光接收元件、光探测器和测距系统技术方案

本发明专利技术提供了一种光接收元件(10)，其设置在半导体基板(100)中并由像素分离壁(110)包围。该光接收元件(10)包括：放大电荷的倍增区域(101)；设置在所述倍增区域(101)的与光接收表面相反的一侧的表面上的阴极单元；设置为覆盖所述光接收表面和所述像素分离壁(110)的内侧面的空穴累积区域(104)；以及设置在覆盖所述像素分离壁(110)的内侧面的所述空穴累积区域(104)的表面的一部分上的阳极单元，该表面的一部分在与所述光接收表面相反的一侧。当从与所述光接收表面相反的一侧的表面上方观察所述半导体基板(100)时，所述倍增区域(101)设置为使得所述倍增区域(101)的中心点(Oc)比所述光接收元件(10)的中心点(Ob)距所述阳极单元更远。元更远。元更远。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光接收元件、光探测器和测距系统


[0001]本公开涉及光接收元件、光探测器和测距系统。

技术介绍

[0002]近年来，通过飞行时间(ToF)方法测量距离的测距系统引起了关注。作为包括在测距系统中的光接收元件，存在使用单光子雪崩二极管(SPAD：single photon avalanche diode)的光接收元件。这样的SPAD可以高精度地检测光：其中，光(光子)的单个粒子进入并且由光电转换产生的电子(电荷)在PN接合区域中倍增(雪崩放大)。在该测距系统中，通过检测倍增电子的电流流动的时序，可以高精度地测量距离。
[0003]引文列表
[0004]专利文献
[0005]专利文献1：WO 2018/074530 A

