CN115332383A - Apd、apd的制备方法、探测器及激光雷达系统 - Google Patents

Apd、apd的制备方法、探测器及激光雷达系统 Download PDF

Info

Publication number
CN115332383A
CN115332383A CN202110513633.2A CN202110513633A CN115332383A CN 115332383 A CN115332383 A CN 115332383A CN 202110513633 A CN202110513633 A CN 202110513633A CN 115332383 A CN115332383 A CN 115332383A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
apd
gain
multiplication
charge
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.)
Pending
Application number
CN202110513633.2A
Other languages
English (en)
Inventor
沈红明
赵彦立
丁云
李达攀
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.)
Huawei Technologies Co Ltd
Original Assignee
Huawei Technologies Co Ltd
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 Huawei Technologies Co Ltd filed Critical Huawei Technologies Co Ltd
Priority to CN202110513633.2A priority Critical patent/CN115332383A/zh
Priority to PCT/CN2022/088292 priority patent/WO2022237495A1/zh
Priority to EP22806465.5A priority patent/EP4322230A1/en
Publication of CN115332383A publication Critical patent/CN115332383A/zh
Priority to US18/506,294 priority patent/US20240079512A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. phototransistors
    • H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier or surface barrier
    • H01L31/107—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier or surface barrier the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiode
    • H01L31/1075—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier or surface barrier the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiode in which the active layers, e.g. absorption or multiplication layers, form an heterostructure, e.g. SAM structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. phototransistors
    • H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier or surface barrier
    • H01L31/107—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier or surface barrier the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiode
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/89—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S17/894—3D imaging with simultaneous measurement of time-of-flight at a 2D array of receiver pixels, e.g. time-of-flight cameras or flash lidar
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/28—Details of pulse systems
    • G01S7/285—Receivers
    • G01S7/292—Extracting wanted echo-signals
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/4865—Time delay measurement, e.g. time-of-flight measurement, time of arrival measurement or determining the exact position of a peak
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
    • H01L31/0264—Inorganic materials
    • H01L31/0304—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
    • H01L31/03046—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds including ternary or quaternary compounds, e.g. GaAlAs, InGaAs, InGaAsP
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/184—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIIBV compounds, e.g. GaAs, InP

Abstract

本申请适用于半导体器件技术领域，提供了一种APD、APD的制备方法、探测器及激光雷达系统，APD包括：第一电极、衬底层、缓冲层、增益层、渐变层、吸收层、扩散阻挡层、接触层和第二电极，增益层、渐变层和吸收层依次纵向排布，增益层、渐变层和吸收层位于缓冲层和扩散阻挡层之间；增益层包括至少两个增益单元，各增益单元堆叠排布；每个增益单元包括纵向排布的倍增层和电荷层，电荷层与渐变层之间的距离小于倍增层与渐变层之间的距离，可以通过多个倍增层和多个电荷层进行控制形成APD的增益平坦区，可以提高APD的温度稳定性，降低APD的温度漂移，可以降低APD在温度发生变化时的增益变化程度，从而可以提高APD的可靠性。

