光传感器设备及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种可以减小暗电流并提高灵敏度的光传感器设备及其制备方法。所述光传感器设备包括：基板(1

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光传感器设备及其制备方法


[0001]本专利技术实施例涉及一种光感测功能，尤其涉及一种用于具有飞行时间(time
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flight，TOF)传感器的成像装置的光传感器设备以及一种制备光传感器设备的方法。

技术介绍

[0002]飞行时间(time
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flight，TOF)传感器用于各种应用，例如智能手机的人脸识别、汽车自主驾驶的物体识别、黑暗中的广域监控、医疗保健和游戏。TOF传感器既可以作为固定计算设备的输入设备，也可以作为便携式计算设备的输入设备。就TOF摄像头而言，它使用红外光(人眼看不见的激光)来获取深度信息，这种方式与蝙蝠感知周围环境的方式有点类似。传感器发出光信号，该光信号击中物体并返回传感器。然后，测量接收所返回的光所需的时间，并提供深度映射功能。与其它技术相比，这种技术提供了巨大的优势，因为它可以使用单个激光脉冲精确测量整个场景中的距离。
[0003]TOF传感器存在两个问题：低灵敏度和暗电流，这两个问题会造成测量距离误差。
[0004]为了提高灵敏度，提出了一种硅基锗(germanium，Ge)光电二极管结构代替硅光电二极管用于硅(silicon，Si)光子器件中的近红外(near
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infrared，NIR)光电二极管。光电二极管的灵敏度取决于光电二极管材料的吸收率。在厚度为2μm的光电二极管中，Ge的吸收率为90％，高于Si的吸收率(20％)。相应地，与Si光电二极管相比，Ge光电二极管的灵敏度提高了4.5倍。由于通过区分虚假信号(暗信号)和来自低反射物体的信号来清楚地检测检测信号，因此通过使用Ge来提高测量距离的精度。
[0005]暗电流是黑暗情况下的信号。即使在没有光信号的情况下，光电二极管也会产生少量电流，这是由于载流子的热产生所致。理想情况下，暗电流为零。然而，尤其是在锗表面，存在许多缺陷，从而导致暗电流的产生。其中一个主要缺陷是Ge具有许多悬挂键，另一个是由Si与Ge之间的晶格常数(4％)不匹配造成的缺陷。它们正常释放电子并移动到光电二极管。这会对信号产生不利影响，并导致测量距离误差。这是一个在产品中应用锗光电二极管面临的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种可以减少暗电流并提高灵敏度的光传感器设备及其制备方法。
[0007]第一方面提供了一种光传感器设备，所述光传感器设备包括：
[0008]第一基板；
[0009]形成于所述第一基板上的锗或锗硅层，所述锗或锗硅层包括n型锗或锗硅层和p型锗或锗硅层；
[0010]由p型硅或硅锗层组成的导电层，所述导电层形成于所述锗或锗硅层的顶部和侧面。
[0011]根据这种实现方式，在所述锗或锗硅层的顶部和侧面形成由p型硅或硅锗层组成
的导电层。在Ge光电二极管的顶部和侧面制备p型Si层。因此，可以通过与Si原子键合来抑制悬挂键的缺陷，从而减少暗电流并提高测量距离的精度。此外，还可以检测高波长光(850nm、940nm和1550nm)。
[0012]此外，不需要在所述Ge光电二极管的顶部植入高浓度离子的金属电极。该结构可以减少所述Ge光电二极管表面的缺陷或损坏。
[0013]结合所述第一方面的一种可能的实现方式，所述导电层连接到邻近所述光传感器设备的另一光传感器设备的另一导电层。
[0014]根据这种实现方式，所述导电层连接到邻近所述光传感器设备的另一光传感器设备的另一导电层。因此，覆盖像素阵列的所述导电层可以简单地接地。
[0015]结合所述第一方面的一种可能的实现方式，所述光传感器设备还包括：
[0016]第一金属电极，所述第一金属电极连接到所述光传感器设备与所述另一光传感器设备中间的所述导电层。
[0017]根据这种实现方式，所述第一金属电极连接到所述光传感器设备与所述另一光传感器设备中间的所述导电层。因此，不需要在所述Ge层的顶部植入高浓度离子的金属电极。该结构可以减少所述Ge光电二极管表面的缺陷或损坏。此外，使用所述金属电极可以进一步减小光电二极管对地或电源的导线电阻。
[0018]结合所述第一方面的一种可能的实现方式，在所述第一基板与所述锗或锗硅层之间形成绝缘层，所述第一基板与所述锗或锗硅层通过置于所述绝缘层中的金属区域连接。
