本实用新型专利技术提供一种单光子雪崩光电二极管，光电二极管包括：半导体基底，深沟槽区，自半导体基底的第一主面延伸至半导体基体内部；阴极区，包括设置于半导体基底的第一主面的第一阴极部和设置于深沟槽区外周侧且沿深沟槽区延伸至半导体基底内部的第二阴极部；缓冲区，包括设置于第一阴极部的外周侧与下方的第一缓冲部和设置于第二阴极部外周侧的第二缓冲部，缓冲区与阴极区的接触区域形成雪崩区；阳极区，设置于半导体基体的上部；以及光电信号转换区，设置于半导体基体内部。本实用新型专利技术的单光子雪崩光电二极管具有低时间抖动的优点，采用本实用新型专利技术单光子雪崩光电二极管的飞行时间传感器探测具有较高的测距精度。行时间传感器探测具有较高的测距精度。行时间传感器探测具有较高的测距精度。
Single photon avalanche photodiode, time of flight sensor and ranging equipment
【技术实现步骤摘要】
单光子雪崩光电二极管、飞行时间传感器及测距设备
[0001]本技术属于传感器
，尤其涉及一种飞行时间传感器设备中的低时间抖动的单光子雪崩光电二极管及其制备方法。
技术介绍
[0002]飞行时间传感器是一种测距设备的重要部分，能够捕获目标物体的三维(3D)距离信息，获得3D图像；广泛应用在行为分析、监控、汽车自动驾驶、人工智能、机器视觉感知和图像3D增强等领域。
[0003]飞行时间传感器，采用飞行时间法，测量光脉冲从光源发射端到目标物体反射后，再到传感器接收端的光的旅行时间，从而确定目标物体的距离信息。
[0004]飞行时间传感器可以采用直接的方法获得光的旅行时间，称为直接飞行时间传感器；直接飞行时间传感器，采用单光子雪崩光电二极管探测光脉冲信号；单光子雪崩光电二极管将接受到的光信号在光电信号转换区转换为光电电荷，光电电荷移动到雪崩区触发光电二极管发生雪崩，产生的高电流信号触发时间数字转换器记录下光脉冲信号从发射到接受时间段的时间，进而再结合光速数据推测出距离信息。
[0005]然而，现有的单光子雪崩光电二极管存在较为严重的时间抖动问题，大大降低了飞行时间传感器探测的测距精度。
[0006]应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的
技术介绍
部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。
技术实现思路
[0007]鉴于以上所述现有技术的缺点，本技术的目的在于提供一种单光子雪崩光电二极管及其制备方法，用于解决现有技术中单光子雪崩光电二极管存在较为严重的时间抖动问题，从而大大降低了飞行时间传感器探测的测距精度的问题。
[0008]为实现上述目的及其他相关目的，本技术提供一种单光子雪崩光电二极管，所述单光子雪崩光电二极管包括：半导体基底，包括相对的第一主面和第二主面；深沟槽区，自所述半导体基底的第一主面延伸至所述半导体基体内部，所述深沟槽区填充有填充物；阴极区，包括设置于所述半导体基底的第一主面的第一阴极部和设置于所述深沟槽区外周侧且沿所述深沟槽区延伸至所述半导体基底内部的第二阴极部；缓冲区，包括设置于所述第一阴极部的外周侧与下方的第一缓冲部和设置于所述第二阴极部外周侧的第二缓冲部，所述缓冲区与所述阴极区的接触区域形成雪崩区；阳极区，设置于所述半导体基体的上部，位于所述第一缓冲部的外周侧；光电信号转换区，设置于所述第一缓冲部下方和所述第二缓冲部的外周侧。
[0009]可选地，所述深沟槽区的宽度为0.1微米～0.3微米，深度大于或等于0.5微米，所述深沟槽区内的填充物包括氧化物、氮化物、多晶硅及金属中的一种。
[0010]可选地，所述阴极区的厚度大于或等于0.1微米，离子掺杂浓度大于或等于1e18atom/cm3，掺杂离子包括砷离子及磷离子中的一种或两种的混合。
[0011]可选地，所述阳极区的宽度大于或等于0.1微米，深度大于或等于0.1微米，离子掺杂浓度大于或等于1e18atom/cm3，掺杂离子包括硼离子；和/或，所述缓冲区的厚度为0.05微米～0.3微米，离子掺杂浓度为1e15atom/cm3～1e19atom/cm3，掺杂离子包括硼离子。
[0012]可选地，所述阴极区外接第一电压，所述阳极区外接第二电压，所述第一电压与所述第二电压的差值大于或等于所述单光子雪崩光电二极管的雪崩电压。
[0013]可选地，还包括像素隔离区，所述像素隔离区设置于所述阳极区下方的所述半导体基底中，且所述阳极区与所述缓冲区接触，所述像素隔离区为离子掺杂隔离区，掺杂类型与所述缓冲区的掺杂类型相同，且所述像素隔离区的掺杂浓度大于所述缓冲区的掺杂浓度，以形成所述半导体基底中的光电电荷向所述缓冲区移动的附加驱动电场。
[0014]可选地，所述单光子雪崩光电二极管接受光信号的方式包括第一主面入射及第二主面入射中的一种；和/或，所述深沟槽区的平面结构包括多边形、圆形及椭圆形中的一种。
