[发明专利]一种高探测效率的单光子雪崩二极管探测器阵列单元

权利要求书

1.一种高探测效率的单光子雪崩光电二极管探测器阵列单元，其特征在于，所述阵列单元的有源区包括：P型衬底(1)、外延层(2)、P埋层区(3)、P-埋层区(4)、P-注入区和P阱之间的浅沟槽隔离(STI)区(5)、两P阱之间的浅沟槽隔离(STI)区(6)、深P阱(7)、P-注入区(8)、N阱(9)、深P阱两侧的P阱(10)、外延层两侧的P阱(11)、N+区(12)、深P阱两侧的P+区(13)、外延层两侧的P+区(14)；所述单光子雪崩光电二极管的深P阱(7)贯穿在P型衬底(1)和外延层(2)之间；P型衬底(1)的表面中心有一个P埋层区(3)，P埋层区(3)的作用是保护环的作用，P埋层区(3)的周围环绕着P-埋层区(4)，P-埋层区(4)可以控制雪崩区电场的均匀性，深P阱(7)的表面中心有一个N+区(12)，N+区(12)表面引出电极作为单光子雪崩光电二极管器件的正极，N+区(12)被N阱(9)包围，N阱(9)和深P阱(7)之间形成雪崩区，N阱(9)的四周环绕着P-注入区(8)，P-注入区(8)是一个环绕式保护环结构，深P阱(7)的表面两侧还有一个环形的P+区(13)，其表面引出电极作为单光子雪崩光电二极管探测器器件的负极，环形P+区(13)被P阱(10)包围，外延层(2)两侧深P阱(7)以外还有一个环形P+区(14)，环形P+区(14)被P阱(11)包围；两个P阱之间用浅沟槽隔离区(6)隔开,P阱(10)和P-注入区(8)用浅沟槽隔离区(5)隔开。

2.根据权利要求1所述的一种高探测效率的单光子雪崩光电二极管探测器阵列单元，其特征在于：所述的P型衬底(1)和外延层(2)的材料为硅(Si)、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)、铟砷化镓(InGaAs)Ⅲ-Ⅴ族化合物材料。

3.根据权利要求1所述的一种高探测效率的单光子雪崩光电二极管探测器阵列单元，其特征在于：所述的雪崩区为轻掺杂N阱(9)和深P阱(7)形成PN结构层；当单光子雪崩光电二极管工作在盖革模式下时，一旦检测到光子后，在其交界处的雪崩区就会产生一个电子-空穴对，电子和空穴获得足够的能量后会在高电场下加速，与晶格发生碰撞，形成大量的电子空穴对从而构成较大的二次光电流，这一过程形成连锁反应，产生雪崩现象，该结构在轻掺杂的N阱(9)和P型衬底(1)之间形成雪崩区。

4.根据权利要求1所述的一种高探测效率的单光子雪崩光电二极管探测器阵列单元，其特征在于：在P型衬底中用深P阱取代深N阱；设有三重保护环结构，即：环形P-注入结构、P埋层结构和P-埋层结构。

5.根据权利要求1所述的一种高探测效率的单光子雪崩光电二极管探测器阵列单元，其特征在于：用P-埋层区(4)控制边缘电场。