高速光感测设备II制造技术

一种光学设备，包含：半导体基板；由所述半导体基板支撑的第一光吸收区，所述第一光吸收区包含锗并被配置成吸收光子并从所吸收的光子生成光载流子；第一层，由所述第一光吸收区和所述半导体基板的至少一部分支撑，所述第一层不同于所述第一光吸收区；由第一控制信号控制的一个或多个第一开关，所述一个或多个第一开关被配置成基于所述第一控制信号收集光载流子的至少一部分；以及由第二控制信号控制的一个或多个第二开关，所述一个或多个第二开关被配置成基于所述第二控制信号收集光载流子的至少一部分，其中，所述第二控制信号不同于所述第一控制信号。

High speed optical sensing equipment II

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高速光感测设备II交叉申请的相关引用本申请要求2017年2月28日提交的美国临时专利申请号62/465,139；2017年3月31日提交的美国临时专利申请号62/479,322；2017年5月10日提交的美国临时专利申请号62/504,531；2017年4月13日提交的美国临时专利申请号62/485,003；2017年5月27日提交的美国临时专利申请号62/511,977；2017年7月18日提交的美国临时专利申请号62/534,179；2017年9月21日提交的美国临时专利申请号62/561,266；2018年1月3日提交的美国临时专利申请号62/613,054；和2018年1月15日提交的美国临时专利申请号62/617,317的权益，所有这些都通过引用整体并入于此。
本申请涉及利用光探测器来探测光。
技术介绍
在自由空间或者光学介质中传播的光，耦合到将光信号转换为电信号用于处理的光探测器。
技术实现思路
根据本专利技术所描述的目标的创新性方面，三维对象所反射的光可以由成像系统的光探测器进行探测。此光探测器能将探测到的光转换为电荷。每个光探测器可包含收集电荷的两组开关。可依时序切换两组开关所控制的电荷收集过程，使得成像系统可以确认感测的光的相位信息。成像系统可以用相位信息来分析与三维对象关联的特性，包含深度信息或材料成分。成像系统也可以用相位信息来分析与以下相关联的特性：眼睛追踪、体态辨识、三维对象扫描/影片录制、动作追踪和/或扩增/虚拟现实应用。一般来说，本专利技术所描述的目标的创新性方面可以实现在光学设备中；所述光学设备包含：半导体基板；锗硅层，所述锗硅层耦合至半导体基板，锗硅层包含光探测器区，其被配置成吸收光子并从所吸收的光子生成光载流子；一个或多个第一开关，由第一控制信号控制，所述一个或多个第一开关被配置成基于第一控制信号收集光载流子的至少一部分；以及一个或多个第二开关，由第二控制信号控制，所述一个或多个第二开关被配置成基于第二控制信号收集光载流子的至少一部分，其中第二控制信号不同于第一控制信号。所述一个或多个第一开关包含位于锗硅层中的第一p掺杂区，第一p掺杂区由第一控制信号控制；及包含在锗硅层中的第一n掺杂区，第一n掺杂区耦合至第一读出集成电路。所述一个或多个第二开关包含在锗硅层中的第二p掺杂区，第二p掺杂区由第二控制信号控制；及包含位于锗硅层中的第二n掺杂区，第二n掺杂区耦合至第二读出集成电路。此实施方式及其它实施方式可各视情况包含下列特征的一个或多个。锗硅层可包含第三n掺杂区及第四n掺杂区，第一p掺杂区的至少一部分可形成在第三n掺杂区中，而第二p掺杂区的至少一部分可形成在第四n掺杂区中。锗硅层可包含第三n掺杂区，第一p掺杂区的至少一部分及第二p掺杂区的一部分可形成在第三n掺杂区中。半导体基板可包含第三p掺杂区及一个或多个n掺杂区，锗硅层可配置在第三p掺杂区的上方，以及第三p掺杂区可与所述一个或多个n掺杂区电短路。第一控制信号可以是固定偏置电压，第二控制信号可以是对第一控制信号的固定偏置电压进行偏置的可变偏置电压。锗硅层所吸收的光子可以是从三维目标的表面反射的；由所述一个或多个第一开关所收集的光载流子的部分以及由所述一个或多个第二开关所收集的光载流子的部分可被飞行时间(ToF)系统用来分析三维目标的深度信息或材料组成。本专利技术所描述的目标的另一个创新性方面可以实现在光学设备中；所述光学设备包含：半导体基板；吸收层，耦合到半导体基板，吸收层包含光探测器区，光探测器区被配置成吸收光子并从所吸收的光子生成光载流子；一个或多个第一开关，由第一控制信号控制，所述一个或多个第一开关被配置成基于第一控制信号收集光载流子的至少一部分；以及一个或多个第二开关，由第二控制信号控制，所述一个或多个第二开关被配置成基于第二控制信号收集光载流子的至少一部分，第二控制信号不同于第一控制信号。所述一个或多个第一开关包含：第一p掺杂区，其位于半导体基板中并由第一控制信号控制；以及第一n掺杂区，其位于半导体基板中，第一n掺杂区耦合至第一读出集成电路。所述一个或多个第二开关包含：第二p掺杂区，其位于半导体基板中，其中第二p掺杂区由第二控制信号控制；以及第二n掺杂区，其位于半导体基板中，其中，第二n掺杂区耦合至第二读出集成电路。此实施方式及其它实施方式可各视情况包含下列特征的一个或多个。半导体基板可包含第三n掺杂区及第四n掺杂区，第一p掺杂区的至少一部分可形成在第三n掺杂区中，以及第二p掺杂区的至少一部分可形成在第四n掺杂区中。