具有近红外（NIR）光子检测效率改善的单光子雪崩二极管（SPAD）的装置制造方法及图纸

根据本教导的一种检测器阵列(200)(200)，包括：基板(101)(101)，其适于用作光波导(210)(210)的芯层；沿基板(101)的宽度设置的多个单光子雪崩光电二极管(SPAD(100)(201))；沿宽度设置在多个SPAD(201)上的第一包覆层(202)(202)；以及沿宽度设置在基板上方的第二包覆层(206)(206)。层(206)(206)。层(206)(206)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有近红外(NIR)光子检测效率改善的单光子雪崩二极管(SPAD)的装置

技术介绍

[0001]随着目前正为高级驾驶员辅助系统(ADAS)开发的光探测和测距(LiDAR)系统的出现，需要一种适于在被用于这些系统的优选波长范围内使用的可靠的检测器。
[0002]由于这些系统的开放性，必须选择来自激光源的输出功率和光的波长，以避免对周围环境中的生物的伤害。因此，在许多目前的实施方式中，用于LiDAR光源的波长选择通常落在在近红外(NIR)或红外范围内，且功率向光谱的红外端增加，以防止对眼睛的伤害。
[0003]为在正在开发的ADAS系统中使用选择合适的检测器带来挑战。单光子雪崩二极管(SPAD)是可行的候选。SPAD可以用硅实施，而且虽然红外检测器因为硅的带隙为1.1eV而无法用硅实现，但NIR(800nm
‑
1000nm)可由硅基SPAD覆盖。
[0004]遗憾的是，许多已知的硅基SPAD对于LiDAR检测并不可用。NIR硅检测器的主要问题在于吸收深度。光子在硅中的吸收深度取决于波长，并且当光子能量接近带隙时，吸收深度会大大增加。吸收深度的增加在应用中是有问题的。具体来说，为了在NIR中以较高的检测效率检测单个光子，SPAD结必须有相当大的宽度(数10μm)。这继而又会导致数100V的高击穿电压，并且由于载流子产生位置的不确定性(每1μm约10ps)，还会对定时抖动(timing jitter)造成限制。
[0005]一类SPAD是开路结SPAD。在LiDAR系统中，开路结SPAD并不是期望的，这不仅是因为其由于上文提到的漂移分量而在定时分辨率中具有较高范围，而且还因为其会表现出“扩散尾迹”，这是由于载流子在二极管/基板的无场区域中产生，并通过随机行走过程朝向结传播。
[0006]另一类SPAD被称为封闭式SPAD。浅结SPAD具有封闭的、完全耗尽的浅结，其显示出更好的时间分辨率并大大减少扩散尾迹。然而，由于其硅体积有限，浅结SPAD在光谱的近红外范围内具有较低的光子检测效率。
[0007]因此，所需要的是一种能够克服上述装置的缺点的用于检测LiDAR信号的装置。