[0019]根据这种实现方式，在所述第一基板与所述锗或锗硅层之间形成绝缘层，所述第一基板与所述锗或锗硅层通过置于所述绝缘层中的金属区域连接。因此，可以独立地制备所述Ge光电二极管和所述硅基板，并将它们与芯片到芯片键合技术相结合。
[0020]结合所述第一方面的一种可能的实现方式，所述导电层具有平坦层，所述平坦层形成于所述锗或锗硅层的顶部并延伸，使得所述平坦层连接到所述另一光传感器设备的所述另一导电层。
[0021]根据这种实现方式，所述导电层具有平坦层，所述平坦层形成于所述锗或锗硅层的顶部并延伸，使得所述平坦层连接到所述另一光传感器设备的所述另一导电层。因此，可以进一步减小所述光电二极管对地或电源的导线电阻。
[0022]结合所述第一方面的一种可能的实现方式，所述光传感器设备还包括：
[0023]第二金属电极，所述所述第二金属电极连接到所述光传感器设备与所述另一光传感器设备中间的所述平坦层。
[0024]根据这种实现方式，第二金属电极连接到所述光传感器设备与所述另一光传感器设备中间的所述平坦层。因此，不需要在所述Ge层的顶部植入高浓度离子的金属电极。该结构可以减少所述Ge光电二极管表面的缺陷或损坏。此外，使用所述金属电极可以进一步减小光电二极管对地或电源的导线电阻。
[0025]结合所述第一方面的一种可能的实现方式，所述锗或锗硅层的上侧不会形成额外的金属电极。
[0026]根据这种实现方式，由于所述锗或锗硅层的上侧不会形成额外的金属电极，因此所述Ge光电二极管表面上不存在因蚀刻引起的缺陷或损坏。
[0027]结合所述第一方面的一种可能的实现方式，所述导电层和所述锗或锗硅层形成于
第二基板中制备的沟槽中。
[0028]根据这种实现方式，所述导电层和所述锗或锗硅层形成于第二基板中制备的沟槽中。因此，可以独立于所述第一基板在所述第二基板中制备所述Ge光电二极管。
[0029]第二方面提供了一种成像系统，所述成像系统包括：
[0030]发射器单元，用于向物体发射光；
[0031]接收器单元，包括所述光传感器设备阵列，用于根据所接收的从所述物体反射的光输出信号；
[0032]处理单元，用于处理所述输出信号。
[0033]根据这种实现方式，成像装置包括光传感器设备阵列。因此，可以通过与Si原子键合来抑制悬挂键的缺陷，从而减少暗电流并提高测量距离的精度。
[0034]第三方面提供了一种制备光传感器设备的方法，所述方法包括：
[0035]提供第一基板；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光传感器设备，其特征在于，包括：第一基板；形成于所述第一基板上的锗或锗硅层，所述锗或锗硅层包括n型锗或锗硅层和p型锗或锗硅层；由p型硅或硅锗层组成的导电层，所述导电层形成于所述锗或锗硅层的顶部和侧面。2.根据权利要求1所述的光传感器设备，其特征在于，所述导电层连接到邻近所述光传感器设备的另一光传感器设备的另一导电层。3.根据权利要求2所述的光传感器设备，其特征在于，还包括：第一金属电极，所述第一金属电极连接到所述光传感器设备与所述另一光传感器设备中间的所述导电层。4.根据权利要求1至3中任一项所述的光传感器设备，其特征在于，在所述第一基板与所述锗或锗硅层之间形成绝缘层，所述第一基板与所述锗或锗硅层通过置于所述绝缘层中的金属区域连接。5.根据权利要求2所述的光传感器设备，其特征在于，所述导电层具有平坦层，所述平坦层形成于所述锗或锗硅层的顶部并延伸，使得所述平坦层连接到所述另一光传感器设备的所述另一导电层。6.根据权利要求5所述的光传感器设备，其特征在于，还包括：第二金属电极，所述第二金属电极连接到所述光传感器设备与所述另一光传感器设备中间的所述平坦层。7.根据权利要求1至6中任一项所述的光传感器设备，其特征在于，所述锗或锗硅层的上侧不会形成额外的金属电极。8.根据权利要求1至7中任一项所述的光传感器设备，其特征在于，所述导电层和所述锗或锗硅层形成于第二基板中制备的沟槽中。9.一种成像系统，其特征在于，包括：发射器单元，用于向物体发射光；接收器单元，包括根据权利要求1至8中任一项所述的光传感器设备阵列，用于根据所接收的从所述物体反射的光输出信号；处理单元，用于处理所述输出信号。10.一种制备光传感器设备的方法，其特征在于，所述方法包括：提供第一基板；在所述第一基板上形成锗或锗硅层，所述锗或锗硅层包括n型锗或锗硅层和p型锗或锗硅层；形成由p型硅或硅锗层组成的导电层，所述导电层形成于所述锗或锗硅层的顶部和侧面。11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，形成所述导电层包括：形成所述导电层，以连接到邻近所述光传感器设备的另一光传感器设备的另一导电层。12.根据权利要求11所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：勝野元成，工藤義治，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：