CN114093962A - 单光子雪崩二极管和光电探测器阵列 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及单光子雪崩二极管和光电探测器阵列。该单光子雪崩二极管包括：第一类型衬底；第二类型外延层，设置于第一类型衬底的一侧；在第二类型外延层的背离第一类型衬底的一侧形成凹坑，在凹坑内、沿第一类型衬底指向第二类型外延层的方向依次设置的第一类型轻掺杂层、第一类型掺杂层和第一类型重掺杂层；第二类型重掺杂埋层，设置在凹坑底部中心位置处，且位于第一类型轻掺杂层与第二类型外延层的交界凹陷内；其中，位于第二类型重掺杂层环周的第一类型轻掺杂层形成保护环；其中，第一类型和第二类型分别为电子型和空穴型中的一种。由此，通过设置保护环围绕掺杂层的环周设置，能够降低击穿概率，提升填充因子，以提高探测效率。

Description

单光子雪崩二极管和光电探测器阵列
技术领域
本公开涉及光电技术领域，尤其涉及一种单光子雪崩二极管和光电探测器阵列。
背景技术
单光子雪崩二极管(Single Photon Avalanche Diode，SPAD)，是一种工作在盖革模式(工作电压大于击穿电压)下的雪崩光电二极管。因其具有探测效率高、功耗低、响应速度快等优点，在光谱学、量子通信与三维成像等方面都得到广泛应用。SPAD的工作原理是：在盖革模式下，当SPAD吸收光子时，在雪崩区产生电子-空穴对，并在强电场作用下发生雪崩倍增效应，形成雪崩电流。
基于此，通过将大量SPAD单元在硅片上排布为二维阵列并进行连接，可以组成硅光电倍增器(Silicon Photomultiplier，SiPM)。为保证SiPM的高探测效率，需要提高光敏区的填充因子。
发明内容
为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种能够提高光敏区的填充因子，以提高探测效率的单光子雪崩二极管和光电探测器阵列。
本公开提供了一种单光子雪崩二极管，该单光子雪崩二极管包括：
第一类型衬底；
第二类型外延层，设置于所述第一类型衬底的一侧；
在所述第二类型外延层的背离所述第一类型衬底的一侧形成凹坑，在所述凹坑内、沿所述第一类型衬底指向所述第二类型外延层的方向依次设置的第一类型轻掺杂层、第一类型掺杂层和第一类型重掺杂层；且，在所述第二类型外延层背离所述第一类型衬底的表面，所述第一类型掺杂层环绕所述第一类型重掺杂层，所述第一类型轻掺杂层环绕所述第一类型掺杂层；
第二类型重掺杂埋层，设置在所述凹坑底部中心位置处，且位于所述第一类型轻掺杂层与所述第二类型外延层的交界凹陷内；
其中，位于所述第二类型重掺杂层环周的所述第一类型轻掺杂层形成保护环；
其中，第一类型和第二类型分别为电子型和空穴型中的一种。
在一些实施例中，所述第一类型掺杂层/所述第二类型重掺杂埋层的掺杂浓度高于所述第一类型轻掺杂层/所述第二类型外延层的掺杂浓度。
在一些实施例中，所述第一类型掺杂层/所述第一类型轻掺杂层与所述第二类型重掺杂埋层构成雪崩区域，所述雪崩区域对应的耗尽层宽度为0.5μm～0.8μm。
在一些实施例中，所述第一类型轻掺杂层与所述第二类型重掺杂埋层构成PN结；所述PN结的深度为0.8μm～1.0μm。
在一些实施例中，该单光子雪崩二极管还包括：
阴极，与包围所述第一类型轻掺杂层的所述第二类型外延层在相对两侧电接触；
阳极，与所述第一类型重掺杂层电接触。
本公开还提供了一种光电探测器阵列，该光电探测器阵列包括上述任一种单光子雪崩二极管；
所述单光子雪崩二极管阵列排布。
在一些实施例中，沿阵列中的至少一个方向，相邻两个所述单光子雪崩二极管的所述保护环存在交叠。
在一些实施例中，沿阵列中的行方向和/或列方向，相邻两个所述单光子雪崩二极管的所述保护环存在交叠。
在一些实施例中，该光电探测器阵列还包括：
隔离层，沿垂直于所述第一类型衬底的方向贯穿于所述保护环的交叠区域内，用于实现相邻的所述单光子雪崩二极管之间的电隔离。