半导体基板可包含第三n掺杂区，第一p掺杂区的至少一部分及第二p掺杂区的一部分可形成在第三n掺杂区中。半导体基板可包含一个或多个p阱区。第一控制信号可以是固定偏置电压，第二控制信号可以是对第一控制信号的固定电压偏置的可变偏置电压。吸收区所吸收的光子可以是从三维目标的表面反射的，且由所述一个或多个第一开关所收集的光载流子的部分，以及由所述一个或多个第二开关所收集的光载流子的部分可被飞行时间系统用来分析三维目标的深度信息或材料组成。本专利技术所描述的目标的又另一个创新性方面可以实现在光学设备中；所述光学设备包含：半导体基板；吸收层，耦合到半导体基板，吸收层包含光探测器区，光探测器区被配置成吸收光子并从所吸收的光子生成光载流子；一个或多个第一开关，由第一控制信号控制，所述一个或多个第一开关被配置成基于第一控制信号收集光载流子的至少一部分；以及一个或多个第二开关，由第二控制信号控制，所述一个或多个第二开关被配置成基于第二控制信号收集光载流子的至少一部分，第二控制信号不同于第一控制信号。所述一个或多个第一开关包含：多个第一p掺杂区，其位于半导体基板中并且所述多个第一p掺杂区由第一控制信号控制；以及多个第一n掺杂区，其位于半导体基板中，其中所述多个第一n掺杂区耦合至第一读出集成电路。所述一个或多个第二开关包含：多个第二p掺杂区，其位于半导体基板中，其中多个第二p掺杂区由第二控制信号控制；以及多个第二n掺杂区，其位于半导体基板中，其中，多个第二n掺杂区耦合至第二读出集成电路。此实施方式及其它实施方式可各视情况包含下列特征的一个或多个。半导体基板可包含第三n掺杂区，所述多个第一p掺杂区的至少一部分及所述多个第二p掺杂区的一部分可形成在第三n掺杂区中。所述多个第一p掺杂区及所述多个第二p掺杂区可沿着半导体基板的第一平面呈指叉式排列，所述多个第一n掺杂区及所述多个第二n掺杂区可沿着半导体基板的第二平面呈指叉式排列，第二平面不同于第一平面。所述多个第一p掺杂区中的每个p掺杂区可配置在所述多个第二n掺杂区中对应的n掺杂区的上方，所述多个第二p掺杂区中的每个p掺杂区可配置在所述多个第二n掺杂区中对应的n掺杂区的上方。半导体基板可包含一个或多个p阱区。第一控制信号可以是固定偏置电压，第二控制信号可以是对第一控制信号的固定电压偏置的可变偏置电压。吸收区所吸收的光子可以是从三维目标的表面反射的；由所述一个或多个第一开关所收集的光载流子的部分以及由所述一个或多个第二开关所收集的光载流子的部分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学设备，包含：/n半导体基板；/n由所述半导体基板支撑的第一光吸收区，所述第一光吸收区被配置成吸收光子并且从所吸收的光子生成光载流子；/n由第一控制信号控制的一个或多个第一开关，所述一个或多个第一开关被配置成基于所述第一控制信号收集所述光载流子的至少一部分；/n由第二控制信号控制的一个或多个第二开关，所述一个或多个第二开关被配置成基于所述第二控制信号收集所述光载流子的至少一部分，其中，所述第二控制信号不同于所述第一控制信号；以及/n形成在所述第一光吸收区的第一部分中的反掺杂区，所述反掺杂区包含第一掺杂物并且具有第一净载流子浓度，所述第一净载流子浓度低于所述第一光吸收区的第二部分的第二净载流子浓度，/n其中，所述一个或多个第一开关包含：/n耦合至第一控制区的第一控制接触，其中，所述第一控制区由所述第一控制信号控制；以及/n耦合至第一读出区的第一读出接触，其中，所述第一读出区耦合至第一读出集成电路，其中，所述一个或多个第二开关包含：/n耦合至第二控制区的第二控制接触，其中，所述第二控制区由所述第二控制信号控制；以及/n耦合至第二读出区的第二读出接触，其中，所述第二读出区耦合至第二读出集成电路。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170228 US 62/465,139;20170331 US 62/479,322;20171.一种光学设备，包含：
半导体基板；
由所述半导体基板支撑的第一光吸收区，所述第一光吸收区被配置成吸收光子并且从所吸收的光子生成光载流子；
由第一控制信号控制的一个或多个第一开关，所述一个或多个第一开关被配置成基于所述第一控制信号收集所述光载流子的至少一部分；
由第二控制信号控制的一个或多个第二开关，所述一个或多个第二开关被配置成基于所述第二控制信号收集所述光载流子的至少一部分，其中，所述第二控制信号不同于所述第一控制信号；以及
形成在所述第一光吸收区的第一部分中的反掺杂区，所述反掺杂区包含第一掺杂物并且具有第一净载流子浓度，所述第一净载流子浓度低于所述第一光吸收区的第二部分的第二净载流子浓度，
其中，所述一个或多个第一开关包含：
耦合至第一控制区的第一控制接触，其中，所述第一控制区由所述第一控制信号控制；以及
耦合至第一读出区的第一读出接触，其中，所述第一读出区耦合至第一读出集成电路，其中，所述一个或多个第二开关包含：
耦合至第二控制区的第二控制接触，其中，所述第二控制区由所述第二控制信号控制；以及
耦合至第二读出区的第二读出接触，其中，所述第二读出区耦合至第二读出集成电路。


