后道金属层和前道器件。
在一种可以实现的实施方式中，参照图1所示，防反射层150包括层叠设置于第一表面101的第一介质层151和氧化物防反射层152，第一介质层151连接第一表面101，氧化物防反射层152设置于第一介质层151的远离第一表面101的一侧。
反射层160包括层叠设置于第二表面102的第二介质层162和金属反射层163，第二介质层162连接第二表面102，金属反射层163设置于第二介质层162的远离第二表面102的一侧。
其中，氧化物防反射层152可以包括氧化硅或氧化铝或氧化铪，用于增加入射光的吸收效率。第一介质层151可以包括氮化硅。防反射层150整层覆盖第一表面101，使第一表面101均可以作为光入射口，提高了入射光在整个第一表面101的吸收效率。
金属反射层163可以包括铝或银，用于对传播到反射层的部分入射光进行反射。第二介质层162可以包括氮化硅。反射层160至少覆盖位于中心区103的第二表面102，部分到达反射层160的入射光在反射层160发生反射，使入射光再一次回到中心区103，提升了入射光在耗尽区104的吸收效率。
在一种可以实现的实施方式中，第一介质层151、第一类型衬底110和第二介质层162形成对入射光线具有谐振作用的谐振腔。
其中，谐振腔的高度(即第一介质层151的靠近第一表面101的面与第二介质层162的靠近第二表面102的面之间的距离)可以为1/(4n)λ。其中，n为综合考虑介质和掺杂区等影响因素的谐振腔腔体等效折射率，λ为根据光学测量需要确定的波长。这样，当入射光进入双面雪崩光电二极管后，谐振腔可以对确定波长的光发生谐振作用，可以提高对该波长的入射光的吸收效率。
需要说明的是，第一类型区111和第二类型区121的图案均可以是圆形、多边形或矩形等图形，本申请实施例对此不做限定。
对应的围绕PN结的结构(包括第一类型连接部112、第二类型连接部122、第一类型电连接部113、第二类型电连接部123以及第二类型电阻124)中，其图案可以是围绕中心区103的整个外周所形成的闭合的环形。示例性的，其图案可以是圆环，也可以矩形环、多边形环或不规则环等非圆环。在一些实施例中，上述对应的围绕PN结的结构中，其图形还可以是围绕中心区103的部分外周形成非闭合的环段。示例性的，其图案可以是弧形环，也可以是在非圆环中去除部分段形成具有开口的环段。本申请实施例对此不做限定。
参照图6所示，第二方面，本申请实施例提供一种双面雪崩光电二极管的制备方法，用于上述的双面雪崩光电二极管，包括以下步骤：
S1：提供衬底。衬底为第一导电类型的低浓度掺杂区。
S2：在衬底中靠近衬底的沿厚度方向的其中一个表面的一侧形成第一类型连接部。
其中，可以通过离子注入工艺形成第一类型连接部112。
值得说明的是，在本步骤中形成的第一类型连接部112可以为第一导电类型的重浓度掺杂区。
S3：在衬底的靠近第一类型连接部的表面形成第一类型外延层，第一类型外延层和衬底构成第一类型衬底。第一类型连接部埋设于第一类型衬底中。第一类型衬底具有沿第一类型衬底的厚度方向延伸的中心区，第一类型连接部围绕在中心区的外周。
其中，可以利用外延工艺形成第一导电类型的轻浓度掺杂区，并作为第一类型衬底110。此时，第一类型连接部112因外延工艺作用成为第一导电类型的低浓度掺杂区。中心区103在第一类型衬底110的中心呈圆柱体区域。
S4：在中心区中靠近第一类型衬底的第一表面一侧形成第一PN结。第一PN结包括电性连接的第一类型区和第二类型区，第二类型区位于第一PN结的靠近第一表面的一侧。
其中，可以通过离子注入工艺形成第一PN结1031的第一类型区111和第二类型区121。第一类型区111和第二类型区121可以均呈与中心区同轴圆柱形，且第一类型区111和第二类型区121在接触面处具有交叠区域。第二类型区121的直径略大于第一类型区111，且第一类型区111的直径小于中心区103，第二类型区121的直径大于中心区103，使第二类型区121的外周伸出中心区103外，便于提高第二类型区121与下述第二类型连接部122的连接可靠性。第一类型区111可以为第一导电类型的低浓度掺杂区。第二类型区121可以为第二导电类型的高浓度或重浓度掺杂区。
