单光子雪崩二极管、制备方法、光电检测装置和电子设备制造方法及图纸

本申请提供了一种单光子雪崩二极管、制备方法、光电检测装置及电子设备。所述单光子雪崩二极管包括：半导体基材，其内形成有半导体类型不同的第一掺杂区和第二掺杂区，所述第一掺杂区与第二掺杂区相互接触形成第一PN结，所述第二掺杂区与所述半导体基材相互接触形成第二PN结；第一电极，与所述半导体基材连接；第二电极，与所述第二掺杂区连接；其中，所述第一电极和第二电极用于被施加反向偏置电压以在所述第一PN结形成第一雪崩区；以及第三电极，其设置在所述半导体基材上的位置位于所述第二掺杂区与所述半导体基材的边缘之间，用于被施加电压以调节所述第二PN结上形成的电场以提高了单光子雪崩二极管的整体性能。提高了单光子雪崩二极管的整体性能。提高了单光子雪崩二极管的整体性能。

【技术实现步骤摘要】
单光子雪崩二极管、制备方法、光电检测装置和电子设备


[0001]本专利技术属于半导体光电探测
，具体涉及一种单光子雪崩二极管、制备方法、光电检测装置和电子设备。

技术介绍

[0002]单光子雪崩二极管(Single Photon Avalanche Diode，SPAD)可实现对单个光子信号的快速探测，并且具有增益高、速度快、功耗低等优点，逐渐成为了单光子探测器件的主流。单光子雪崩二极管在军用、民用、商用等众多领域都有广泛应用，尤其是近红外微弱光探测领域，如激光雷达、光通信、天文测距、荧光成像等。
[0003]随着单光子雪崩二极管的应用越发广泛，对于单光子雪崩二极管的整体性能，有着越来越高的要求。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本说明书多个实施例致力于提供一种单光子雪崩二极管、制备方法、光电检测装置和电子设备，以一定程度上提高单光子雪崩二极管的整体性能。
[0005]第一方面，本说明书中多个实施例提供一种单光子雪崩二极管，其包括：半导体基材，其内形成有半导体类型不同的第一掺杂区和第二掺杂区，所述第一掺杂区与第二掺杂区相互接触形成第一PN结，所述第二掺杂区与所述半导体基材相互接触形成第二PN结；第一电极，与所述半导体基材连接；第二电极，与所述第二掺杂区连接；其中，所述第一电极和第二电极用于被施加反向偏置电压以在所述第一PN结形成第一雪崩区；以及，第三电极，所述第三电极设置在所述半导体基材上的位置位于所述第二掺杂区与所述半导体基材的边缘之间，所述第三电极用于被施加电压以调节所述第二PN结上形成的电场。
[0006]第二方面，本说明书多个实施例提供了一种制备单光子雪崩二极管的方法，其包括：提供半导体基材；在所述半导体基材内形成第一掺杂区和第二掺杂区，其中，所述第一掺杂区位于所述第二掺杂区和所述半导体基材之间；所述第二掺杂区具有面向所述第一掺杂区的底面，所述底面与所述第一掺杂区接触的区域形成第一PN结，所述第二掺杂区与半导体基材相接触的区域形成第二PN结；设置与所述半导体基材连接的第一电极、与所述第二掺杂区连接的第二电极以及位于所述第二掺杂区与半导体基材边缘之间的第三电极，所述第一电极与第二电极被配置对所述第一PN结施加反向偏置电压以在所述第一PN结的至少部分区域内形成第一雪崩区，所述第三电极被配置为通过施加电压以调节所述第二PN结上的电场以使得所述第二PN结的至少部分区域内形成第二雪崩区。
[0007]第三方面，本说明书多个实施例提供了一种光电检测装置，包括如第一方面任一实现方式所述的单光子雪崩二极管，所述光电检测装置通过感测所述单光子雪崩二极管接收光信号对应出产生的电信号来获取相关信息。
[0008]第四方面，本说明书多个实施例提供了一种电子设备，包括第三方面所述光电检测装置，所述电子设备用于根据所述光电检测装置感测电信号获取的相关信息来执行相应
的功能。
[0009]本说明书提供的多个实施例，通过对单光子雪崩二极管中设置第三电极，并可以根据实际需求利用第三电极对在半导体基材施加电场，通过调节电场的强度，可以提升单光子雪崩二极管的光子探测效率，或者，提升单光子雪崩二极管的信噪比，从而提高了单光子雪崩二极管的整体性能。
附图说明
[0010]附图是用来提供对说明书实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施例一起用于解释本说明，但并不构成对本说明书实施例的限制。在附图中。
[0011]图1为本说明书的一个实施例提供的电子设备的功能模块示意图。
[0012]图2为本说明书的一个实施例提供的光电检测装置的功能模块示意图。
[0013]图3为本说明书的一个实施例提供的单光子雪崩二极管的剖面结构的示意图。
[0014]图4为本说明书的一个实施例提供的单光子雪崩二极管的剖面结构的示意图。
[0015]图5为本说明书的一个实施例提供的单光子雪崩二极管的剖面结构的示意图。
[0016]图6为本说明书的一个实施例提供的单光子雪崩二极管的结构俯视示意图。
[0017]图7为本说明书的一个实施例提供的制备单光子雪崩二极管方法的流程示意图。
具体实施例
[0018]为了进一步阐述本专利技术为达成预定专利技术目的所采取的技术手段及功效，下面结合附图及具体实施例，对依据本专利技术提出的一种单光子雪崩二极管、制备方法、光电检测装置和电子设备进行详细说明。