Description

APD、APD的制备方法、探测器及激光雷达系统
技术领域
本申请涉及半导体器件技术领域，尤其涉及一种雪崩光电二极管(avalanchephotodiode，APD)、APD的制备方法、探测器及激光雷达系统。
背景技术
APD具有带宽高、暗电流低的特点，常用于光通信、阵列成像系统和单光子探测等领域。例如，在超远距离探测的脉冲飞行时间(time of flight，TOF)激光雷达系统中，APD可以作为脉冲TOF激光雷达系统的探测器。
图1是现有技术中APD的结构示意图，如图1所示，APD可以包括：衬底101、缓冲层102、吸收层103、渐变过渡层104、电荷层105、倍增层106和接触层107。其中，衬底101、缓冲层102、电荷层105、倍增层106和接触层107由磷化铟(InP)材料生成，吸收层103由砷化铟镓(InGaAs)材料生成，渐变过渡层104由磷化铟镓砷(InGaAsP)材料生成。图2是APD内部各层随着与接触层107之间的距离的变化，各层分别对应的电场强度分布示意图，吸收层103可以产生光生载流子，并且在倍增层106的较高的电场强度的作用下发生碰撞离化，从而实现内部增益。
但是，参见图3，APD在反向偏压到达APD的击穿点附近时才能够获得较高的增益，而APD对温度敏感，当APD的温度发生变化时，APD的击穿电压受到温度漂移的影响也会发生变化，则APD的增益同样会出现变化。由于APD在击穿点附近时增益曲线的斜率较高，因此，APD在温度发生变化时的增益会发生剧烈变化，从而使性能受到严重影响。
发明内容
本申请提供一种APD、APD的制备方法、探测器及激光雷达系统，解决了现有技术中APD在温度发生变化时，APD的性能受到严重影响的问题。
为达到上述目的，本申请采用如下技术方案：
第一方面，提供一种雪崩光电二极管APD，所述APD包括：第一电极、衬底层、缓冲层、增益层、渐变层、吸收层、扩散阻挡层、接触层和第二电极，所述第一电极、所述衬底层、所述缓冲层、所述扩散阻挡层、所述接触层和所述第二电极自下向上设置；
所述增益层、所述渐变层和所述吸收层依次纵向排布，所述增益层、所述渐变层和所述吸收层位于所述缓冲层和所述扩散阻挡层之间；
所述增益层包括：至少两个增益单元，各所述增益单元堆叠排布；
对于每个所述增益单元，所述增益单元包括纵向排布的倍增层和电荷层，所述电荷层与所述渐变层之间的距离，小于所述倍增层与所述渐变层之间的距离。
通过对多个倍增层和多个电荷层进行调控，可以形成APD的增益平坦区，从而可以提高APD的温度稳定性，降低APD的温度漂移，可以降低APD在温度发生变化时的增益变化程度，进而可以提高APD的可靠性。
在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述增益层与所述缓冲层之间的距离，小于所述渐变层与所述缓冲层之间的距离。
通过将缓冲层和渐变层设置在增益层的两侧，可以形成电子型APD，从而可以将电子作为APD的载流子，可以提高APD的灵活性。
基于第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第二种可能的实现方式中，至少两个所述增益单元包括：第一增益单元和第二增益单元，所述第二增益单元与所述渐变层之间的距离，大于所述第一增益单元与所述渐变层之间的距离；
所述第一增益单元包括：第一倍增层和第一电荷层，所述第二增益单元包括：第二倍增层和第二电荷层。
基于第一方面的第二种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述第一电荷层由p型砷化铟铝InAlAs材料或p型磷化铟InP材料生成，所述第二电荷层由n型InAlAs材料或n型InP材料生成，所述第一倍增层和所述第二倍增层均由本征InAlAs材料或本征InP材料生成；
或者，所述第一电荷层由p型硅Si材料生成，所述第二电荷层由n型Si材料生成，所述第一倍增层和所述第二倍增层均由本征Si材料或本征锗Ge材料生成。
通过p型掺杂的第一电荷层和n型掺杂的第二电荷层，可以实现对APD内部电场和APD增益的精确调控，结合对第一倍增层的厚度进行控制，可以有效提高APD的增益，再通过对第一倍增层的电场强度和第二倍增层的电场强度进行控制，使得第二倍增层的电场强度小于第一倍增层的电场强度，可以形成APD的增益平坦区。
在第一方面的第四种可能的实现方式中，所述增益层与所述缓冲层之间的距离，大于所述渐变层与所述缓冲层之间的距离。
通过将缓冲层和渐变层设置在吸收层的两侧，可以形成空穴型APD，从而可以将空穴作为APD的载流子，可以提高APD的灵活性。
基于第一方面的第四种可能的实现方式，在第一方面的第五种可能的实现方式中，至少两个所述增益单元包括：第一增益单元和第二增益单元，所述第二增益单元与所述渐变层之间的距离，小于所述第一增益单元与所述渐变层之间的距离；
所述第一增益单元包括：第一倍增层和第一电荷层，所述第二增益单元包括：第二倍增层和第二电荷层。
基于第一方面的第五种可能的实现方式，在第一方面的第六种可能的实现方式中，所述第一电荷层和所述第二电荷层均由n型InAlAs材料或n型InP材料生成，所述第一倍增层和所述第二倍增层均由本征InAlAs材料或本征InP材料生成；
或者，所述第一电荷层和所述第二电荷层均由n型Si材料生成，所述第一倍增层和所述第二倍增层均由本征Si材料或本征Ge材料生成。
通过n型掺杂的第一电荷层和第二电荷层，可以实现对APD内部电场和APD增益的精确调控，结合对第一倍增层的厚度进行控制，可以有效提高APD的增益，再通过对第一倍增层的电场强度和第二倍增层的电场强度进行控制，使得第二倍增层的电场强度小于第一倍增层的电场强度，可以形成APD的增益平坦区。
基于第一方面的第二种、第三种、第五种和第六种中任意一种可能的实现方式，在第一方面的第七种可能的实现方式中，所述增益单元还包括：第三增益单元，所述第三增益单元与所述第一增益单元之间的距离，大于所述第二增益单元与所述第一增益单元之间的距离；
所述第三增益单元包括：第三倍增层和第三电荷层，所述第三电荷层由n型材料生成，所述第三倍增层由本征材料生成。
通过在APD内设置多个增益单元，可以得到多个倍增层和多个电荷层，通过多个倍增层和多个电荷层可以方便地对APD的增益和内部电场强度进行更精准的调控，从而可以得到与应用场景更加匹配的增益平坦区，提高APD的可靠性。
基于第一方面的上述任意一种可能的实现方式，在第一方面的第八种可能的实现方式中，所述接触层和所述第二电极为环形结构，所述接触层在所述扩散阻挡层的投影与所述第二电极在所述扩散阻挡层的投影重合。
基于第一方面的上述任意一种可能的实现方式，在第一方面的第九种可能的实现方式中，所述APD还包括：增透层；
所述增透层位于所述扩散阻挡层靠近所述第二电极的一侧；
所述接触层和所述第二电极为环形结构，所述接触层在所述扩散阻挡层的投影与所述第二电极在所述扩散阻挡层的投影重合，所述增透层位于所述接触层和所述第二电极组成的环形结构内。
通过设置环形结构和增透层，可以减少回波脉冲的损耗，APD可以根据更多的回波脉冲得到更准确的电信号。
基于第一方面的上述任意一种可能的实现方式，在第一方面的第十种可能的实现方式中，所述缓冲层包括纵向排布的第一缓冲层和第二缓冲层，所述第一缓冲层与所述衬底层之间的距离，小于所述第二缓冲层与所述衬底层之间的距离，所述第一缓冲层的材料与所述第二缓冲层的材料不一致，所述第一缓冲层的材料与所述衬底层的材料一致。