S5：在第一类型衬底中靠近第一表面的一侧形成第二类型连接部的第一部分。第一部分至少围绕位于第一PN结处的中心区的外周，并与第二类型区电性连接。
S6：在第一类型衬底中靠近第一表面的一侧形成第一类型辅助连接部。第一类型辅助连接部围绕第一部分的外周，且第一类型辅助连接部与第一部分间隔设置，第一类型辅助连接部与第一类型连接部电性连接。
其中，可以通过离子注入工艺形成第一部分，第一部分可以为第二导电类型的低浓度掺杂区，其掺杂浓度可以略低于第二类型区121的掺杂浓度。第一部分可以包括第二类型连接部122的位于第一类型连接部112与第一表面101之间的部分，也可以适当的包括部分或全部的与第一类型连接部112同层的部分。其中，第一部分靠近第二类型区121的内环面与第二类型区121伸出中心区的外周的部分交叠。
S7：在第一类型辅助连接部中靠近第一表面的一侧形成第一类型电连接部。
S8：在第二类型连接部中靠近第一表面的一侧形成第二类型电连接部。
其中，可以通过离子注入工艺形成第一类型辅助连接部114。第一类型辅助连接部114可以为第一导电类型的低浓度掺杂区，其掺杂浓度可以与第一类型区111的掺杂浓度相当。
S9：在第一表面上形成防反射层和电引出端。防反射层覆盖第一表面，并形成光入射口，第一类型电连接部和第二类型电连接部各自电性连接有一个电引出端，第一类型电连接部的电引出端和第二类型电连接部的电引出端电性隔离。
其中，可以采用MOS结构兼容的工艺制作防反射层150和电引出端130。
S10：在第一表面连接临时硅片。
其中，临时硅片通过键合或胶连工艺连接在第一表面101。
S11：减薄第一类型衬底的远离第一表面的一侧，并形成第二表面。第二表面与第一表面分别位于第一类型衬底的沿厚度方向的相对两侧。
S12：在中心区中靠近第二表面的一侧形成第二PN结。第二PN结包括电性连接的第一类型区和第二类型区，第二PN结的第二类型区位于第二PN结的靠近第二表面的一侧。
其中，第二PN结1032的第一类型区111和第二类型区121的结构与第一PN结1031相同，区别仅在于第二PN结1032靠近第二表面102一侧，且第二PN结1032的第一类型区111位于第二PN结1032的第二类型区121的远离第二表面102的一侧。
S13：在第一类型衬底中形成第二类型连接部的第二部分。第二部分至少围绕位于第二PN结处的中心区的外周，并与第二PN结的第二类型区和第一部分均电性连接。
其中，可以通过离子注入工艺形成第二部分，第二部分可以为第二导电类型的低浓度掺杂区，其掺杂浓度可以略低于第二类型区121的掺杂浓度。第二部分可以包括第二类型连接部122的位于第一类型连接部112与第二表面102之间的部分，也可以适当包括部分或全部的与第一类型连接部112同层的部分。第二部分的内环面与第二PN结1032的第二类型区121伸出中心区的外周的部分交叠。
S14：在第二表面上形成反射层，反射层至少覆盖位于中心区的第二表面。
S15：去除临时硅片。
本申请实施例提供的双面雪崩光电二极管的制备方法，用于上述的双面雪崩光电二极管。该双面雪崩光电二极管100，两个PN结并联连接，且两个PN结分别靠近中心区103的沿第一类型衬底110的厚度方向的两侧设置，形成两个表面均分布有PN结的双面雪崩光电二极管100，在第一PN结1031和第二PN结1032各自的第一类型区111和第二类型区121之间形成耗尽区104，使形成于中心区103的耗尽区104的厚度近似于两倍的单个PN结形成的耗尽区104的厚度。这样，耗尽区104的增厚延长了入射光的入射长度，提高了入射光的吸收效率。进一步，结合设置防反射层150提高了入射光在入射时的吸收效率，设置反射层160提高入射光在出射时的吸收效率，提高了整个双面雪崩光电二极管100对入射光的吸收效率，该制备方法具有同样的有益效果。