[0015]可选地，每个所述单光子雪崩光电二极管包含两个以上的所述深沟槽区，两个以上的所述深沟槽区在所述单光子雪崩光电二极管中呈中心对称分布或轴对称分布。
[0016]可选地，所述半导体基底具有目标区，所述目标区产生的光电电荷至所述第二缓冲部的水平距离小于所述光电电荷至所述第一缓冲部的竖直距离，其中，所述目标区的上边缘自所述第二阴极部竖直方向的中心延伸至对应侧的所述半导体基底的外缘底端。
[0017]本技术还提供一种飞行时间传感器，所述飞行时间传感器包含如上任意一项所述的单光子雪崩光电二极管。
[0018]本技术还提供一种测距设备，所述测距设备包含如上所述的飞行时间传感器。
[0019]本技术还提供一种单光子雪崩光电二极管的制备方法，所述制备方法包括步骤：提供一半导体基底，所述半导体基底包括相对的第一主面和第二主面，于所述半导体基底中形成光电信号转换区和阳极区；于所述半导体基底中形成深沟槽区；通过第一倾斜离子注入工艺于所述半导体基底的第一主面和所述深沟槽区的侧壁注入第一掺杂离子以形成缓冲区，所述缓冲区包括设置于所述半导体基底的第一主面的第一缓冲部和设置于所述深沟槽区外周侧且沿所述深沟槽区延伸至所述半导体基底内部的第二缓冲部；通过第二倾斜离子注入工艺于所述半导体基底的第一主面和所述深沟槽区的侧壁注入第二掺杂离子，其注入深度小于所述第一掺杂离子的注入深度，以在所述缓冲区中形成阴极区，所述阴极区包括设置于所述半导体基底的第一主面的第一阴极部和设置于所述深沟槽区外周侧且沿所述深沟槽区延伸至所述半导体基底内部的第二阴极部，所述缓冲区与所述阴极区的接触区域形成雪崩区；于所述深沟槽区中形成填充物。
[0020]可选地，通过第一倾斜离子注入工艺于所述半导体基底的第一主面和所述深沟槽区的侧壁注入第一掺杂离子包括：在半导体基底表面和所述深沟槽区表面形成保护层；向所述半导体基底的第一主面和所述深沟槽区的侧壁进行多次第一倾斜离子注入，相邻两次第一倾斜离子注入时，所述半导体基底旋转一角度，以使所述深沟槽区的侧壁的第一掺杂离子均匀分布。
[0021]可选地，相邻两次第一倾斜离子注入时，所述半导体基底旋转的角度为α，向所述
半导体基底的第一主面和所述深沟槽区的侧壁进行第一倾斜离子注入的次数为n次，每次离子注入剂量和能量相同，其中，n为大于或等于2的正整数，n与α的乘积为360度。
[0022]可选地，通过第二倾斜离子注入工艺于所述半导体基底的第一主面和所述深沟槽区的侧壁注入第二掺杂离子包括：向所述半导体基底的第一主面和所述深沟槽区的侧壁进行多次第二倾斜离子注入，相邻两次第二倾斜离子注入时，所述半导体基底旋转一角度，以使所述深沟槽区的侧壁的第二掺杂离子均匀分布。
[0023]可选地，相邻两次第二倾斜离子注入时，所述半导体基底旋转的角度为β，向所述半导体基底的第一主面和所述深沟槽区的侧壁进行第一倾斜离子注入的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种单光子雪崩光电二极管，其特征在于，所述单光子雪崩光电二极管包括：半导体基底，包括相对的第一主面和第二主面；深沟槽区，自所述半导体基底的第一主面延伸至所述半导体基体内部，所述深沟槽区填充有填充物；阴极区，包括设置于所述半导体基底的第一主面的第一阴极部和设置于所述深沟槽区外周侧且沿所述深沟槽区延伸至所述半导体基底内部的第二阴极部；缓冲区，包括设置于所述第一阴极部的外周侧与下方的第一缓冲部和设置于所述第二阴极部外周侧的第二缓冲部，所述缓冲区与所述阴极区的接触区域形成雪崩区；阳极区，设置于所述半导体基体的上部，位于所述第一缓冲部的外周侧；光电信号转换区，设置于所述第一缓冲部下方和所述第二缓冲部的外周侧。2.根据权利要求1所述的单光子雪崩光电二极管，其特征在于：所述深沟槽区的宽度为0.1微米～0.3微米，深度大于或等于0.5微米，所述深沟槽区内的填充物包括氧化物、氮化物、多晶硅及金属中的一种。3.根据权利要求1所述的单光子雪崩光电二极管，其特征在于：所述阴极区的厚度大于或等于0.1微米。4.根据权利要求1所述的单光子雪崩光电二极管，其特征在于：所述阳极区的宽度大于或等于0.1微米，深度大于或等于0.1微米；和/或，所述缓冲区的厚度为0.05微米～0.3微米。5.根据权利要求1所述的单光子雪崩光电二极管，其特征在于：所述阴极区外接第一电压，所述阳极区外接第二电压，所述第一电压与所述第二电压的差值大于或等于所述单光子雪崩光电二极管的雪崩电压。6...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭同辉，
申请(专利权)人：思特威上海电子科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：
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