通过第一缓冲层与衬底层晶格匹配从而可以减少缺陷，第二缓冲层用于消除衬底层和第一缓冲层在生长过程中的记忆效应，以便第二倍增层可以更好地生长。
基于第一方面的上述任意一种可能的实现方式，在第一方面的第十一种可能的实现方式中，所述衬底层和所述缓冲层由n型材料生成，所述渐变层和所述吸收层由本征材料生成，所述扩散阻挡层和所述接触层由p型材料生成。
基于第一方面的上述任意一种可能的实现方式，在第一方面的第十二种可能的实现方式中，若第一电荷层和第二电荷层均由Si材料生成、且第一倍增层和第二倍增层均由本征Si材料或本征Ge材料生成，则所述衬底层、所述缓冲层、所述扩散阻挡层和所述接触层均由Si材料生成、所述吸收层由Ge材料生成、所述渐变层由锗化硅SiGe材料生成；
若所述第一电荷层、所述第二电荷层、第一倍增层和所述第二倍增层均由InAlAs材料或InP材料生成，则所述衬底层和所述缓冲层由InP材料生成、所述扩散阻挡层由InAlAs材料或InP材料生成、所述接触层由砷化铟镓InGaAs材料或磷化铟镓砷材料InGaAsP生成、所述吸收层由InGaAs材料生成、以及所述渐变层由砷化铟铝镓InAlGaAs材料或InGaAsP材料生成。
基于第一方面的上述任意一种可能的实现方式，在第一方面的第十三种可能的实现方式中，若所述缓冲层包括第一缓冲层和第二缓冲层、且所述衬底层由InP材料生成，则所述第一缓冲层由InP材料生成、所述第二缓冲层由InAlAs材料生成。
通过采用InAlAs材料或Si材料生成倍增层，结合优化APD的电场分布，使得吸收层的电场强度较低，可以抑制APD的隧穿暗电流，并使得第一倍增层的电场强度适中，可以防止提前发生雪崩隧穿的问题。
第二方面，提供一种APD的制备方法，所述方法包括：
采用金属有机化学气相沉积MOCVD技术在高掺杂的衬底层上生成第一缓冲层；
在所述第一缓冲层上依次生长第二缓冲层、第二倍增层、第二电荷层、第一倍增层和第一电荷层；
在所述第一电荷层上生长渐变层；
在所述渐变层上生长吸收层；
在所述吸收层上生长扩散阻挡层；
在所述扩散阻挡层上生长接触层；
对所述接触层进行环区刻蚀；
采用等离子体化学气相沉积PECVD生长二氧化硅SiO2薄膜，在所述SiO2薄膜上刻蚀开窗，并进行Zn扩散；
在所述扩散阻挡层上生成增透层；
依次进行SiO2掩蔽生长，并刻蚀至衬底层；
基于刻蚀后的各层生长BCB钝化层；
采用电子束蒸发方法制作钛、铂或金材料的第二电极，蒸镀后退火；
对所述衬底层减薄，采用溅射技术制作第一电极，溅射后退火。
第三方面，提供一种探测器，所述探测器包括：控制电路和如上述第一方面中任一所述的APD，所述控制电路和所述APD用于将接收的回波脉冲转换为用于成像的电信号。
第四方面，提供一种激光雷达系统，所述激光雷达系统包括：激光器、发射光模组、接收光模组、探测器和信号处理单元，所述探测器包括如上述第一方面中任一所述的APD；
所述激光器通过所述发射光模组向目标物体发射激光脉冲；
所述接收光模组接收回波脉冲，所述回波脉冲为所述激光脉冲照射在所述目标物体后反射得到的；
所述探测器将所述回波脉冲转换为电信号；
所述信号处理单元根据所述电信号，获取与所述目标物体对应的点云图像。
可以理解的是，上述第二方面至第四方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。
附图说明
图1是现有技术中APD的结构示意图；
图2是现有技术中APD内部的电场强度分布示意图；
图3是现有技术中APD的增益曲线图；
图4是本申请实施例提供的一种激光雷达系统的架构示意图；
图5是本申请实施例提供的一种APD的剖面图；
图6是本申请实施例提供的一种APD的俯视图；
图7是本申请实施例提供的一种APD内的电场强度曲线图；
图8是本申请实施例提供的一种APD的增益曲线图；
图9A是本申请实施例提供的另一种APD的增益曲线图；
图9B是本申请实施例提供的又一种APD的增益曲线图；
图9C是本申请实施例提供的又一种APD的增益曲线图；
图9D是本申请实施例提供的又一种APD的增益曲线图；
图10是本申请实施例提供的另一种APD的剖面图；
图11是本申请实施例提供的一种制备APD的工艺流程的示意图；
图12是本申请实施例提供的又一种APD的增益曲线图；
图13是本申请实施例提供的又一种APD的剖面图；
图14是本申请实施例提供的另一种制备APD的工艺流程的示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的APD、APD的制备方法、探测器和激光雷达系统的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。
以下实施例中所使用的术语只是为了描述特定实施例的目的，而并非旨在作为对本申请的限制。如在本申请的说明书和所附权利要求书中所使用的那样，单数表达形式“一个”、“所述”、“上述”和“该”旨在也包括例如“一个或多个”这种表达形式，除非其上下文中明确地有相反指示。
首先，对本申请实施例提供的一种APD所涉及的激光雷达系统进行介绍。参见图4，图4中示出的激光雷达系统可以包括：激光器401、发射光模组402、接收光模组403、探测器404和信号处理单元405。
具体地，激光器401可以发射高功率的激光脉冲，激光脉冲在经过发射光模组402之后到达被探测的目标物体406，激光脉冲照射在目标物体406进行反射，形成回波脉冲。接收光模组403可以接收回波脉冲，并将回波脉冲反馈至探测器404。探测器404可以将接收的回波脉冲转换为电信号，再向信号处理单元405发送转换得到电信号。信号处理单元405可以根据该电信号进行点云数据分析，通过发射激光脉冲的时刻与接收回波脉冲的时刻之间的时间差，确定激光雷达系统与目标物体406之间的距离、以及目标物体406的强度信息，从而可以得到目标物体406的三维(three dimensional，3D)点云图像407。
上述激光雷达系统能够准确地绘制出精度达到厘米级别3D环境地图，可以广泛应用于汽车辅助、自动驾驶、机器人定位导航、手机三维成像、空间环境测绘和安保安防等领域。
其中，探测器404可以包括：控制电路和APD，控制电路和APD用于将接收的回波脉冲转换为用于成像的电信号。APD作为机器三维视觉的重要传感器，能赋予电子设备更加精确高效的环境场景捕捉能力。APD可以在手机终端、智能家居和工业机器人等未来智能终端领域逐渐普及。例如，本申请中的APD除了应用在激光雷达领域，还可以应用在激光探测和成像等各个领域。
APD可以根据载流子的不同，划分为不同类型的APD。例如，APD可以包括：电子型APD和空穴型APD。
下面先对电子型APD进行介绍。
参见图5，图5为APD的剖面图，APD自下至上可以包括：第一电极501、衬底层502、缓冲层503、增益层504、渐变层505、吸收层506、扩散阻挡层507、接触层508和第二电极509。
其中，接触层508和第二电极509呈环形结构。
而且，参见图5，APD还可以包括：增透层510，增透层510位于扩散阻挡层507靠近第二电极509的一侧，且增透层510位于接触层508和第二电极509组成的环形结构内。
其中，增透层510用于减少或消除APD表面的反射光，从而增加进入APD的扩散阻挡层507的透光量。
