[发明专利]用于辐射检测器的半导体结构以及辐射检测器

说明书

技术领域

本发明涉及半导体辐射检测器领域，特别是涉及一种雪崩光电晶体管。

背景技术

具有通过雪崩效应实现的信号放大的半导体检测器通常用在用于单光子检测的辐射接收器中。

当前常用的结构需要用于保持场强的机构，以便一方面通过击穿场强进行单光子检测，即所谓的盖革(Geiger)模式。另一方面还存在这样的可能性，在检测后使击穿逆反，以便能快速地检测后面其他的光子，即所谓的“猝熄(quenching)”。

这里现存具有位于半导体之外的电阻或半导体电路的被动方案和集成到半导体中的主动的方案，它们都具有不同的优缺点。

数年以来一直有这样的努力，即一体地集成这种熄灭(“猝熄”)。这既具有描述检测器朝向辐射的半导体表面的利用的所谓填充系数方面的优点，也具有时间上的优点，其中降低了不能用于检测的空转时间(Totzeit)。

这种解决方案提供了一种可能性，即将雪崩效应和“猝熄”统一在一个一体的结构中。这种解决方案的主要缺点在于，为了实现可靠的功能和发现适当的工作点，必须使用电阻非常低的半导体层。此外还需要精确地协调半导体基体的几何尺寸和层厚，因为由低电阻导致的功能限制这里导致非常狭窄的工艺上的窗口。这在晶片的中心到边缘的取向附生层厚出现常见的不可避免的波动时，这会导致明显的效率损失。

此外由于直接使用低电阻的基体材料这一事实，导致了限定到非常小的像素几何形状(pixelgeometrie)上的功能限制。这主要是由于在低电阻的基体中仅能耗尽小的层厚，并且此时会非常快速地达到击穿场强。由此直接导致的“浮动”结构大的电容强烈限制了功能所需的电势升程(Potentialhub)。这使得难以发现这种结构的恰当的工作点。

此外由于限制到非常小的像素以及其为了良好的量子产出必须的密度，所谓“寄生脉冲(afterpulsing)”会导致非常大的问题。在雪崩过程中的每个微等离子体中由于强烈地带电的运动的电荷载体自发形成单个的辐射的光子。这些光子可能在所有空间方向上在半导体晶体的内部辐射。这种辐射的光谱具有这样的特性，即这些单个的光子平均能辐射7微米至8微米远，然后它们会在晶体中被吸收。如果利用低电阻的基体仅能实现最高约4微米的像素几何形状的结构并且在两个像素之间的空缺区域中设计成十分小，以使得实现良好的量子效率，则直接相邻的像素的触发构成这种结构的主要问题。因为实际上这种现象始终会干扰真正的测量。如果空缺区域放大，则量子效率明显降低。这种设计上的两难直接导致要采用低电阻的半导体层。

文件DE 690 11 809 T2公开了一种半导体布置结构，它具有一个半导体主体，所述半导体主体具有第一可导电型的第一布置区域，所述第一布置区域与第二布置区域构成第一pn结，所述第二布置区域具有与第一可导电型相反的第二可导电型，所述第二布置区域在半导体主体的主表面之一的旁边提供，所述第一pn结至少在所述布置结构的一个运行模式下是反向预加电压(sperr-vorgespannt)的。设有另一个开放的区域，该区域具有第二导电型，该区域设置在第一布置区域的内部，并远离半导体主体的主表面设置，而且与第二布置区域隔开间距提供，使得在一种布置结构的操作模式中，所述第一pn结的耗尽区域在所述第一pn结击穿之前，到达开放的附加区域。所述另一个区域构成另一个pn结，该pn结具有高度掺杂的分离区域，所述分离区域具有第一导电型，所述分离区域设置在开放的所述另一个区域和第二布置区域之间的第一布置区域的内部，并与第二布置区域隔开间距提供。

由文件DE 697 21 366 T2已知一种二极管以及一种整流器电路装置。所述二极管利用第一导体类型的第一半导体层、设置在第一半导体层中的第二导体类型的第二半导体层、与第一半导体层电连接的第一主电极以及第二主电极，第二主电极在第一和第二半导体层之间的过渡区域的边缘部分内部的接触区域内与第二半导体层接通，其中所述边缘部分位于第二半导体区域的边缘上。接触区域和过渡部的边缘部分之间的最短侧向间距不短于第一半导体层中的少数载流子的扩散长度。

发明内容

本发明的目的是，提供一种用于辐射检测器的半导体结构的改进的技术以及一种基于这种技术的辐射检测器，所述技术和辐射检测器避免现有技术的缺点。特别是应能在具有较好的量子效率的辐射检测器中实现较大的像素结构以及在较大的空缺范围上实现所谓的“寄生脉冲”的减少。还应以较大的精度辅助工作点的形成和效率。