[0019]有关本专利技术的前述及其他
技术实现思路
、特点及功效，在以下配合附图的具体实施例详细说明中即可清楚地呈现，然而所附附图仅是提供参考与说明之用，并非用来对本专利技术的技术方案加以限制。
[0020]应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0021]请参阅图1。电子设备10包括光电检测装置100。所述光电检测装置100可以对检测范围内的外部对象进行检测，以获得外部对象的三维信息。所述检测范围可定义为光电检测装置100能够有效地进行三维信息检测的立体空间范围，也可以称之为光电检测装置100的视场角。所述三维信息例如为但不限于外部对象的接近信息、外部对象表面的深度信息、外部对象的距离信息及外部对象的空间坐标信息中的一种或多种。
[0022]所述电子设备10可以包括应用模块500，所述应用模块500被配置为根据所述光电检测装置100的检测结果执行预设的操作或实现相应的功能。例如但不限于：可以根据外部对象的接近信息判断是否有外部对象出现在电子设备10前方预设的检测范围内；或者，可以根据外部对象的距离信息控制电子设备10的运动进行避障；或者，可以根据外部对象表
面的深度信息实现3D建模、人脸识别、机器视觉等。所述电子设备10还可以包括存储介质300，所述存储介质300可为所述光电检测装置100在运行过程中的存储需求提供支持，一个或多个处理器400执行以控制相关部件来实现对应的功能。
[0023]可选地，在一些实施例中，所述光电检测装置100可以为基于直接飞行时间(direct Time of Flight , dToF)原理进行三维信息感测的dToF测量装置。
[0024]在另外一些实施例中，所述光电检测装置100也可以为基于间接飞行时间(indirect Time of Flight , iToF)测量原理进行三维信息感测的iToF测量装置。所述iToF测量装置通过比较感测光束发射时与被反射回来接收时的相位差来获得外部对象的三维信息。
[0025]在本申请下面的实施例中，主要以所述光电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单光子雪崩二极管，其特征在于，包括：半导体基材，其内形成有半导体类型不同的第一掺杂区和第二掺杂区，所述第一掺杂区与第二掺杂区相互接触形成第一PN结，所述第二掺杂区与所述半导体基材相互接触形成第二PN结；第一电极，与所述半导体基材连接；第二电极，与所述第二掺杂区连接；其中，所述第一电极和第二电极用于被施加反向偏置电压以在所述第一PN结形成第一雪崩区；以及第三电极，所述第三电极设置在所述半导体基材上的位置位于所述第二掺杂区与所述半导体基材的边缘之间，所述第三电极用于被施加电压以调节所述第二PN结上形成的电场。2.根据权利要求1所述的单光子雪崩二极管，其特征在于，所述第二掺杂区具有面向所述第一掺杂区的底面，所述第一雪崩区形成在所述底面与所述第一掺杂区接触的区域，所述第二掺杂区具有与所述底面邻接的侧面，所述侧面与所述半导体基材相接触，所述第三电极被施加电压以调节所述侧面与所述半导体基材相接触部分的所述第二PN结上的电场，使得所述第二PN结内能够形成第二雪崩区以提升光电探测效率。3.根据权利要求1所述的单光子雪崩二极管，其特征在于，还包括：氧化物层，所述氧化物层设置于所述半导体基材形成有所述第二掺杂区的一侧表面；其中，所述第一电极贯穿所述氧化物层与所述半导体基材电连接，所述第二电极贯穿所述氧化物层与所述第二掺杂区电连接，所述第三电极设置于所述氧化物层远离所述半导体基材一侧的表面。4.根据权利要求1所述的单光子雪崩二极管，其特征在于，所述半导体基材内形成有深阱结构，所述深阱结构的半导体类型与所述半导体基材的半导体类型相同，所述深阱结构的掺杂浓度高于所述半导体基材的掺杂浓度，所述深阱结构为围绕所述第一掺杂区和第二掺杂区的环形结构，所述第一电极与所述深阱结构电连接。5.根据权利要求4所述的单光子雪崩二极管，其特征在于，所述深阱结构内还形成有第一重掺杂区，所述第一重掺杂区的半导体类型与所述半导体基材的半导体类型相同，所述第一重掺杂区的掺杂浓度高于所述半导体基材的掺杂浓度，所述第一电极电连接至所述第一重掺杂区。6.根据权利要求1所述的单光子雪崩二极管，其特征在于，所述第一掺杂区为P型半导体，所述第二掺杂区为N型半导体，所述半导体基材为P型半导体，所述第一掺杂区的掺杂浓度高于所述半导体基材的掺杂浓度，所述第一电极用于被施加第一电压，所述第二电极用于被施加第二电压，所述第三电极用于被施加第三电压，其中，所述第一电压小于所述第二电压以在所述第一PN结上施加反向偏置电压形成所述第一雪崩区，所述第三电压小于或等于所述第一电压以调节所述第二PN结上的电场使得所述第二PN结上形成第二雪崩区来提升所述单光子雪崩二极管的光电探测效率。7.根据权利要求1所述的单光子雪崩二极管，其特征在于，所述第一掺杂区为N型半导体，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘德胜，吕晨晋，李佳鹏，莫良华，
申请(专利权)人：深圳阜时科技有限公司，
类型：发明
国别省市：