参见图6，图6示出了一种APD的俯视图，可以看到第二电极509为环形结构，结合图5所示的APD结构，接触层508也为环形结构，且接触层508在扩散阻挡层507的投影与第二电极509在扩散阻挡层507的投影重合。增透层510覆盖在扩散阻挡层507的上方，增透层510位于接触层508和第二电极509组成的环形结构内。而且增透层510的边缘与接触层508相接触，或者，增透层510的边缘与接触层508和第二电极509相接触，本申请实施例对增透层510的厚度不做限定。
进一步地，增益层504可以包括：至少两个增益单元，每个增益单元可以包括：倍增层5041和电荷层5042。对于每个增益单元，该增益单元中的电荷层5042与渐变层505之间的距离，小于该增益单元中的倍增层5041与渐变层505之间的距离。而且，电子在增益单元中进行运动的过程中，电子可以由电荷层5042流向倍增层5041。
另外，增益层504中的多个增益单元可以堆叠排列，也即是，增益层504可以包括多个倍增层5041和多个电荷层5042，倍增层5041的数目与电荷层5042的数目一致，且倍增层5041和电荷层5042交替堆叠。
参见图5，增益层504包括2个增益单元，可以理解的是，图5只是一种示例，其并非用于限定本申请，本申请实施例对增益单元的数目不做限定，为了便于说明，下面以图5为例进行说明。
具体地，增益层504包括的2个增益单元可以分别为第一增益单元A和第二增益单元B。其中，第二增益单元B和渐变层505位于第一增益单元A的两侧，也即是，第二增益单元B与渐变层505之间的距离，大于第一增益单元A与渐变层505之间的距离。
第一增益单元A可以包括：第一倍增层A01和第一电荷层A02，第二增益单元B可以包括：第二倍增层B01和第二电荷层B02。其中，第一电荷层A02由p型材料生成，第二电荷层B02由n型材料生成，第一倍增层A01和第二倍增层B01均由本征材料生成。
例如，第一电荷层A02由p型砷化铟铝InAlAs材料或p型磷化铟InP材料生成，第二电荷层B02由n型InAlAs材料或n型InP材料生成，第一倍增层A01和第二倍增层B01均由本征InAlAs材料或本征InP材料生成；或者，第一电荷层A02由p型硅Si材料生成，第二电荷层B02由n型Si材料生成，第一倍增层A01和第二倍增层B01均由本征Si材料或本征锗Ge材料生成。
在APD工作过程中，APD的第一电极501与高电位连接，第二电极509与低电位连接，APD反偏。入射光从第二电极509所在的一侧向第一电极501照射，光线穿过环形结构的第二电极509和接触层508，对扩散阻挡层507进行照射，光线到达吸收层506，吸收层506在电场强度较低的情况下，通过对入射光的吸收产生电子空穴对，光生电子通过渐变层505到达第一电荷层A02，并在第一电荷层A02的电场作用下到达第一倍增层A01，使得进入第一倍增层A01光生电子引发雪崩倍增效应，产生更多的电子空穴对。之后，光生电子和雪崩倍增效应产生的电子可以在第二电荷层B02的电场作用下进入第二倍增层B01。而在第二倍增层B01引发的雪崩倍增效应受到钳制，从而可以形成APD的增益平坦区。
其中，吸收层506与第一电荷层A02之间具有较大的能级差，而渐变层505与吸收层506之间的能级差较小、且渐变层505与第一电荷层A02之间的能级差较小，从而可以通过渐变层505减缓由于吸收层506与第一电荷层A02之间能带不连续所导致的载流子迟滞。
而且，可以通过对第一电荷层A02和第二电荷层B02的掺杂浓度和积分电荷密度进行调整，使得第一电荷层A02的电场强度大于第二电荷层B02的电场强度，第二电荷层B02的电场强度大于吸收层506的电场强度，以便可以通过第一电荷层A02和第二电荷层B02的电场强度对APD的内部电场进行调节，使得APD在工作状态下处于耗尽状态的各层有适当的电场强度，以实现载流子的高速漂移，同时可以防止过高的电场产生过大的暗电流或产生有害的雪崩倍增效应。
例如，参见图7，图7示例性示出了APD内的电场强度曲线，通过对第一电荷层A02和第二电荷层B02的掺杂浓度和积分电荷密度进行调整，可以看出第二电荷层B02的电场强度小于3*105伏特每厘米(V/cm)，第一电荷层A02的电场强度小于6*105V/cm，吸收层506的电场强度小于1*105V/cm。而且，第一电荷层A02的电场强度大于第二电荷层B02的电场强度，第二电荷层B02的电场强度大于吸收层506的电场强度。
另外，通过添加第二倍增层B01，可以使第二倍增层B01与第一倍增层A01相互作用，从而实现对APD的增益进行调节，使得APD在高增益区可以形成增益平坦区，从而可以降低温度对APD的性能的影响。
例如，参见图8，图8示出了APD的增益曲线，在电压由0伏特(V)至55V的过程中，APD的增益也不断升高，但是电压在55V至60V的阶段，增益曲线的斜率变小，出现增益平坦区。
进一步地，还可以根据第二电荷层B02的掺杂浓度，对APD增益进行调节。当第二电荷层B02的掺杂浓度逐渐增加时，APD在高增益区中增益平坦区的范围逐渐变大，说明第二电荷层B02的掺杂浓度越高，APD的增益平坦区的范围越大。
例如，参见图9A、9B、9C和9D，分别示出了第二电荷层B02在不同掺杂浓度时，APD呈现出不同范围的增益平坦区。图9A、9B、9C和9D对应的第二电荷层B02掺杂浓度分别为：6*1016每立方厘米(/cm3)、8*1016/cm3、12*1016/cm3和24*1016/cm3，相应的，增益平坦区的范围分别对应的是60V至63V、57V至63V、53V至64V、以及46V至64V。
本申请实施例中，参见图10，缓冲层503可以包括：第一缓冲层5031和第二缓冲层5032，第二缓冲层5032和衬底层502位于第一缓冲层5031的两侧，也即是，第一缓冲层5031与衬底层502之间的距离，小于第二缓冲层5032与衬底层502之间的距离。
其中，第一缓冲层5031的材料与第二缓冲层5032的材料不一致，而第一缓冲层5031的材料与衬底层502的材料一致，以便通过第一缓冲层5031与衬底层502晶格匹配从而减少缺陷，第二缓冲层5032用于消除衬底层502和第一缓冲层5031在生长过程中的记忆效应，以便第二倍增层B01可以更好地生长。
上述实施例是以增益层504包括两个增益单元为例进行说明，下面介绍增益层504包括三个增益单元的情况，参见图10，增益层504还可以包括：第三增益单元C。而且，则第三增益单元C和第一增益单元A位于第二增益单元B的两侧，也即是，第三增益单元C与第一增益单元A之间的距离，大于第二增益单元B与第一增益单元A之间的距离。
与第一增益单元A和第二增益单元B类似的，第三增益单元C可以包括：第三倍增层C01和第三电荷层C02，其中第三倍增层C01由本征材料生成，第三电荷层C02由n型材料生成。
需要说明的是，若APD包括多个增益单元，则除第一增益单元和第二增益单元所包括的电荷层之外，其他增益单元所包括的电荷层均为n型掺杂，也即是，其他增益单元所包括的电荷层均由n型材料生成。
本申请实施例中的APD可以由InAlAs等材料生成，也可以由Si和Ge等材料生成，本申请实施例对此不做限定。
参见图11，图11示出了一种制备APD的工艺流程的示意图，制备由InAlAs等材料生成的APD，该APD包括第一缓冲层5031和第二缓冲层5032，制备过程可以包括如下步骤：
S1：采用金属有机化学气相沉积(metal organic chemical vapour deposition，MOCVD)技术在高掺杂的n型InP衬底层502上生成n型第一缓冲层5031。
