一种硅基线性雪崩光电探测器、制备方法及应用与流程

本发明涉及雪崩光电探测器领域，尤其是涉及一种硅基线性雪崩光电探测器、制备方法及应用。

背景技术：

1、激光成像雷达作为一种主动成像装置，具有测量精度高、探测距离远、抗干扰能力强以及系统易小型化等优点，在地形测绘、自动驾驶、智能机器人等领域得到了广泛应用。大部分激光雷达的接收部分为光电二极管，用于将反射回来的光信号转换成后级所需的电信号。光电二极管与其他光电检测器件相比具有响应速度快、体积小以及灵敏度高等优点。硅基雪崩光电二极管（apd）区别于普通光电二极管，其灵敏度更高，更适用于极微弱光检测。目前，制约国内激光三维成像发展的关键因素之一，就是雪崩光电二极管阵列探测技术的不成熟。

2、硅基雪崩光电二极管（apd）作为一种具有内部增益的探测器，因其与现代硅集成电路工艺兼容、体积小、工作电压低、功耗低、对磁场不敏感等特点，在未来集成光电芯片中具有很大的应用潜力。因而，对硅基雪崩光电探测器的研究具有十分重要的意义。

3、但是，发明人经研究发现，现有技术中传统的硅基雪崩光电探测器制备工艺，需要进行长时间的高温扩散，生产耗时多，生产效率低，综合生产成本高；并且，制得的硅基雪崩光电探测器的一致性不理想，一致性有待进一步提升。进一步的，现有的硅基雪崩光电探测器制备工艺，还存在有倍增、吸收区参数不易控制，无法有效避免边缘击穿现象的问题。

4、中国专利cn110676333b公开了一种单光子si-apd探测器及其制备方法，公开了所述的单光子si-apd探测器包括：吸收区、p+接触区、n+接触区、雪崩区、介质层；以及吸收区上部的两端位置设置有截止环；雪崩区两侧设有保护环。同时，还公开了保护环、截止环的制备方法为，通过光刻、刻蚀介质层，形成保护环或截止环图案后，在所述图案中注入相应元素，形成保护环或截止环。但是该单光子si-apd探测器的制备方法的缺陷在于，制备过程中离子注入后分布不均，且需要长时间的高温扩散，生产效率及一致性有待进一步提升；同时，通过光刻、刻蚀介质层，形成保护环或截止环图案的操作，仅是为刻蚀掉选定位置的氧化硅层，制得的单光子si-apd探测器还存在有倍增、吸收区参数不易控制，无法有效避免边缘击穿现象的问题。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种硅基线性雪崩光电探测器及其制备方法，在制备过程中无需长时间高温扩散，能够在降低生产耗时，提高生产效率，降低生产成本的同时，有效提高制得的硅基雪崩光电探测器的一致性；同时，提高倍增、吸收区的参数的可控性，有效避免边缘击穿现象。

2、为解决以上技术问题，本发明采取的技术方案如下：

3、一种硅基线性雪崩光电探测器，包括有：π型层、p型层、n+型层、p+型层、离子注入型沟槽保护环、离子注入型沟槽截止环、第一电极、第二电极；

4、所述π型层用于吸收入射光；

5、所述p型层设置于π型层上部，所述n+型层设置于p型层上部；所述p型层与n+型层共同形成雪崩区；

6、所述雪崩区设置于π型层上部的中间位置；

7、所述离子注入型沟槽保护环，包括：保护环沟槽、保护环；所述离子注入型沟槽保护环设置于所述雪崩区的外周，且所述离子注入型沟槽保护环贯穿n+型层、p型层，设置于π型层上；

8、所述第一电极，设置于离子注入型沟槽保护环的保护环沟槽上端，用于形成阳极欧姆接触；

9、所述p+型层设置于π型层下部；

10、所述第二电极，设置于p+型层下部，用于形成阴极欧姆接触。

11、进一步的，所述离子注入型沟槽截止环，包括：截止环沟槽、截止环；所述离子注入型沟槽截止环设置于所述离子注入型沟槽保护环的外周，且所述离子注入型沟槽截止环贯穿n+型层、p型层，设置于π型层上。

