包括高灵敏度光子混合结构的高量子效率盖革模式雪崩二极管及其阵列制造技术

一种光电探测器器件包括半导体材料层以及半导体材料层中的至少一个光电二极管。该至少一个光电二极管被配置为被偏置超过至少一个光电二极管的击穿电压，以响应于检测到入射光子而生成相应的电信号。相应的电信号独立于入射光子的光功率。纹理区耦接至半导体材料层并且纹理区包括光学结构，该光学结构被定位成在由至少一个光电二极管检测入射光子时与入射光子相互作用。两个或更多个光电二极管可以限定光电探测器器件的像素，且光学结构可以被配置为将入射光子引导至像素的两个或更多个光电二极管中的任一个光电二极管。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括高灵敏度光子混合结构的高量子效率盖革模式雪崩二极管及其阵列相关申请的交叉引用本申请要求于2018年10月30日提交的名称为“HighQuantumEfficiencyGeiger-ModeAvalancheDiodesandArraysThereof(高量子效率盖革模式雪崩二极管及其阵列)”的美国临时专利申请No.62/752,718，以及于2018年12月4日在美国专利商标局提交的名称为“HighSensitivityPhotonMixingStructures(高灵敏度光子混合结构)”的美国临时专利申请No.62/775,105的优先权权益，专利申请No.62/752,718和专利申请No.62/775,105公开的内容通过引用并入本文。
本文的主题总体上涉及图像传感器，并且更具体地涉及用于在LIDAR(光检测和测距)系统中成像的图像传感器。
技术介绍
基于飞行时间(ToF)的成像用于包括测距、深度剖析和3D成像(例如，光检测和测距(LIDAR)，本文也被称为激光雷达)的许多应用中。ToF3D成像系统可以利用直接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光电探测器器件，包括：/n半导体材料层；/n所述半导体材料层中的至少一个光电二极管，所述至少一个光电二极管被配置为被偏置超过所述至少一个光电二极管的击穿电压，以响应于检测到入射光子而生成相应的电信号，其中，所述相应的电信号独立于所述入射光子的光功率；以及/n纹理区，所述纹理区耦接至所述半导体材料层，并且所述纹理区包括光学结构，所述光学结构被定位成在由所述至少一个光电二极管检测所述入射光子时与所述入射光子相互作用。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181030 US 62/752,718;20181204 US 62/775,1051.一种光电探测器器件，包括：
半导体材料层；
所述半导体材料层中的至少一个光电二极管，所述至少一个光电二极管被配置为被偏置超过所述至少一个光电二极管的击穿电压，以响应于检测到入射光子而生成相应的电信号，其中，所述相应的电信号独立于所述入射光子的光功率；以及
纹理区，所述纹理区耦接至所述半导体材料层，并且所述纹理区包括光学结构，所述光学结构被定位成在由所述至少一个光电二极管检测所述入射光子时与所述入射光子相互作用。


2.根据权利要求1所述的光电探测器器件，其中，所述至少一个光电二极管包括两个或更多个光电二极管，所述两个或更多个光电二极管限定了所述光电探测器器件的像素，其中，所述光学结构被配置为将所述入射光子引导至所述像素的两个或更多个光电二极管中的任一个光电二极管以由此进行检测。


3.根据权利要求2所述的光电探测器器件，还包括：
相应的隔离区，所述相应的隔离区将所述像素与所述光电探测器器件的相邻像素分开，其中，所述像素在所述像素的两个或更多个光电二极管之间没有所述相应的隔离区。


4.根据权利要求3所述的光电探测器器件，其中，所述相应的隔离区包括相应的深沟槽隔离(DTI)区，并且还包括：
较浅沟槽隔离(SrTI)结构，所述较浅沟槽隔离(SrTI)结构在所述像素中的所述两个或更多个光电二极管之间，其中，所述相应的DTI区远离所述两个或更多个光电二极管突出超过所述SrTI结构。


5.根据权利要求3所述的光电探测器器件，其中，响应于由所述两个或更多个光电二极管中的任一个光电二极管检测到所述入射光子，由所述两个或更多个光电二极管中的任一个光电二极管生成的所述相应的电信号被配置为输出至相应的处理路径，所述相应的处理路径包括未被所述像素的所述两个或更多个光电二极管共享的相应的电子电路元件。


6.根据权利要求5所述的光电探测器器件，还包括：
读出晶圆，所述读出晶圆包括所述相应的电子电路元件，其中，所述半导体材料层堆叠在所述读出晶圆的表面上。


7.根据权利要求6所述的光电探测器器件，其中，所述相应的电子电路元件包括相应的淬灭电路和/或再充电电路。


8.根据权利要求6所述的光电探测器器件，还包括：
金属层结构，所述金属层结构在所述读出晶圆中与所述读出晶圆的表面邻近，其中，所述金属层结构在所述两个或更多个光电二极管下方延伸并且所述金属层结构被配置为向所述两个或更多个光电二极管提供电信号或提供来自所述两个或更多个光电二极管的电信号。


9.根据权利要求8所述的光电探测器器件，其中，所述相应的电子电路元件包括模拟时间积分器或模拟计数器，并且所述金属层结构包括对所述模拟时间积分器或模拟计数器的电容器进行积分或计数。


10.根据权利要求2至9中任一项所述的光电探测器器件，其中，所述光学结构被配置为在由所述两个或更多个光电二极管中的任一个光电二极管进行检测之前，引导所述入射光子远离所述像素的所述两个或更多个光电二极管中的一个光电二极管。


11.根据权利要求10所述的光电探测器器件，其中，所述光学结构是衍射元件，所述衍射元件分别包括小于所述入射光子的波长的一个或更多个尺寸，可选地，所述衍射元件包括倒金字塔形阵列(IPA)结构。


12.根据权利要求2所述的光电探测器器件，其中，所述像素中的所述两个或更多个光电二极管中的至少一个光电二极管被配置为独立于彼此而被禁用。


13.根据权利要求12所述的光电探测器器件，还包括：
沟槽隔离区，所述沟槽隔离区将所述像素与所述光电探测器器件的相邻像素分开；以及
第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极被配置为基于所述第一电极和所述第二电极之间的电压差，将反向偏置施加到所述像素的所述两个或更多个光电二极管中的所述至少一个光电二极管，其中，所述电压差在第一电压和第二电压之间切换，所述第一电压大于所述击穿电压，所述第二电压小于所述击穿电压。


14.根据前述权利要求中任一项所述的光电探测器器件，其中，所述至少一个光电二极管包括至少一个单光子雪崩检测器(SPAD)，所述至少一个单光子雪崩检测器具有相应的半导体结，所述半导体结包括基本上平面的区以及在所述区的边缘处的保护环结构。


15.根据前述权利要求中任一项所述的光电探测器器件，其中，所述光电探测器器件包括光学传感器阵列，所述光学传感器阵列包括在所述光学传感器阵列的多个像素之间的所述至少一个光电二极管...

【专利技术属性】
技术研发人员：豪德·芬克尔斯坦，
申请(专利权)人：感觉光子公司，
类型：发明
国别省市：美国;US