在一些实施例中，所述隔离层采用浅沟道隔离。
本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：本公开实施例提供的单光子雪崩二极管包括第一类型衬底；第二类型外延层，设置于第一类型衬底的一侧；在第二类型外延层的背离第一类型衬底的一侧形成凹坑，在凹坑内、沿第一类型衬底指向第二类型外延层的方向依次设置的第一类型轻掺杂层、第一类型掺杂层和第一类型重掺杂层；第二类型重掺杂埋层，设置在凹坑底部中心位置处，且位于第一类型轻掺杂层与第二类型外延层的交界凹陷内；其中，位于第二类型重掺杂层环周的第一类型轻掺杂层形成保护环；其中，第一类型和第二类型分别为电子型和空穴型中的一种。由此，通过设置保护环围绕第二类型重掺杂层环周设置，能够减小保护环所占用的空间，同时能够有效降低边缘击穿的出现概率，改善单光子雪崩二极管边缘电场的分布，降低暗计数，从而有利于提高填充因子，以提升光电探测器阵列的探测效率。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
为了更清楚地说明本公开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简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本公开实施例提供的一种单光子雪崩二极管的结构示意图；
图2为本公开实施例提供的一种光电探测器阵列的结构示意图；
图3为图2示出的光电探测器阵列的一种电流分布示意图；
图4为图2示出的光电探测器阵列的另一种电流分布示意图；
图5-图8分别为图2示出的光电探测器阵列中两单元在不同阴极电压下的IV特性曲线对比图；
图9为图2示出的光电探测器阵列中两单元击穿电压值随阴极电压的变化趋势示意图；
图10为本公开实施例提供的另一种光电探测器阵列的结构示意图。
其中，1、单光子雪崩二极管；11、第一类型衬底；12、第二类型外延层；13、第一类型轻掺杂层；14、第一类型掺杂层；15、第一类型重掺杂层；16、第二类型重掺杂埋层；17、阴极；18、阳极；2、光电探测器阵列；21、隔离层。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。
结合背景技术，相关技术中，单光子雪崩二极管组成的光电探测器阵列最大可以达到1M像素(pixel)，其填充因子在7％～13.4％之间。对于小光敏区的单光子雪崩二极管而言，光敏区最小可以达到3微米，则其填充因子可达14％。对于现有的SPAD结构而言，如果要减小器件大小，则会导致填充因子的降低。为此，目前国外有多个研究组分别提出阱共用、虚拟保护环共用、三维堆叠结构以及集成微透镜的结构，以提高填充因子。
具体地，以PN型单光子雪崩二极管为例，相关技术中的问题可被包括：第一，单光子雪崩二极管的雪崩区域由P+区域与N阱构成，雪崩区域较窄，且PN结较浅，由此导致带带隧穿发生率较高；针对此，为了保证单光子雪崩二极管可以正常工作，则需要设置大尺寸的保护环，以避免出现过早的边缘击穿，而大尺寸保护环的设计不利于提高光敏区的填充因子。第二，保护环通常采用扩散保护环结构，其占用的空间较大，不利于提高光敏区的填充因子；同时，加大过偏压时容易出现边缘击穿，导致暗计数较高，填充因子较低；而且，针对单光子雪崩二极管阵列构成的硅光电倍增器而言，单光子雪崩二极管的光敏区的填充因子越高，硅光电倍增器光敏区的填充因子也越高，其探测效率越高。第三，对于单光子雪崩二极管阵列(即光电探测器阵列)而言，由于相邻单光子雪崩二极管单元间的距离较远，进一步导致填充因子降低，例如普遍在10％左右。