2.根据权利要求1所述的光学设备，其中，在操作期间，相对于没有所述反掺杂区的可比较的光学设备，所述反掺杂区减小在所述第一控制接触与所述第二控制接触之间流动的泄漏电流。


3.根据权利要求1所述的光学设备，其中，所述第一控制区、所述第一读出区、所述第二控制区和所述第二读出区由所述第一光吸收区支撑，并且
其中，所述反掺杂区包含所述第一控制区、所述第一读出区、所述第二控制区和所述第二读出区的至少一部分。


4.根据权利要求3所述的光学设备，其中，所述第一读出区包含第一n掺杂区并且所述第二读出区包含第二n掺杂区。


5.根据权利要求4所述的光学设备，其中，所述第一控制区包含第一p掺杂区并且所述第二控制区包含第二p掺杂区。


6.根据权利要求5所述的光学设备，还包含：
接触所述第一p掺杂区的第三n掺杂区；以及
接触所述第二p掺杂区的第四n掺杂区，
其中，所述第三n掺杂区与所述第四n掺杂区之间的第一横向分隔小于所述第一p掺杂区与所述第二p掺杂区之间的第二横向分隔。


7.根据权利要求1所述的光学设备，其中，所述第一光吸收区包含锗或锗硅。


8.根据权利要求7所述的光学设备，其中，所述反掺杂区的所述第一掺杂物选自由磷、砷、锑和氟组成的组。


9.根据权利要求8所述的光学设备，其中，所述反掺杂区的掺杂浓度在2*1013/cm3与5*1014/cm3之间。


10.根据权利要求8所述的光学设备，其中，所述反掺杂区的掺杂浓度大于所述锗或所述锗硅的缺陷浓度。


11.根据权利要求1所述的光学设备，还包含：
由所述半导体基板支撑的第一反射器。


12.根据权利要求11所述的光学设备，其中，所述第一反射器是以下中的一个或多个：
金属反射镜；
电介质反射镜；以及
分布式布拉格反射器。


13.根据权利要求11所述的光学设备，还包含：
由所述半导体基板支撑的第二反射器，
其中，所述第一反射器和所述第二反射器位于所述第一光吸收区的相反侧。


14.根据权利要求11所述的光学设备，还包含：
由所述半导体基板支撑的第一抗反射层，
其中，所述第一反射器和所述第一抗反射层位于所述第一光吸收区的相反侧。


15.根据权利要求1所述的光学设备，还包含：
由所述半导体基板支撑的透镜。


16.根据权利要求15所述的光学设备，其中，所述透镜整体地形成在所述半导体基板上。


17.根据权利要求15所述的光学设备，还包含：
由所述半导体基板支撑的间隔层，
其中，在垂直于基板表面的方向上，所述间隔层布置在所述第一光吸收区与所述透镜之间。


18.根据权利要求15所述的光学设备，还包含：
由所述半导体基板支撑并且布置在所述半导体基板与所述透镜之间的第二抗反射层。


19.根据权利要求18所述的光学设备，其中，所述第二抗反射层包含与CMOS工艺兼容的高k材料。


20.根据权利要求7所述的光学设备，还包含由所述第一光吸收区和所述半导体基板的至少一部分支撑的第一层，
所述第一层不同于所述第一光吸收区。


21.一种光学设备，包含：
半导体基板；
由所述半导体基板支撑的第一光吸收区，所述第一光吸收区被配置成吸收光子并且从所吸收的光子生成光载流子；
由第一控制信号控制的一个或多个第一开关，所述一个或多个第一开关被配置成基于所述第一控制信号收集所述光载流子的至少一部分；以及
由第二控制信号控制的一个或多个第二开关，所述一个或多个第二开关被配置成基于所述第二控制信号收集所述光载流子的至少一部分，其中，所述第二控制信号不同于所述第一控制信号，
其中，所述一个或多个第一开关包含：