其中，第一缓冲层5031由InP材料生成，第一缓冲层5031的厚度范围可以为50纳米(nm)至2000nm，第一缓冲层5031的掺杂浓度的范围可以为1*e17/cm3至1*e19/cm3。例如，第一缓冲层5031的厚度可以为200nm，掺杂浓度可以为1*e18/cm3。
S2：在第一缓冲层5031上依次生长高掺杂n型第二缓冲层5032、本征第二倍增层B01、n型第二电荷层B02、本征第一倍增层A01和p型第一电荷层A02。
其中，第二缓冲层5032由n型In0.52Al0.48As材料生成，第二缓冲层5032的厚度范围可以为30nm至2000nm，第二缓冲层5032的掺杂浓度的范围可以为1*e17/cm3至1*e19/cm3；第二倍增层B01由本征In0.52Al0.48As材料生成，第二倍增层B01的厚度范围可以为80nm至400nm；第二电荷层B02由n型In0.52Al0.48As材料生成，第二电荷层B02的积分电荷密度为2.4*e12每平方厘米(/cm2)至4.8*e12/cm2；第一倍增层A01由本征In0.52Al0.48As材料生成，第一倍增层A01的厚度范围可以为100nm至600nm；第一电荷层A02由p型In0.52Al0.48As材料生成，第一电荷层A02的积分电荷密度为2.4*e12/cm2至4.8*e12/cm2。
例如，第二缓冲层5032的厚度可以为500nm，掺杂浓度可以为1*e18/cm3；第二倍增层B01的厚度可以为200nm；第一倍增层A01的厚度可以为400nm。
S3：在第一电荷层A02上生长本征InAlGaAs渐变层505。
其中，渐变层505的厚度范围可以为10nm至100nm。例如，渐变层505的厚度可以为60nm。
S4：在渐变层505上生长本征In0.53Ga0.47As吸收层506。
其中，吸收层506的厚度范围可以为0.5微米(μm)至2.5μm。例如，吸收层506的厚度可以为2.0μm。
S5：在吸收层506上生长p型InP扩散阻挡层507。
其中，扩散阻挡层507的厚度范围可以为0.2μm至2.0μm，掺杂浓度或扩散浓度可以为1*e18/cm3至3*e18/cm3。例如，扩散阻挡层507的厚度可以为1.0μm，掺杂浓度或扩散浓度可以为1*e18/cm3。
S6：在扩散阻挡层507上生长p型In0.53Ga0.47As接触层508。
其中，接触层508厚度的厚度范围可以为20nm至200nm，掺杂浓度或扩散浓度可以为1*e18/cm3至1*e19/cm3。例如，接触层508的厚度可以为100nm，掺杂浓度或扩散浓度可以为1*e18/cm3。
S7：对接触层508进行环区刻蚀。
S8：采用等离子体化学气相沉积(plasma enhanced chemical vapordeposition，PECVD)生长二氧化硅(SiO2)薄膜，在SiO2薄膜上刻蚀开窗，并进行Zn扩散。
S9：在扩散阻挡层507上生成氮化硅(SiN)增透层510。
S10：依次进行SiO2掩蔽生长，对APD刻蚀至衬底层502。
S11：基于刻蚀后的各层生长BCB钝化层，对刻蚀形成的台面进行保护。
S12：采用电子束蒸发方法制作钛(Ti)、铂(Pt)或金(Au)材料的p型第二电极509，蒸镀后退火。
其中，第二电极509为欧姆接触电极。
S13：衬底减薄，采用溅射技术制作n型第一电极501，溅射后退火。
其中，第一电极501为欧姆接触电极。
基于上述制备得到的APD进行实验，得到的该APD的增益-反偏电压的实验结果如图12所示，参见图12，在反偏电压的范围在50V至70V之间时，增益曲线的斜率有明显下降，且APD的增益大于25。
需要说明的是，上述工艺流程中仅是示意性描述生成APD的各种材料。在实际应用中，衬底层502和缓冲层503由n型材料生成，渐变层505和吸收层506由本征材料生成，扩散阻挡层507和接触层508由p型材料生成。而且，扩散阻挡层507可以由宽带隙高掺杂的材料生成，接触层508可以由窄带隙高掺杂的材料生成。
例如，若第一电荷层A02、第二电荷层B02、第一倍增层A01和第二倍增层B01均由InAlAs材料或InP材料生成，则衬底层502和缓冲层503由InP材料生成、扩散阻挡层507由InAlAs材料或InP材料生成、接触层508由砷化铟镓InGaAs材料或磷化铟镓砷材料InGaAsP生成、吸收层由InGaAs材料生成、以及渐变层505由砷化铟铝镓InAlGaAs材料或InGaAsP材料生成。
或者，若第一电荷层A02和第二电荷层B02均由Si材料生成、且第一倍增层A01和第二倍增层B01均由本征Si材料或本征Ge材料生成，则衬底层502、缓冲层503、扩散阻挡层507和接触层508均由Si材料生成、吸收层506由Ge材料生成、渐变层505由锗化硅SiGe材料生成。
制备由Si和Ge等材料生成的APD的工艺流程，与上述制备由InAlAs等材料生成的APD的工艺流程类似，在此不再赘述。
其中，第一电荷层A02、扩散阻挡层507和接触层508均由p型Si材料生成，第二电荷层B02、衬底层502和缓冲层503均由n型Si材料生成，第一倍增层A01和第二倍增层B01均由本征Si材料生成，吸收层506由本征Ge材料生成，渐变层505由本征SiGe材料生成。
相对应的，缓冲层503的厚度范围可以为30nm至2000nm，缓冲层503的掺杂浓度可以为1*e18至8*e18/cm3；第二倍增层B01的厚度范围可以为100nm至500nm；第二电荷层B02的积分电荷密度范围可以为1.2*e12/cm2至3.0*e12/cm2；第一倍增层A01的厚度范围可以为100nm至600nm；第一电荷层A02的积分电荷密度为1.2*e12/cm2至3.0*e12/cm2；渐变层505的厚度范围可以为30nm至200nm；吸收层506的厚度范围可以为0.5μm至2.0μm；扩散阻挡层507的厚度范围可以为0.2μm至2.0μm，掺杂浓度或扩散浓度可以为1*e18/cm3至1*e19/cm3；接触层508厚度的厚度范围可以为20nm至200nm，掺杂浓度或扩散浓度可以为1*e18/cm3至1*e19/cm3。
综上所述，本申请实施例提供的APD，由第一电极、衬底层、缓冲层、增益层、渐变层、吸收层、扩散阻挡层、接触层和第二电极等组成的APD，可以通过p型掺杂的第一电荷层和n型掺杂的第二电荷层，实现对APD内部电场和APD增益的精确调控，结合对第一倍增层的厚度进行控制，可以有效提高APD的增益，再通过对第一倍增层的电场强度和第二倍增层的电场强度进行控制，使得第二倍增层的电场强度小于第一倍增层的电场强度，可以形成APD的增益平坦区，从而可以提高APD的温度稳定性，降低APD的温度漂移，可以降低APD在温度发生变化时的增益变化程度，进而可以提高APD的可靠性。
而且，通过采用InAlAs材料或Si材料生成倍增层，结合优化APD的电场分布，使得吸收层的电场强度较低，可以抑制APD的隧穿暗电流，并使得第一倍增层的电场前度适中，可以防止提前发生雪崩隧穿的问题。
下述再对空穴型APD进行介绍。
参见图13，图13为APD的剖面图，APD自下至上可以包括：第一电极1301、衬底层1302、缓冲层1303、吸收层1304、渐变层1305、增益层1306、扩散阻挡层1307、接触层1308和第二电极1309。
而且，参见图13，APD还可以包括：增透层1310，增透层1310位于扩散阻挡层1307靠近第二电极1309的一侧，且增透层1310位于接触层1308和第二电极1309组成的环形结构内。