为了解决上述问题中的至少一个，本专利提出了一种新型结构的单光子雪崩二极管以及包括该单光子雪崩二极管的光电探测器阵列，其中，通过设置位于第二类型重掺杂层环周的第一类型轻掺杂层形成保护环，即保护环围绕第二类型重掺杂层环周设置，能够减小保护环所占用的空间，同时能够有效降低边缘击穿的出现概率，改善单光子雪崩二极管边缘电场的分布，降低暗计数，从而有利于提高光敏区的填充因子，进而提高探测效率。
下面结合图1-图10，对本公开实施例提供的单光子雪崩二极管、光电探测器阵列以及能够实现的有益效果进行示例性说明。
在一些实施例中，如图1所示，该单光子雪崩二极管1包括：第一类型衬底11；第二类型外延层12，设置于第一类型衬底11的一侧；在第二类型外延层12的背离第一类型衬底11的一侧形成凹坑，在凹坑内、沿第一类型衬底11指向第二类型外延层12的方向依次设置的第一类型轻掺杂层13、第一类型掺杂层14和第一类型重掺杂层15；且，在第二类型外延层12背离第一类型衬底11的表面，第一类型掺杂层14环绕第一类型重掺杂层15，第一类型轻掺杂层13环绕第一类型掺杂层14；第二类型重掺杂埋层16，设置在凹坑底部中心位置处，且位于第一类型轻掺杂层13与第二类型外延层12的交界凹陷内；其中，位于第二类型重掺杂层环周的第一类型轻掺杂层13形成保护环；其中，第一类型和第二类型分别为电子型和空穴型中的一种。
其中，第一类型为电子型(N型)时，第二类型为空穴型(P型)，此时，该单光子雪崩二极管为NP型SPAD；或者第一类型为空穴型，第二类型为电子型，此时，该单光子雪崩二极管为PN型SPAD。本公开实施例中以PN型SPAD为例，对单光子雪崩二极管1进行示例性说明，NP型SPAD的结构和工作原理可参照此理解，本文中不赘述。
示例性地，参照图1，PN型SPAD中，第一类型衬底11为P型衬底，第二类型外延层12为N型外延层，第一类型轻掺杂层13为P-层，第一类型掺杂层14为P型层，第一类型重掺杂层15为P+层，第二类型重掺杂埋层16为N+埋层。
由此，该PN型SPAD的结构主要包括：P型衬底、形成在P型衬底上的高掺杂浓度的N型外延层、在N型外延层中通过离子注入等方式形成的P+/P/P-层以及在P-/N型外延层的交界位置处形成的N+埋层；其中，N型外延层包括围绕成凹坑的重掺杂N阱。
其中，保护环为位于N+埋层环周的P-层，其围绕N+埋层的环周设置，而非采用扩散保护环结构，有利于减少保护环所占用的空间大小，从而增加有效光敏面积，提升填充因子；同时，利用环周设置的保护环，能够有效降低边缘击穿的出现概率，改善单光子雪崩二极管边缘电场的分布，降低暗计数，从而有利于提高光敏区的填充因子，进而提高探测效率。
在其他实施方式中，当该单光子雪崩二极管1为NP型SPAD时，其结构可包括：N型衬底、形成在N型衬底上的高掺杂浓度的P型外延层、在P型外延层中通过离子注入等方式形成的N+/N/N-层以及在N-/P型外延层的交界位置处形成的P+埋层；其中，P型外延层包括围绕成凹坑的重掺杂P阱。其中，保护环为位于P+埋层环周的N-层，其围绕P+埋层的环周设置，而非采用扩散保护环结构，从而有利于减小其所占用的空间大小，且降低边缘击穿的概率，进而有利于提升填充因子，提高探测效率。
本公开实施例提供的单光子雪崩二极管1中，通过设置位于第二类型重掺杂层16环周的第一类型轻掺杂层13形成保护环，即保护环围绕第二类型重掺杂层16环周设置，能够减小保护环所占用的空间，同时能够有效降低边缘击穿的出现概率，改善单光子雪崩二极管1边缘电场的分布，降低暗计数，从而有利于提高光敏区的填充因子，进而提高探测效率。
在一些实施例中，第一类型掺杂层14/第二类型重掺杂埋层16的掺杂浓度高于第一类型轻掺杂层13/第二类型外延层12的掺杂浓度。
示例性地，结合上文，以PN型SPAD为例，P/N+埋层的掺杂浓度要高于P-/N型外延层的掺杂浓度，如此，SPAD器件中心区域电场要高于环周区域的电场，从而避免边缘击穿的出现。
与之类似的，对于NP型SPAD而言，N/P+埋层的掺杂浓度要高于N-/P型外延层的掺杂浓度，如此，SPAD器件中心区域电场要高于环周区域的电场，从而避免边缘击穿的出现。