在本申请实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以使固定连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或者两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请实施例的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非是另有精确具体地规定。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种双面雪崩光电二极管，其特征在于，包括第一类型衬底、第一PN结、第二PN结、第一类型电连接部、第二类型电连接部、第一类型连接部、第二类型连接部、防反射层、光入射口和反射层；
所述第一类型衬底具有第一表面和第二表面，所述第一表面和所述第二表面位于所述第一类型衬底的厚度方向的相对两侧，所述第一类型衬底具有沿所述第一类型衬底的厚度方向延伸的中心区；
所述第一PN结和所述第二PN结沿所述第一类型衬底的厚度方向间隔分布于所述中心区中，所述第一PN结位于所述中心区的靠近所述第一表面的一侧，所述第二PN结位于所述中心区的靠近所述第二表面的一侧，且所述第一PN结和所述第二PN结均包括电性连接的第一类型区和第二类型区；所述第一PN结的第二类型区位于所述第一PN结的靠近所述第一表面的一侧，所述第二PN结的第二类型区位于所述第二PN结的靠近所述第二表面的一侧；
所述第一类型电连接部和所述第二类型电连接部间隔分布于所述第一类型衬底中，且所述第一类型电连接部和所述第二类型电连接部均靠近所述第一类型衬底的沿厚度方向的表面；所述第一类型连接部和所述第二类型连接部均围绕所述中心区的至少部分外周，且至少部分所述第一类型连接部位于所述第二类型连接部的远离所述中心区的一侧；
所述第一类型连接部和所述第二类型连接部均形成于所述第一类型衬底中，所述第一类型连接部电性连接所述第一类型区和所述第一类型电连接部，使所述第一PN结的第一类型区和所述第二PN结的第一类型区并联；所述第二类型连接部电性连接所述第二类型区和所述第二类型电连接部，使所述第一PN结的第二类型区和所述第二PN结的第二类型区并联，以使所述第一PN结和所述第二PN结并联，并在所述第一PN结和所述第二PN结处各自形成耗尽区；
所述防反射层覆盖所述第一表面，并形成所述光入射口；
所述反射层至少覆盖位于所述中心区的所述第二表面。
2.根据权利要求1所述的双面雪崩光电二极管，其特征在于，所述第一类型电连接部和所述第二类型电连接部均位于所述第一类型衬底的靠近所述第一表面的一侧；
所述第一类型电连接部和所述第二类型电连接部均为围绕所述中心区的环形结构，所述第一类型电连接部位于所述第二类型电连接部的远离所述中心区的一侧。
3.根据权利要求2所述的双面雪崩光电二极管，其特征在于，所述第一类型连接部包括第一整体围绕部和形成于所述第一整体围绕部上的轴向开口，所述第二类型连接部包括第一连接部、第二连接部和轴向连接部；
所述第一整体围绕部围绕所述中心区的两个所述PN结之间的所述第一类型衬底的至少部分厚度的外周，所述轴向开口沿所述第一类型衬底的厚度方向贯穿所述第一整体围绕部；
所述第一连接部至少围绕位于所述第一PN结处的所述中心区的外周，所述第二连接部至少围绕于位于所述第二PN结处的所述中心区的外周，所述轴向连接部位于所述轴向开口中，并电性连接所述第一连接部和所述第二连接部；
或，
所述第二类型连接部包括第二整体围绕部和形成于所述第二整体围绕部上的径向开口，所述第一类型连接部包括环形部和径向连接部；
所述第二整体围绕部围绕所述中心区的外周，所述径向开口连通位于所述中心区的两个所述PN结之间的所述第一类型衬底和所述第二整体围绕部的外周；
所述环形部围绕位于所述径向开口处的所述第二整体围绕部的外周，所述径向连接部位于所述径向开口中，并电性连接所述中心区的两个PN结之间的所述第一类型衬底和所述环形部。
4.根据权利要求2或3所述的双面雪崩光电二极管，其特征在于，还包括第一类型辅助连接部，所述第一类型辅助连接部形成于所述第一类型衬底的靠近所述第一表面的一侧，所述第一类型辅助连接部电性连接所述第一类型连接部和所述第一类型电连接部。