技术实现思路

[0006]技术问题
[0007]然而，在其中耐压随着像素(光接收元件)尺寸的小型化而降低的使用SPAD的传统测距系统中，在确保所需耐压的同时，进一步将像素小型化受到限制。
[0008]本公开提出了在确保所需耐压的同时可以进一步将像素小型化的光接收元件、光探测器和测距系统。
[0009]问题的解决方案
[0010]根据本公开，提供了一种光接收元件，其设置在半导体基板中并由像素分离壁包围。所述光接收元件包括：光电转换单元，其设置在所述半导体基板中，并利用从所述半导体基板的光接收表面入射的光而产生电荷；倍增区域，其设置在所述光电转换单元的与所述光接收表面相反的一侧，并放大来自所述光电转换单元的电荷；阴极单元，其设置在所述倍增区域的与所述光接收表面相反的一侧的表面上；空穴累积区域，其设置为覆盖所述光接收表面和所述像素分离壁的内侧面；和阳极单元，其设置在覆盖所述像素分离壁的所述内侧面的所述空穴累积区域的表面的一部分上，所述表面的一部分在与所述光接收表面相反的一侧。在所述光接收元件中，当从与所述光接收表面相反的一侧的表面上方观察所述半导体基板时，所述倍增区域设置为使得所述倍增区域的中心点比所述光接收元件的中心点距所述阳极单元更远。
[0011]此外，根据本公开，提供了一种光探测器，包括：像素组，其包括在半导体基板中以矩阵状排列的多个像素；和像素分离壁，其包围各个所述像素并将所述像素彼此分离。在所述光探测器中，各个所述像素包括：光电转换单元，其设置在所述半导体基板中，并利用从所述半导体基板的光接收表面入射的光而产生电荷；倍增区域，其设置在所述光电转换单元的与所述光接收表面相反的一侧，并放大来自所述光电转换单元的电荷；阴极单元，其设置在所述倍增区域的与所述光接收表面相反的一侧的表面上；空穴累积区域，其设置为覆
盖所述光接收表面和所述像素分离壁的内侧面；和阳极单元，其设置在覆盖包围所述像素组的所述像素分离壁的所述内侧面的所述空穴累积区域的表面的一部分上，所述表面的一部分在与所述光接收表面相反的一侧。在所述光探测器中，当从与所述光接收表面相反的一侧的表面上方观察所述半导体基板时，在所述像素组中所包括的所述多个像素之中的至少一个像素中，所述倍增区域设置为使得所述倍增区域的中心点比所述多个像素之中的所述至少一个像素中的相应像素的中心点更靠近所述像素组的中心点。
[0012]此外，根据本公开，提供了一种测距系统，包括：照明装置，其发射照射光；和光探测器，其接收通过在被摄体上反射所述照射光而获得的反射光。在所述测距系统中，所述光探测器包括：像素组，其包括在半导体基板中以矩阵状排列的多个像素；和像素分离壁，其包围各个所述像素并将所述像素彼此分离。在所述光探测器中，各个所述像素包括：光电转换单元，其设置在所述半导体基板中，并利用从所述半导体基板的光接收表面入射的光而产生电荷；倍增区域，其设置在所述光电转换单元的与所述光接收表面相反的一侧，并放大来自所述光电转换单元的电荷；阴极单元，其设置在所述倍增区域的与所述光接收表面相反的一侧的表面上；空穴累积区域，其设置为覆盖所述光接收表面和所述像素分离壁的内侧面；和阳极单元，其设置在覆盖包围所述像素组的所述像素分离壁的所述内侧面的所述空穴累积区域的表面的一部分上，所述表面的一部分在与所述光接收表面相反的一侧。在所述光探测器中，当从与所述光接收表面相反的一侧的表面上方观察所述半导体基板时，在所述像素组中所包括的所述多个像素之中的至少一个像素中，所述倍增区域设置为使得所述倍增区域的中心点比所述多个像素之中的所述至少一个像素中的相应像素的中心点更靠近所述像素组的中心点。
附图说明
[0013]图1是用于说明像素10的电路构成的示例的说明图。
[0014]图2是示出根据光的入射的光电二极管20的阴极电压VS的变化和检测信号PF
out
的曲线图。
[0015]图3是示出光探测器501的构成例的框图。
[0016]图4是示出合并有光探测器501的测距系统611的构成例的框图。
[0017]图5是示出根据比较例的像素10的详细构成的示例的示意性截面图。
[0018]图6是示出根据比较例的像素10的详细构成的示例的示意性平面图。
[0019]图7是示出根据本公开第一实施方案的像素10的详细构成的示例的示意性截面图。
[0020]图8是示出根据本公开第一实施方案的像素10的详细构成的示例的示意性平面图。
[0021]图9是示出根据本公开第一实施方案的变形例的像素10的详细构成的示例的示意性平面图。
[0022]图10是示出根据本公开第二实施方案的像素10的详细构成的示例的示意性平面图。
[0023]图11是示出根据本公开第二实施方案的变形例的像素10的详细构成的示例的示意性平面图。
[0024]图12是示出根据本公开第三实施方案的像素10的详细构成的示例的示意性截面图。
[0025]图13是示出根据本公开第三实施方案的像素10的详细构成的示例的示意性平面图。
[0026]图14是示出根据本公开第四实施方案的像素10的详细构成的示例的示意性截面图。
[0027]图15是示出根据本公开第四实施方案的像素10的详细构成的示例的示意性平面图。
[0028]图16是示出根据本公开第四实施方案的变形例1的像素10的详细构成的示例的示意性平面图。
[0029]图17是示出根据本公开第四实施方案的变形例2的像素10的详细构成的示例的示意性平面图。
[0030]图18是示出根据本公开第五实施方案的像素10的详细构成的示例的示意性截面图。
[0031]图19是示出根据本公开第五实施方案的像素10的详细构成的示例的示意性平面图。
[0032]图20是示出根据本公开第六实施方案的像素10的详细构成的示例的示意性截面图。
[0033]图21是示出根据本公开第六实施方案的变形例的像素10的详细构成的示例的示意性截面图。
[0034]图22是示出根据本公开第七实施方案的像素10的详细构成的示例的示意性截面图。
[0035]图23是示出根据本公开第七实施方案的像本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光接收元件，其设置在半导体基板中并由像素分离壁包围，所述光接收元件包括：光电转换单元，其设置在所述半导体基板中，并利用从所述半导体基板的光接收表面入射的光而产生电荷；倍增区域，其设置在所述光电转换单元的与所述光接收表面相反的一侧，并放大来自所述光电转换单元的电荷；阴极单元，其设置在所述倍增区域的与所述光接收表面相反的一侧的表面上；空穴累积区域，其设置为覆盖所述光接收表面和所述像素分离壁的内侧面；和阳极单元，其设置在覆盖所述像素分离壁的所述内侧面的所述空穴累积区域的表面的一部分上，所述表面的一部分在与所述光接收表面相反的一侧，其中，当从与所述光接收表面相反的一侧的表面上方观察所述半导体基板时，所述倍增区域设置为使得所述倍增区域的中心点比所述光接收元件的中心点距所述阳极单元更远。2.根据权利要求1所述的光接收元件，还包括位于所述空穴累积区域的与所述光接收表面相反的表面中未设置所述阳极单元的部分上的氧化膜。3.一种光探测器，包括：像素组，其包括在半导体基板中以矩阵状排列的多个像素；和像素分离壁，其包围各个所述像素并将所述像素彼此分离，其中，各个所述像素包括：光电转换单元，其设置在所述半导体基板中，并利用从所述半导体基板的光接收表面入射的光而产生电荷；倍增区域，其设置在所述光电转换单元的与所述光接收表面相反的一侧，并放大来自所述光电转换单元的电荷；阴极单元，其设置在所述倍增区域的与所述光接收表面相反的一侧的表面上；空穴累积区域，其设置为覆盖所述光接收表面和所述像素分离壁的内侧面；和阳极单元，其设置在覆盖包围所述像素组的所述像素分离壁的所述内侧面的所述空穴累积区域的表面的一部分上，所述表面的一部分在与所述光接收表面相反的一侧，并且当从与所述光接收表面相反的一侧的表面上方观察所述半导体基板时，在所述像素组中所包括的所述多个像素之中的至少一个像素中，所述倍增区域设置为使得所述倍增区域的中心点比所述多个像素之中的所述至少一个像素中的相应像素的中心点更靠近所述像素组的中心点。4.根据权利要求3所述的光探测器，还包括位于所述空穴累积区域的与所述光接收表面相反的表面中未设置所述阳极单元的部分上的第一氧化膜。5.根据权利要求3所述的光探测器，其中，所述阳极单元设置在所述空穴累积区域的与所述光接收表面相反的一侧的表面上，该空穴累积区域覆盖包围所述像素组的所述像素分离壁的四个角部中的一个角部。6.根据权利要求4所述的光探测器，还包括设置在所述阳极单元的与所述空穴累积区域相反的一侧的表面上的第二氧化膜。7.根据权利要求6所述的光探测器，
其中，所述倍增区域包括：第一半导体区域，其设置在所述光电转换单元上并具有第一导电类型；和第二半导体区域，其设置在所述第一半导体区域上并具有第二导电类型，所述第二导电类型是与所述第一导电类型相反的导电类型。8.根据权利要求7所述的光探...

【专利技术属性】
技术研发人员：铃木淳贵，大竹悠介，
申请(专利权)人：索尼半导体解决方案公司，
类型：发明
国别省市：