[发明专利]基于浮置环的多像素自由运行单光子探测器及制备方法

权利要求书

1.一种基于浮置环的多像素自由运行单光子探测器，包括外延片，其特征在于，还包括形成于所述外延片上像素单元、形成于所述外延片上且与所述像素单元电连接的P电极以及形成于所述外延片底部的N电极；所述像素单元包括一形成于所述外延片内的有源区以及一形成于所述外延片内且环绕所述有源区设置的浮置环，所述P电极对应形成于所述有源区的上表面且与所述有源区和浮置环的一端均电连接。

2.根据权利要求1所述的基于浮置环的多像素自由运行单光子探测器，其特征在于，所述有源区包括从下至上依次层叠形成于所述外延片内且彼此分离的吸收层、渐变层、电荷层和倍增层，所述有源区呈直径由下至上逐渐增加的SAGCM异质结。

3.根据权利要求1所述的基于浮置环的多像素自由运行单光子探测器，其特征在于，所述吸收层的材料为Si、InGaAs、Ge、InGaAsP、InGaAs/GaAsSb二类超晶格中的一种，所述倍增层的材料为Si、InP、InAlAs中的一种。

4.根据权利要求1所述的基于浮置环的多像素自由运行单光子探测器，其特征在于，所述浮置环对应的方块电阻值为1k～5kΩ/sq。

5.根据权利要求1所述的基于浮置环的多像素自由运行单光子探测器，其特征在于，所述像素单元的数量为n²个，其中，n＝1,2,3...，且P电极的数量与所述像素单元对应，使所述P电极与所述像素单元一一对应连接。

6.根据权利要求1～5任一项所述的基于浮置环的多像素自由运行单光子探测器，其特征在于，还包括一形成于所述外延片上表面的金属焊盘，每一所述像素单元的浮置环的另一端均通过一金属线与所述金属焊盘电连接，且每一像素单元的探测信号在对应P电极与金属焊盘之间的传输时间相同。

7.根据权利要求1～5任一项所述的基于浮置环的多像素自由运行单光子探测器，其特征在于，还包括与所述有源区一一对应形成于所述N电极上的通光孔。

8.根据权利要求1～5任一项所述的基于浮置环的多像素自由运行单光子探测器，其特征在于，还包括一形成于所述外延片顶部的钝化层，所述钝化层上对应于所述有源区的位置处具有一直径小于有源区的电极孔，所述P电极对应形成于所述电极孔内。

9.一种基于浮置环的多像素自由运行单光子探测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：提供一外延片，在所述外延片上均匀生长多个有源区；

S2：分别对每一有源区进行至少一次扩散形成SAGCM异质结；

S3：分别在每一有源区的外围扩散形成具有一缺口的浮置环；

S4：在外延片的上表面沉积一层钝化层；

S5：在钝化层上对应有源区的位置处向下刻蚀出一直径小于所述有源区的电极孔，并在电极孔内溅射P电极以及在外延片的下表面溅射N电极；

S6：在N电极对应有源区的位置刻蚀形成通光孔；

S7：在外延片上预定位置形成一金属焊盘，并在外延片上溅射连接金属焊盘与各浮置环一端的金属线以及溅射连接浮置环另一端与P电极的金属线，完成制备。

10.根据权利要求9所述的基于浮置环的多像素自由运行单光子探测器的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中的有源区的SAGCM异质结和步骤S3中的浮置环均采用闭管或MOCVD工艺进行扩散形成。