技术实现思路

[0008]如本文所述，各种实施例总体上涉及在检测NIR辐射中使用的光电检测器和光电检测器阵列。根据代表性实施例，光电检测器具有集成波导，其促进对辐射的有效检测。虽然本教导的光电检测器和光电检测器阵列的一种应用被设想到在LiDAR系统中使用，但这种应用仅仅是例示说明性的，本教导可具有在期望改善SPAD器件的效率的其他领域中的应用。
[0009]总体上，根据本教导的一种检测器阵列包括:适于作为光波导的芯层的基板；沿基板的宽度设置的多个单光子雪崩光电二极管(SPAD)；沿宽度设置在多个SPAD上的第一包覆层；以及沿宽度设置在基板上方的第二包覆层。
[0010]在一定的代表性实施例中，基板提供波导的第二包覆层。
[0011]根据代表性实施例，多个SPAD包括沿检测器阵列的辐射入射的一侧设置的第一
SPAD和设置在相反侧的最后一个SPAD，其中第一SPAD具有第一宽度，最后一个SPAD具有最后宽度，且第一宽度小于最后宽度。
[0012]根据代表性实施例，多个SPAD进一步包括设置在第一SPAD和最后一个SPAD之间的中间SPAD，其中中间SPAD具有大于第一宽度且小于最后宽度的中间宽度。
[0013]根据代表性实施例，SPAD中的每个包括结区，该结区具有在约10μm至约100μm的范围内的宽度和在约1μm至约10μm的范围内的厚度。
[0014]根据代表性实施例，基板包括硅。
[0015]根据代表性实施例，基板包括绝缘体上硅(SOI)。
[0016]根据代表性实施例，检测器阵列进一步包括邻近光源并适于接收来自光源的光的近端，其中输入波导设置在近端，并且设置在光源和第一SPAD之间。
[0017]根据代表性实施例，检测器阵列进一步包括位于检测器阵列与近端相反的一端的相反端，其中在检测器阵列的相反端设置有端层，该端层包括折射率小于芯层的折射率的材料。
[0018]总体上，一种光电检测器包括：适于作为光波导的芯层的基板；沿基板的宽度设置的单光子雪崩光电二极管(SPAD)；沿宽度设置在单个SPAD上的第一包覆层；以及沿宽度设置在基板下方的第二包覆层，其中光波导包括基板、第一包覆层和第二包覆层。
[0019]根据代表性实施例，光电检测器的基板包括硅。
[0020]根据代表性实施例，基板包括绝缘体上硅(SOI)。
[0021]根据代表性实施例，SPAD包括结区，该结区具有在约10μm至约100μm的范围内的宽度和在约1μm至约10μm的范围内的厚度。
[0022]根据代表性实施例，光电检测器进一步包括邻近光源并适于接收来自光源的光的近端，其中输入波导设置在近端，并且设置在光源和SPAD之间。
[0023]根据代表性实施例，光电检测器进一步包括与近端相反的相反端，其中在检测器阵列的相反端设置有端层，该端层包括折射率小于芯层的折射率的材料。
附图说明
[0024]在结合附图阅读时，可以从下文的具体实施方式部分中更好地理解示例性实施例。需要强调的是，各种特征不必按比例绘制。事实上，为了讨论的清晰，尺寸可被任意增减。在适用和实用的情况下，相同的附图标记指代相似的元件。
[0025]图1示出了根据代表性实施例的设想到使用的SPAD的横截面图。
[0026]图2A示出了根据代表性实施例的检测器阵列的横截面图。
[0027]图2B示出了图2A的检测器阵列的透视图。
[0028]图3A示出了根据代表性实施例的检测器阵列的横截面图。
[0029]图3B示出了图3A的检测器阵列的透视图。
[0030]图4A示出了根据代表性实施例的光电检测器的横截面图。
[0031]图4B示出了图4A的光电检测器的透视图。
[0032]图4C示出了根据代表性实施例的光电检测器的透视图。
具体实施方式
[0033]在以下详细描述中，出于解释而非限制的目的，列出了公开具体细节的代表性实施例，以便提供对根据本教导的实施例的透彻理解。对已知系统、装置、材料、操作方法和制造方法的描述可被省略，以避免使对代表性实施例的描述费解。然而，本领域普通技术人员所掌握的系统、装置、材料和方法均属于本教导的范围，且可根据代表性实施例使用。应当理解的是，本文所使用的术语仅用于描述特定的实施例的目的，并不旨在限制。所限定的术语是对本专利技术
通常理解和接受的限定的术语的技术和科学含义的补充。
[0034]可以理解的是，尽管本文中可能使用了术语第一、第二、第三等来描述各种元件或部件，但这些元件或部件不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元件或部件与另一个元件或部件。因此，在不脱离本专利技术构思的教导的情况下，下文讨论的第一元件或部件可被称为第二元件或部件。
[003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】1.一种检测器阵列(200)，包括：基板(101)，其适于用作光波导(210)的芯层；多个单光子雪崩光电二极管(SPAD(201))，其沿所述基板(101)的宽度设置在所述基板(101)中；沿所述宽度设置在所述多个SPAD(201)上的第一包覆层(202)；以及沿所述宽度设置在所述基板(101)上方的第二包覆层(206)。2.根据权利要求1所述的检测器阵列(200)，其中，所述多个SPAD(201)包括沿所述检测器阵列(200)的辐射入射的一侧设置的第一SPAD(100)，以及设置在相反侧的最后一个SPAD(100)，其中所述第一SPAD(100)具有第一宽度，所述最后一个SPAD(100)具有最后宽度，且所述第一宽度小于所述最后宽度。3.根据权利要求2所述的检测器阵列(200)，其中，所述多个SPAD(201)进一步包括设置在所述第一SPAD(100)和所述最后一个SPAD(100)之间的中间SPAD(100)，其中所述中间SPAD(100)具有大于所述第一宽度且小于所述最后宽度的中间宽度。4.根据权利要求1所述的检测器阵列(200)，其中，所述SPAD(201)中的每个包括结区(203)，所述结区(203)具有在约10μm至约100μm的范围内的宽度以及在约1μm至约10μm的范围内的厚度。5.根据权利要求1所述的检测器阵列(200)，其中，所述基板(101)包括硅。6.根据权利要求1所述的检测器阵列(200)，其中，所述基板(101)包括绝缘体上硅(SOI)。7.根据权利要求1所述的检测器阵列(200)，其中，所述检测器阵列(200)进一步包括邻近光源(214)并适于接收来自所述光源(214)的光的近端，其中输入波导(210)设置在所述近端，并且设置在所述光源(214)和第一SPAD(100)之间。8.根据权利要求7所述的检测器阵列(200)，其中，所述检测器阵列(200)进一步包括位于所述检测器阵列(200)的与...

【专利技术属性】
技术研发人员：T，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：