本公开实施例中，通过上述掺杂浓度的限定，使得SPAD中心区域的电场高于环周区域的电场，从而能够有效避免边缘击穿现象的出现，降低暗计数，提升填充因子，进而提升探测效率。
在一些实施例中，第一类型掺杂层14/第一类型轻掺杂层13与第二类型重掺杂埋层16构成雪崩区域，雪崩区域对应的耗尽层宽度为0.5μm～0.8μm。
如此设置，可形成较宽的耗尽层，从而有利于增大光敏面积，进而提升填充因子，提高探测效率。
示例性地，耗尽层宽度可为0.5μm、0.8μm、0.65μm～0.7μm、0.75μm、0.78μm或其他宽度值或宽度范围，在此不限定。
结合上文，对于PN型SPAD而言，雪崩区域位于P/P-/N+埋层处；对于NP型SPAD而言，雪崩区域位于N/N-/P+埋层处。
在其他实施方式中，耗尽层宽度还可为小于0.5μm或者大于0.8μm的其他宽度值或者宽度范围，可基于SPAD的需求设置，在此不限定。
在一些实施例中，第一类型轻掺杂层13与第二类型重掺杂埋层16构成PN结；PN结的深度为0.8μm～1.0μm。
如此设置，可形成较深的PN结，从而有利于提升光利用率，进而提升填充因子，提高探测效率。
示例性地，PN结的深度可为0.8μm、1.0μm、0.9μm～1.0μm、0.85μm、0.95μm或其他深度值或深度范围，在此不限定。
结合上文，对于PN型SPAD而言，N+埋层与P-层构成PN结；对于NP型SPAD而言，P+埋层与N-层构成PN结。
在其他实施方式中，PN结深度还可为小于0.8μm或者大于1.0μm的其他深度值或者深度范围，可基于SPAD的需求设置，在此不限定。
在一些实施例中，继续参照图1，该单光子雪崩二极管1还包括：阴极17，与包围第一类型轻掺杂层13的第二类型外延层12在相对两侧电接触；阳极18，与第一类型重掺杂层15电接触。
其中，第一类型重掺杂层15为阳极接触区，两侧的第二类型外延层12为阴极接触区，以分别电连接阳极18和阴极17。
结合上文，以PN型SPAD为例，N型外延层上设置有PN结合雪崩区域，且P+层背离P型衬底的区域为阳极接触区，N型外延层位于P-层两侧的区域为阴极接触区。以NP型SPAD为例，P型外延层上设置有PN结和雪崩区域，且N+层背离N型衬底的区域为阳极接触区，P型外延层位于N-层两侧的区域为阴极接触区。
本公开实施例中，通过阳极18和阴极17将探测信号引出，通过对阳极18和阴极17进行设置，可降低其对探测信号的影响，从而提高探测准确性。
本公开实施例中，通过设置保护环位于第二类型重掺杂埋层的环周，在减少了保护环占用空间的同时，有效地抑制了边缘击穿的出现，即改善器件边缘电场分布，提高过偏压，降低由于边沿击穿引起的带带隧穿，降低暗计数，提升填充因子；进一步地，通过设置宽耗尽层、深PN结以及调整第二类型重掺杂埋层的大小，能够提高光敏区直径，进而提高填充因子，提高探测效率。
在上述实施方式的基础上，本公开实施例还提供了一种光电探测器阵列，该光电探测器阵列包括上述实施方式中的任一种单光子雪崩二极管，能够实现对应的有益效果。
下面结合图2-图10，对本公开实施例提供的光电探测器阵列及其能够实现的有益效果进行示例性说明。
在一些实施例中，如图2或图10所示，光电探测器阵列2中的单光子雪崩二极管1阵列排布。
示例性地，参照图2，2个单光子雪崩二极管1可并排设置。或者参照图10，4个单光子雪崩二极管1可呈两行两列的方式排布。
在其他实施方式中，光电探测器阵列2中的单光子雪崩二极管1的数量还可为3个、5个或更多个，其排布方式还可设置为其他方式，在此不限定。
在一些实施例中，继续参照图2或图10，沿阵列中的至少一个方向，相邻两个单光子雪崩二极管1的保护环存在交叠。
如此设置，能够进一步减小光电探测器阵列2中的各单光子雪崩二极管1的保护环所占用的整体面积，从而增大有效光敏面积，提升填充因子。