12、优选的，所述离子注入型沟槽保护环，保护环沟槽深度与保护环宽度比值为0.6-3。

13、优选的，所述离子注入型沟槽保护环，保护环沟槽深度为3-6μm，离子注入型沟槽保护环宽度为2-5μm；

14、所述离子注入型沟槽截止环，截止环沟槽深度为8-12μm，离子注入型沟槽截止环宽度为1-3μm。

15、一种硅基线性雪崩光电探测器的制备方法，包括以下步骤：制备p型层、制备n+型层、制备离子注入型沟槽保护环、制备离子注入型沟槽截止环、制备二氧化硅绝缘层、制备第一电极、制备p+型层、制备第二电极；

16、所述制备离子注入型沟槽保护环，刻蚀n+型层，形成保护环沟槽；在π型层上淀积二氧化硅层，刻蚀所述二氧化硅层，形成保护环离子注入窗口；通过保护环离子注入窗口进行离子注入后，进行退火处理；刻蚀二氧化硅层，制得离子注入型沟槽保护环。

17、优选的，所述离子注入型沟槽保护环，保护环沟槽深度与离子注入型沟槽保护环宽度比值为0.6-3。

18、优选的，所述保护环沟槽为梯形凹槽，深度为3-6μm；所述离子注入型沟槽保护环的宽度为2-5μm；

19、所述制备离子注入型沟槽保护环中，离子注入剂量为5×1014cm-3至5×1015cm-3，离子注入能量为90-110kev；

20、所述制备离子注入型沟槽保护环中，退火处理的退火温度为1050-1100℃，退火时间为40-120min。

21、进一步的，所述制备离子注入型沟槽截止环，刻蚀π型层，形成截止环沟槽；在π型层上淀积二氧化硅层，刻蚀所述二氧化硅层，形成截止环离子注入窗口；通过截止环离子注入窗口进行离子注入后，进行退火处理；刻蚀二氧化硅层，制得离子注入型沟槽截止环。

22、优选的，所述截止环沟槽为梯形凹槽，深度为8-12μm；所述离子注入型沟槽截止环的宽度为1-3μm；

23、所述制备离子注入型沟槽截止环中，离子注入剂量为1×1014cm-3至5×1015cm-3，离子注入能量为30-50kev；

24、所述制备离子注入型沟槽截止环中，退火处理的退火温度为1050-1100℃，退火时间为0.5-60min。

25、一种激光测距装置，包括前述的硅基线性雪崩光电探测器。

26、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

27、（1）本发明的硅基线性雪崩光电探测器的制备方法，通过设置特定的制备工艺流程，设置特定的离子注入工艺，设置特定的离子注入型沟槽保护环、离子注入型沟槽截止环制备方法，在避免长时间高温扩散的同时，有效提高离子注入后的分布均匀程度，有效提高制得的硅基线性雪崩光电探测器的一致性；且相比于传统外延结构，倍增、吸收区的参数更容易控制，并能够有效避免制备过程中可能的边缘击穿现象。

28、（2）本发明的硅基线性雪崩光电探测器的制备方法，通过干法刻蚀形成保护环沟槽后，结合离子注入制备保护环，可有效调控边缘电场分布，有效抑制有源区边缘电场的击穿；同时，通过刻蚀特定规格的保护环沟槽，并结合特定离子注入的剂量、能量，以及特定退火时间和温度，可以有效调节器件的击穿特性，对比与传统的离子注入式保护环，对击穿电压提升的效果明显。

29、（3）本发明的硅基线性雪崩光电探测器的制备方法，能够降低制备过程中对其内部晶格造成的损伤，且能够对内部晶格损伤进行修复。

30、（4）本发明的硅基线性雪崩光电探测器及其制备方法，保护环电场明显小于中心电场，对载流子的输运影响小，无干扰倍增。

31、（5）本发明的硅基线性雪崩光电探测器，有效提升探测器的大动态范围特性，提高线性度；应用于激光雷达等激光测距装置中，能够有效提高测距精度及动态范围；同时，还能够有效降低探测器偏压控制难度和复杂度，有利于探测器控制电路的小型化。