另外，增益层1306可以包括：至少两个增益单元，每个增益单元可以包括：倍增层13061和电荷层13062。对于每个增益单元，该增益单元中的电荷层13062与渐变层1305之间的距离，小于增益单元中的倍增层13061与渐变层1305之间的距离。而且，电子在增益单元中进行运动的过程中，空穴可以由倍增层13061流向电荷层13062。
以增益层1306包括两个增益单元为例进行说明，参见图13，增益层1306可以包括第一增益单元A和第二增益单元B，第二增益单元B和渐变层1305位于第一增益单元A的两侧，也即是，第二增益单元B与渐变层1305之间的距离，小于第一增益单元A与渐变层1305之间的距离。
其中，第一增益单元A可以包括：第一倍增层A01和第一电荷层A02，第二增益单元B可以包括：第二倍增层B01和第二电荷层B02。第一电荷层A02和第二电荷层B02均由n型材料生成，第一倍增层A01和第二倍增层B01均由本征材料生成。
例如，第一电荷层A02和第二电荷层B02均由n型InAlAs材料或n型InP材料生成，第一倍增层A01和第二倍增层B01均由本征InAlAs材料或本征InP材料生成；或者，第一电荷层A02和第二电荷层B02均由n型Si材料生成，第一倍增层A01和第二倍增层B01均由本征Si材料或本征Ge材料生成。
而且，为了形成APD的增益平坦区，可以加厚第二倍增层B01的厚度，例如第二倍增层B01的厚度范围可以为200nm至1000nm，甚至超过1000nm，本申请实施例对此不做限定。
需要说明的是，图13所示的APD的其他结构，与图5所示的APD的结构类似，在此不再赘述。
本申请实施例中的APD可以由InP等材料生成，也可以由其他材料生成，本申请实施例对此不做限定。
参见图14，图14示出了一种制备APD的工艺流程的示意图，通过采用如图14所示的工艺制备由InP等材料生成的APD，制备过程可以包括如下步骤：
S1：采用MOCVD技术在衬底层1302上生成n型缓冲层1303。
其中，缓冲层1303由InP材料生成，第一缓冲层1303的厚度范围可以为50nm至2000nm，缓冲层1303的掺杂浓度的范围可以为1*e18/cm3至8*e18/cm3。例如，缓冲层1303的厚度可以为200nm，掺杂浓度可以为1*e18/cm3。
S2：在缓冲层1303上生长本征In0.53Ga0.47As吸收层1304。
其中，吸收层1304的厚度范围可以为0.2μm至2.5μm。例如，吸收层1304的厚度可以为2.0μm。
S3：在吸收层1304上生长本征InGaAsP渐变层1305。
其中，渐变层1305的厚度范围可以为10nm至200nm。例如，渐变层1305的厚度可以为60nm。
S4：在渐变层1305上依次生长n型第二电荷层B02、本征第二倍增层B01、n型第一电荷层A02和本征第一倍增层A01。
其中，第二电荷层B02由n型InP材料生成，第二电荷层B02的积分电荷密度为1.8*e12/cm2至3.5*e12/cm2；第二倍增层B01由本征InP材料生成，第二倍增层B01的厚度范围可以为100nm至500nm；第一电荷层A02由n型InP材料生成，第一电荷层A02的积分电荷密度为1.8*e12/cm2至3.5*e12/cm2；第一倍增层A01由本征InP材料生成，第一倍增层A01的厚度范围可以为100nm至600nm。
例如，第二倍增层B01的厚度可以为200nm；第一倍增层A01的厚度可以为400nm。
S5：在第一倍增层A01上生长p型InP扩散阻挡层1307。
其中，扩散阻挡层1307的厚度范围可以为0.2μm至2.0μm，掺杂浓度或扩散浓度可以为1*e18/cm3至3*e19/cm3。例如，扩散阻挡层1307的厚度可以为1.0μm，掺杂浓度或扩散浓度可以为1*e18/cm3。
S6：在扩散阻挡层1307上生长p型In0.53Ga0.47As接触层1308。
其中，接触层1308厚度的厚度范围可以为20nm至200nm，掺杂浓度或扩散浓度可以为1*e18/cm3至1*e19/cm3。例如，接触层1308的厚度可以为100nm，掺杂浓度或扩散浓度可以为1*e18/cm3。
S7：对接触层1308进行环区刻蚀。
S8：采用PECVD生长SiO2薄膜，在SiO2薄膜上刻蚀开窗，并进行Zn扩散。
S9：在扩散阻挡层1307上生成SiN增透层1310。
S10：依次进行SiO2掩蔽生长，对APD刻蚀至衬底层1302。
S11：基于刻蚀后的各层生长BCB钝化层，对刻蚀形成的台面进行保护。
S12：采用电子束蒸发方法制作Ti、Pt或Au材料的p型第二电极1309，蒸镀后退火。
其中，第二电极1309为欧姆接触电极。
S13：衬底减薄，采用溅射技术制作n型第一电极1301，溅射后退火。
其中，第一电极1301为欧姆接触电极。
需要说明的是，上述工艺流程中仅是示意性描述生成APD的各种材料。在实际应用中，衬底层1302和缓冲层1303由n型材料生成，渐变层1305和吸收层1306由本征材料生成，扩散阻挡层1307和接触层1308由p型材料生成。而且，扩散阻挡层1307可以由宽带隙高掺杂的材料生成，接触层1308可以由窄带隙高掺杂的材料生成。
例如，若第一电荷层、第二电荷层、第一倍增层和第二倍增层均由InAlAs材料或InP材料生成，则衬底层1302和缓冲层1303由InP材料生成、扩散阻挡层1307由InAlAs材料或InP材料生成、接触层1308由砷化铟镓InGaAs材料或磷化铟镓砷材料InGaAsP生成、吸收层由InGaAs材料生成、以及渐变层1305由砷化铟铝镓InAlGaAs材料或InGaAsP材料生成。
或者，若第一电荷层和第二电荷层均由硅Si材料生成、且第一倍增层和第二倍增层均由本征Si材料或本征锗Ge材料生成，则衬底层1302、缓冲层1303、扩散阻挡层1307和接触层1308均由Si材料生成、吸收层1306由Ge材料生成、渐变层1305由锗化硅SiGe材料生成。
综上所述，本申请实施例提供的APD，由第一电极、衬底层、缓冲层、增益层、渐变层、吸收层、扩散阻挡层、接触层和第二电极等组成的APD，可以通过n型掺杂的第一电荷层和第二电荷层，实现对APD内部电场和APD增益的精确调控，结合对第一倍增层的厚度进行控制，可以有效提高APD的增益，再通过对第一倍增层的电场强度和第二倍增层的电场强度进行控制，使得第二倍增层的电场强度小于第一倍增层的电场强度，可以形成APD的增益平坦区，从而可以提高APD的温度稳定性，降低APD的温度漂移，可以降低APD在温度发生变化时的增益变化程度，进而可以提高APD的可靠性。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质至少可以包括：能够将计算机程序代码携带到APD的任何实体或装置、记录介质、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质。例如U盘、移动硬盘、磁碟或者光盘等。在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不可以是电载波信号和电信信号。
最后应说明的是：以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何在本申请揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (17)