示例性地，在阵列排布的单光子雪崩二极管的阵列中，可沿阵列的列方向、行方向或者阵列中的任意方向设置相邻单光子雪崩二极管1的保护环交叠，在此不限定。
本公开实施例中，通过设置光电探测器阵列2中，两个临近的单光子雪崩二极管1的保护环进行交叠，能够增大有效光敏面积，提升填充因子。
在一些实施例中，继续参照图10，沿阵列中的行方向和/或列方向，相邻两个单光子雪崩二极管1的保护环存在交叠。
其中，沿阵列中的行方向，相邻两个单光子雪崩二极管1的保护环存在交叠；或者，沿阵列中的列方向，相邻两个单光子雪崩二极管1的保护环存在交叠；或者，沿阵列中的行方向和列方向，相邻的单光子雪崩二极管1的保护环均存在交叠，以实现减小保护环整体占用的空间，增大有效光敏面积，提升填充因子。
在一些实施例中，该光电探测器阵列2还包括：隔离层21，沿垂直于第一类型衬底11的方向贯穿于保护环的交叠区域内，用于实现相邻的单光子雪崩二极管1之间的电隔离。
如此设置，通过隔离层21将保护环存在交叠的单光子雪崩二极管1隔离开，以防止出现电学串扰，从而确保较高的探测准确性和分辨率。
在一些实施例中，隔离层21采用浅沟道(Shallow Trench Isolation，STI)隔离。
本公开实施例中，为了提高填充因子，将两临近的单光子雪崩二极管1的保护环交叠设置，同时在两相邻的单光子雪崩二极管1之间采用1.2μm左右的浅沟道进行隔离，以防止出现电学串扰，确保较高的探测准确性和分辨率。
在上述实施方式的基础上，以单个单光子雪崩二极管的形状为正方形，单光子雪崩二极管中光敏区的形状为圆形为例，对本公开实施例提供的光电探测器阵列能够实现的有益效果进行示例性说明。
其中，两相邻像元(即单光子雪崩二极管)之间的间隔为L，单个单光子雪崩二极管中第一类型轻掺杂层的边长为L，光敏区(即第二类型重掺杂埋层，也可称为“有源区”)的直径为D，则填充因子FF的计数公式可表示为两面积之间的比值，即：
FF＝πD2/4L2
由此，当光敏区的直径为10μm时，间隔L最小可为12μm，其对应的光电探测器阵列的填充因子最大可以超过50％；当光敏区的直径为2μm时，间隔L最小可为4μm，此时填充因子为19.6％，即能实现接近20％的填充因子。
在其他实施方式中，为了确保较大的填充因子，可以尽可能增大光敏区的直径，和/或，尽可能减小间隔L，在此不限定。
示例性地，结合图2或图10，由于浅沟道与雪崩区域之间没有接触，由此能够避免加工缺陷所引起的暗计数的增加，确保暗计数较少，填充因子较高。为了验证电隔离效果，采用TCAD进行了仿真模拟。
示例性地，如图3所示，为共用保护环的两个SPAD工作时的一种电流分布示意图。由图3可知，共用保护环的相邻两个SPAD中，其中一个SPAD的电流不会流至另外一个SPAD的范围内，即阳极间的电流不发生串扰，二者可分别独立运行。
示例性地，如图4所示，为共用保护环的两个SPAD工作时的另一种电流分布示意图。由图4可知，当其中一个SPAD(即SPAD1)处于雪崩击穿状态时，另一个SPAD(即SPAD2)还能保持在未击穿状态；即当SPAD1的电流分布发生变化时，SPAD2的电流分布并不受影响，从而实现两个SPAD之间的电学隔离。
示例性地，如图5-图8所示，分别示出了将阳极的电压设置为6V、8V、12V和16V，并保持低于SPAD的击穿电压时的电流随阴极电压变化的IV特性曲线。其中，横轴V代表阴极电压，SPAD1的阴极电压为从0逐渐增加的反向电压，单位为伏(V)，SPAD2的阴极电压保持在0V；纵轴Y1和Y2分别代表两个SPAD的电流，单位为安(A)。其中，L11、L21、L31和L41以Y1为纵轴，均代表SPAD1的电流变化趋势；L21、L22、L32和L42以Y2为纵轴，均代表SPAD2的电流变化趋势。由图5-图8可知，两个SPAD中，当SPAD2处于击穿状态时，SPAD1仍保持在未击穿的状态而不受影响，从而实现了两个相邻的SPAD之间的电学隔离，即二者之间不会发生电学串扰，从而确保了较高的探测准确性和分辨率。