5.根据权利要求1-3任一项所述的双面雪崩光电二极管，其特征在于，还包括电引出端，所述第一类型电连接部和所述第二类型电连接部均各自连接有一个所述电引出端，所述第一类型电连接部的所述电引出端和所述第二类型电连接部的所述电引出端电性隔离。
6.根据权利要求5所述的双面雪崩光电二极管，其特征在于，所述第一类型电连接部的所述电引出端与所述第一类型电连接部之间设置有硅化物层，所述第一类型电连接部的所述电引出端与所述第一类型电连接部通过所述硅化物层电性连接；
和/或，
所述第二类型电连接部的所述电引出端与所述第二类型电连接部之间设置有硅化物层，所述第二类型电连接部的所述电引出端与所述第二类型电连接部通过所述硅化物层电性连接。
7.根据权利要求1-3任一项所述的双面雪崩光电二极管，其特征在于，所述防反射层包括层叠设置于所述第一表面的第一介质层和氧化物防反射层，所述第一介质层连接所述第一表面，所述氧化物防反射层设置于所述第一介质层的远离所述第一表面的一侧；
所述反射层包括层叠设置于所述第二表面的第二介质层和金属反射层，所述第二介质层连接所述第二表面，所述金属反射层设置于所述第二介质层的远离所述第二表面的一侧。
8.根据权利要求7所述的双面雪崩光电二极管，其特征在于，所述第一介质层、所述第一类型衬底和所述第二介质层形成对入射光线具有谐振作用的谐振腔。
9.一种双面雪崩光电二极管的制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1-8中任一项所述的双面雪崩光电二极管，包括以下步骤：
提供衬底，所述衬底为第一导电类型的低浓度掺杂区；
在所述衬底中靠近所述衬底的沿厚度方向的其中一个表面的一侧形成第一类型连接部；
在所述衬底的靠近所述第一类型连接部的表面上形成第一类型外延层，所述第一类型外延层和所述衬底构成第一类型衬底，所述第一类型连接部埋设于所述第一类型衬底中，所述第一类型衬底具有沿所述第一类型衬底的厚度方向延伸的中心区，所述第一类型连接部围绕在所述中心区的外周；
在所述中心区中靠近所述第一类型衬底的第一表面一侧形成第一PN结，所述第一PN结包括电性连接的第一类型区和第二类型区，所述第二类型区位于所述第一PN结的靠近所述第一表面的一侧；
在所述第一类型衬底中靠近所述第一表面的一侧形成第二类型连接部的第一部分，所述第一部分至少围绕位于所述第一PN结处的所述中心区的外周，并与所述第二类型区电性连接；
在所述第一类型衬底中靠近所述第一表面的一侧形成第一类型辅助连接部，所述第一类型辅助连接部围绕所述第一部分的外周，且所述第一类型辅助连接部与所述第一部分间隔设置，所述第一类型辅助连接部与所述第一类型连接部电性连接；
在所述第一类型辅助连接部中靠近所述第一表面的一侧形成第一类型电连接部；
在所述第二类型连接部中靠近所述第一表面的一侧形成第二类型电连接部；
在所述第一表面上形成防反射层和电引出端，所述防反射层覆盖所述第一表面，并形成光入射口，所述第一类型电连接部和第二类型电连接部各自电性连接有一个所述电引出端，所述第一类型电连接部的所述电引出端和所述第二类型电连接部的所述电引出端电性隔离；
在所述第一表面连接临时硅片；
减薄所述第一类型衬底的远离所述第一表面的一侧，并形成第二表面，所述第二表面与所述第一表面分别位于所述第一类型衬底的沿厚度方向的相对两侧；
在所述中心区中靠近所述第二表面的一侧形成第二PN结，所述第二PN结包括电性连接的第一类型区和第二类型区，所述第二PN结的第二类型区位于所述第二PN结的靠近所述第二表面的一侧；
在所述第一类型衬底中形成所述第二类型连接部的第二部分，所述第二部分至少围绕位于所述第二PN结处的所述中心区的外周，并与所述第二PN结的所述第二类型区和所述第一部分均电性连接；
在所述第二表面上形成反射层，所述反射层至少覆盖位于所述中心区的所述第二表面；
去除所述临时硅片。
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