在所述第一光吸收区中的第一p掺杂区，其中，所述第一p掺杂区由所述第一控制信号控制并且具有第一p掺杂物浓度；
在所述第一光吸收区中并且接触所述第一p掺杂区的至少第一部分的第二p掺杂区，其中，所述第二p掺杂区具有低于所述第一p掺杂物浓度的第二p掺杂物浓度；以及
在所述第一光吸收区中的第一n掺杂区，其中，所述第一n掺杂区耦合至第一读出集成电路并且具有第一n掺杂物浓度，其中，所述一个或多个第二开关包含：
在所述第一光吸收区中的第三p掺杂区，其中，所述第三p掺杂区由所述第二控制信号控制并且具有第三p掺杂物浓度；
在所述第一光吸收区中并且接触所述第三p掺杂区的至少第一部分的第四p掺杂区，其中，所述第四p掺杂区具有低于所述第三p掺杂物浓度的第四p掺杂物浓度；以及
在所述第一光吸收区中的第二n掺杂区，其中，所述第二n掺杂区耦合至第二读出集成电路并且具有第二n掺杂物浓度。


22.根据权利要求21所述的光学设备，其中，在操作期间，相对于没有所述第二p掺杂区和所述第四p掺杂区的可比较的光学设备，所述第二p掺杂区减小在所述第一p掺杂区与所述第一n掺杂区之间流动的第一暗电流，并且所述第四p掺杂区减小在所述第三p掺杂区与所述第二n掺杂区之间流动的第二暗电流。


23.根据权利要求21所述的光学设备，
其中，所述一个或多个第一开关还包含：
在所述第一光吸收区中并且接触所述第一n掺杂区的至少一部分的第三n掺杂区，其中，所述第三n掺杂区具有低于所述第一n掺杂物浓度的第三n掺杂物浓度，并且
其中，所述一个或多个第二开关还包含：
在所述第一光吸收区中并且接触所述第二n掺杂区的至少一部分的第四n掺杂区，其中，所述第四n掺杂区具有低于所述第二n掺杂物浓度的第四n掺杂物浓度。


24.根据权利要求23所述的光学设备，其中，在操作期间，相对于没有所述第三n掺杂区和所述第四n掺杂区的可比较的光学设备，所述第三n掺杂区减小在所述第一p掺杂区与所述第一n掺杂区之间流动的第一暗电流，并且所述第四n掺杂区减小在所述第三p掺杂区与所述第二n掺杂区之间流动的第二暗电流。


25.根据权利要求21所述的光学设备，其中，所述第一光吸收区包含锗或锗硅。


26.根据权利要求25所述的光学设备，还包含：
由所述第一光吸收区支撑的第一层，所述第一层不同于所述第一光吸收区。


27.根据权利要求26所述的光学设备，
其中，所述一个或多个第一开关还包含：
接触所述第一p掺杂区的第二部分的第五n掺杂区，并且
其中，所述一个或多个第二开关还包含：
接触所述第三p掺杂区的第二部分的第六n掺杂区。


28.一种光学设备，包含：
半导体基板；
由所述半导体基板支撑的第一光吸收区，所述第一光吸收区被配置成吸收光子并且从所吸收的光子生成光载流子；
由第一控制信号控制的一个或多个第一开关，所述一个或多个第一开关被配置成基于所述第一控制信号收集所述光载流子的至少一部分；以及
由第二控制信号控制的一个或多个第二开关，所述一个或多个第二开关被配置成基于所述第二控制信号收集所述光载流子的至少一部分，其中，所述第二控制信号不同于所述第一控制信号，
其中，所述一个或多个第一开关包含：
在所述第一光吸收区中的第一p掺杂区，其中，所述第一p掺杂区由所述第一控制信号控制并且具有第一p掺杂物浓度；
在所述第一光吸收区中的第一n掺杂区，其中，所述第一n掺杂区耦合至第一读出集成电路并且具有第一n掺杂物浓度；以及
位于所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：那允中，梁哲夫，郑斯璘，陈书履，朱冠祯，林崇致，刘汉鼎，
申请(专利权)人：奥特逻科公司，
类型：发明
国别省市：美国;US