示例性地，在图5-图8的基础上，如图9所示，示出了不同阳极电压下的击穿电压变化趋势。其中，横轴V1代表加在阳极上的电压，纵轴V2代表击穿时的电压差，单位均为伏(V)，折线L05代表电压差随阳极电压的变化趋势。结合图5-图9可知，在不同的阳极电压下，例如阳极电压分别为6V、8V、12V和16V时，两个SPAD的击穿点的电压间隔均保持在10V左右，SPAD2出现击穿的电压保持在30V左右；由此，最大过偏压为10V。而通常SPAD的偏压在2V左右，因此，该光电探测器阵列工作时，当其中某个SPAD出现雪崩击穿后，并不会导致相邻SPAD也出现击穿，从而可以有效地避免出现电学串扰。
在上述实施方式中，衬底材料可为硅衬底材料，将单光子雪崩二极管排布在硅衬底上形成二维阵列，可得到SiPM。
在上述实施方式中，第二类型外延层可为高掺杂的外延层。在其他实施方式中，为了将SPAD的制备工艺与CMOS集成工艺进行匹配，还可将高掺杂的第二类型外延层用低掺杂的第二类型埋层进行替换，并在阴极处进行第二类型掺杂，以连接阴极与第二类型埋层。
本公开实施例提供的光电探测器阵列中，SPAD可阵列排布，且相邻SPAD之间的保护环交叠，并利用STI进行隔离，在避免出现电学窜扰的情况下，提高光电探测器阵列的填充因子，提升其探测效率。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种单光子雪崩二极管，其特征在于，包括：
第一类型衬底；
第二类型外延层，设置于所述第一类型衬底的一侧；
在所述第二类型外延层的背离所述第一类型衬底的一侧形成凹坑，在所述凹坑内、沿所述第一类型衬底指向所述第二类型外延层的方向依次设置的第一类型轻掺杂层、第一类型掺杂层和第一类型重掺杂层；且，在所述第二类型外延层背离所述第一类型衬底的表面，所述第一类型掺杂层环绕所述第一类型重掺杂层，所述第一类型轻掺杂层环绕所述第一类型掺杂层；
第二类型重掺杂埋层，设置在所述凹坑底部中心位置处，且位于所述第一类型轻掺杂层与所述第二类型外延层的交界凹陷内；
其中，位于所述第二类型重掺杂层环周的所述第一类型轻掺杂层形成保护环；
其中，第一类型和第二类型分别为电子型和空穴型中的一种。
2.根据权利要求1所述的单光子雪崩二极管，其特征在于，所述第一类型掺杂层/所述第二类型重掺杂埋层的掺杂浓度高于所述第一类型轻掺杂层/所述第二类型外延层的掺杂浓度。
3.根据权利要求1所述的单光子雪崩二极管，其特征在于，所述第一类型掺杂层/所述第一类型轻掺杂层与所述第二类型重掺杂埋层构成雪崩区域，所述雪崩区域对应的耗尽层宽度为0.5μm～0.8μm。
4.根据权利要求1所述的单光子雪崩二极管，其特征在于，所述第一类型轻掺杂层与所述第二类型重掺杂埋层构成PN结；所述PN结的深度为0.8μm～1.0μm。
5.根据权利要求1-4任一项所述的单光子雪崩二极管，其特征在于，还包括：
阴极，与包围所述第一类型轻掺杂层的所述第二类型外延层在相对两侧电接触；
阳极，与所述第一类型重掺杂层电接触。
6.一种光电探测器阵列，其特征在于，包括权利要求1-5任一项所述的单光子雪崩二极管；
所述单光子雪崩二极管阵列排布。
7.根据权利要求6所述的光电探测器阵列，其特征在于，沿阵列中的至少一个方向，相邻两个所述单光子雪崩二极管的所述保护环存在交叠。
8.根据权利要求7所述的光电探测器阵列，其特征在于，沿阵列中的行方向和/或列方向，相邻两个所述单光子雪崩二极管的所述保护环存在交叠。
9.根据权利要求7或8所述的光电探测器阵列，其特征在于，还包括：
隔离层，沿垂直于所述第一类型衬底的方向贯穿于所述保护环的交叠区域内，用于实现相邻的所述单光子雪崩二极管之间的电隔离。
10.根据权利要求9所述的光电探测器阵列，其特征在于，所述隔离层采用浅沟道隔离。
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