1.一种雪崩光电二极管APD，其特征在于，所述APD包括：第一电极、衬底层、缓冲层、增益层、渐变层、吸收层、扩散阻挡层、接触层和第二电极，所述第一电极、所述衬底层、所述缓冲层、所述扩散阻挡层、所述接触层和所述第二电极自下向上设置；
所述增益层、所述渐变层和所述吸收层依次纵向排布，所述增益层、所述渐变层和所述吸收层位于所述缓冲层和所述扩散阻挡层之间；
所述增益层包括：至少两个增益单元，各所述增益单元堆叠排布；
对于每个所述增益单元，所述增益单元包括纵向排布的倍增层和电荷层，所述电荷层与所述渐变层之间的距离，小于所述倍增层与所述渐变层之间的距离。
2.根据权利要求1所述的APD，其特征在于，所述增益层与所述缓冲层之间的距离，小于所述渐变层与所述缓冲层之间的距离。
3.根据权利要求2所述的APD，其特征在于，至少两个所述增益单元包括：第一增益单元和第二增益单元，所述第二增益单元与所述渐变层之间的距离，大于所述第一增益单元与所述渐变层之间的距离；
所述第一增益单元包括：第一倍增层和第一电荷层，所述第二增益单元包括：第二倍增层和第二电荷层。
4.根据权利要求3所述的APD，其特征在于，所述第一电荷层由p型砷化铟铝InAlAs材料或p型磷化铟InP材料生成，所述第二电荷层由n型InAlAs材料或n型InP材料生成，所述第一倍增层和所述第二倍增层均由本征InAlAs材料或本征InP材料生成；
或者，所述第一电荷层由p型硅Si材料生成，所述第二电荷层由n型Si材料生成，所述第一倍增层和所述第二倍增层均由本征Si材料或本征锗Ge材料生成。
5.根据权利要求1所述的APD，其特征在于，所述增益层与所述缓冲层之间的距离，大于所述渐变层与所述缓冲层之间的距离。
6.根据权利要求5所述的APD，其特征在于，至少两个所述增益单元包括：第一增益单元和第二增益单元，所述第二增益单元与所述渐变层之间的距离，小于所述第一增益单元与所述渐变层之间的距离；
所述第一增益单元包括：第一倍增层和第一电荷层，所述第二增益单元包括：第二倍增层和第二电荷层。
7.根据权利要求6所述的APD，其特征在于，所述第一电荷层和所述第二电荷层均由n型InAlAs材料或n型InP材料生成，所述第一倍增层和所述第二倍增层均由本征InAlAs材料或本征InP材料生成；
或者，所述第一电荷层和所述第二电荷层均由n型Si材料生成，所述第一倍增层和所述第二倍增层均由本征Si材料或本征Ge材料生成。
8.根据权利要求3、4、6和7中的任一所述的APD，其特征在于，所述增益单元还包括：第三增益单元，所述第三增益单元与所述第一增益单元之间的距离，大于所述第二增益单元与所述第一增益单元之间的距离；
所述第三增益单元包括：第三倍增层和第三电荷层，所述第三电荷层由n型材料生成，所述第三倍增层由本征材料生成。
9.根据权利要求1至8任一所述的APD，其特征在于，所述接触层和所述第二电极为环形结构，所述接触层在所述扩散阻挡层的投影与所述第二电极在所述扩散阻挡层的投影重合。
10.根据权利要求1至9任一所述的APD，其特征在于，所述APD还包括：增透层；
所述增透层位于所述扩散阻挡层靠近所述第二电极的一侧；
所述接触层和所述第二电极为环形结构，所述接触层在所述扩散阻挡层的投影与所述第二电极在所述扩散阻挡层的投影重合，所述增透层位于所述接触层和所述第二电极组成的环形结构内。
11.根据权利要求1至10任一所述的APD，其特征在于，所述缓冲层包括纵向排布的第一缓冲层和第二缓冲层，所述第一缓冲层与所述衬底层之间的距离，小于所述第二缓冲层与所述衬底层之间的距离，所述第一缓冲层的材料与所述第二缓冲层的材料不一致，所述第一缓冲层的材料与所述衬底层的材料一致。
12.根据权利要求1至11任一所述的APD，其特征在于，所述衬底层和所述缓冲层由n型材料生成，所述渐变层和所述吸收层由本征材料生成，所述扩散阻挡层和所述接触层由p型材料生成。
13.根据权利要求1至12任一所述的APD，其特征在于，若第一电荷层和第二电荷层均由Si材料生成、且第一倍增层和第二倍增层均由本征Si材料或本征Ge材料生成，则所述衬底层、所述缓冲层、所述扩散阻挡层和所述接触层均由Si材料生成、所述吸收层由Ge材料生成、所述渐变层由锗化硅SiGe材料生成；
若所述第一电荷层、所述第二电荷层、第一倍增层和所述第二倍增层均由InAlAs材料或InP材料生成，则所述衬底层和所述缓冲层由InP材料生成、所述扩散阻挡层由InAlAs材料或InP材料生成、所述接触层由砷化铟镓InGaAs材料或磷化铟镓砷材料InGaAsP生成、所述吸收层由InGaAs材料生成、以及所述渐变层由砷化铟铝镓InAlGaAs材料或InGaAsP材料生成。
14.根据权利要求1至13任一所述的APD，其特征在于，若所述缓冲层包括第一缓冲层和第二缓冲层、且所述衬底层由InP材料生成，则所述第一缓冲层由InP材料生成、所述第二缓冲层由InAlAs材料生成。
15.一种APD的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
采用金属有机化学气相沉积MOCVD技术在高掺杂的衬底层上生成第一缓冲层；
在所述第一缓冲层上依次生长第二缓冲层、第二倍增层、第二电荷层、第一倍增层和第一电荷层；
在所述第一电荷层上生长渐变层；
在所述渐变层上生长吸收层；
在所述吸收层上生长扩散阻挡层；
在所述扩散阻挡层上生长接触层；
对所述接触层进行环区刻蚀；
采用等离子体化学气相沉积PECVD生长二氧化硅SiO2薄膜，在所述SiO2薄膜上刻蚀开窗，并进行Zn扩散；
在所述扩散阻挡层上生成增透层；
依次进行SiO2掩蔽生长，并刻蚀至衬底层；
基于刻蚀后的各层生长BCB钝化层；
采用电子束蒸发方法制作钛、铂或金材料的第二电极，蒸镀后退火；
对所述衬底层减薄，采用溅射技术制作第一电极，溅射后退火。
16.一种探测器，其特征在于，所述探测器包括：控制电路和如权利要求1至14任一所述的APD，所述控制电路和所述APD用于将接收的回波脉冲转换为用于成像的电信号。
17.一种激光雷达系统，其特征在于，所述激光雷达系统包括：激光器、发射光模组、接收光模组、探测器和信号处理单元，所述探测器包括如权利要求1至14中任一所述的APD；
所述激光器通过所述发射光模组向目标物体发射激光脉冲；
所述接收光模组接收回波脉冲，所述回波脉冲为所述激光脉冲照射在所述目标物体后反射得到的；
所述探测器将所述回波脉冲转换为电信号；
所述信号处理单元根据所述电信号，获取与所述目标物体对应的点云图像。
CN202110513633.2A 2021-05-11 2021-05-11 Apd、apd的制备方法、探测器及激光雷达系统 Pending CN115332383A (zh)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110513633.2A CN115332383A (zh) 2021-05-11 2021-05-11 Apd、apd的制备方法、探测器及激光雷达系统
PCT/CN2022/088292 WO2022237495A1 (zh) 2021-05-11 2022-04-21 Apd、apd的制备方法、探测器及激光雷达系统
EP22806465.5A EP4322230A1 (en) 2021-05-11 2022-04-21 Apd, preparation method for apd, detector and laser radar system
US18/506,294 US20240079512A1 (en) 2021-05-11 2023-11-10 APD, APD Fabrication Method, Detector, and Laser Radar System

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110513633.2A CN115332383A (zh) 2021-05-11 2021-05-11 Apd、apd的制备方法、探测器及激光雷达系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115332383A true CN115332383A (zh) 2022-11-11

Family

ID=83912620

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110513633.2A Pending CN115332383A (zh) 2021-05-11 2021-05-11 Apd、apd的制备方法、探测器及激光雷达系统

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20240079512A1 (zh)
EP (1) EP4322230A1 (zh)
CN (1) CN115332383A (zh)
WO (1) WO2022237495A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116247118B (zh) * 2023-05-12 2023-08-18 潍坊先进光电芯片研究院 一种双载流子倍增的雪崩光电探测器

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100375829B1 (ko) * 2000-12-19 2003-03-15 한국전자통신연구원 아발란치 광 검출기
CN106098836B (zh) * 2016-08-19 2017-11-03 武汉华工正源光子技术有限公司 通讯用雪崩光电二极管及其制备方法
CN111540797A (zh) * 2020-05-13 2020-08-14 中国科学院半导体研究所 中远红外雪崩光电探测器
CN212461704U (zh) * 2020-07-17 2021-02-02 福建中科光芯光电科技有限公司 一种三台面结构的雪崩光电二极管

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022237495A1 (zh) 2022-11-17
US20240079512A1 (en) 2024-03-07
EP4322230A1 (en) 2024-02-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10700225B2 (en) Microstructure enhanced absorption photosensitive devices
US9041136B2 (en) Avalanche photodiode
EP2446483B1 (en) Low-level signal detection by semiconductor avalanche amplification
US10886325B2 (en) Infrared detector devices and focal plane arrays having a transparent common ground structure and methods of fabricating the same
WO2005038997A2 (en) Intersubband detector with avalanche multiplier region
CN107170847A (zh) 基于AlInAsSb体材料作倍增区的雪崩光电二极管及其制备方法
US9111830B1 (en) Perforated blocking layer for enhanced broad band response in a focal plane array
CN113921646B (zh) 单光子探测器及其制作方法、单光子探测器阵列
CN106601859B (zh) 量子点宽谱单光子探测器及其探测方法
US20240079512A1 (en) APD, APD Fabrication Method, Detector, and Laser Radar System
US20210391490A1 (en) Photoelectric detector, manufacturing method, and laser radar system
CN111916526A (zh) 一种负反馈型单光子雪崩光电二极管及其制作方法
US20040046176A1 (en) Avalanche phototransistor
CN110311000B (zh) 二类超晶格雪崩光电探测器及其制作方法
US20210263155A1 (en) Apparatus and method for optical sensing using an optoelectronic device and optoelectronic device arrays
Rutz et al. InGaAs infrared detector development for SWIR imaging applications
Sudharsanan et al. Single photon counting Geiger mode InGaAs (P)/InP avalanche photodiode arrays for 3D imaging
RU2469438C1 (ru) Полупроводниковый фотодиод для инфракрасного излучения
JP2002231992A (ja) 半導体受光素子
CN103247637A (zh) 红外探测器及其制作方法
WO2019012276A1 (en) SINGLE PHOTON DETECTOR
CN112736099A (zh) 光探测器芯片阵列及其制备方法
CN117690986B (zh) 高温工作单光子探测器、单光子焦平面探测器及制备方法
CN114122185B (zh) 一种短波双色红外探测器及其制备方法
CN103247638A (zh) 红外探测器及其制作方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination