光子混合器及其用途制造技术

光子混合器包括由用于将多数载流子电流注入半导体衬底（１）的注入接触区（３、４）以及用于聚集光电流的检测区（７、８）构成的耦合。注入接触区（３、４）掺杂有比半导体衬底（１）更高掺杂物浓度的第一传导类型（Ｐ＋）的掺杂物。检测区（７、８）掺杂有与第一传导类型相反的第二传导类型（ｎ＋）的掺杂物并与半导体衬底（１）形成结（１１、１２），半导体衬底（１）在所述结（１１、１２）周围的区域是耗尽型衬底区（１０１、１０２）。所述耦合还包括界定耦合的侧向边缘并具有比半导体衬底（１）掺杂物浓度更高的掺杂物浓度的第一传导类型（Ｐ－）的电场成形区（１３、１４），其浓度例如在半导体衬底（１）和注入接触区（３、４）的掺杂物浓度之间，所述电场成形区（１３、１４）被设计成侧向地约束所述耗尽型衬底区（１０１、１０２）。

Photon mixer and uses thereof

The photon mixer includes a coupling consisting of an injection contact region (3, 4) for injecting a majority of carrier current into the semiconductor substrate (1), and a detection area (7, 8) for collecting photocurrent. An injection contact zone (3, 4) doped with a first conductivity type (P +) dopant with a higher dopant concentration than a semiconductor substrate (1). The detection zone (7, 8) has a second conductivity type opposite the first conductivity type dopant (n +) dopant and the semiconductor substrate (1) forming a junction (11, 12), a semiconductor substrate (1) in the node (11, 12) is the area around the substrate depletion region (101 102). The coupling also includes a lateral edge defining coupling and has a semiconductor substrate (1) than the first conductivity type dopant concentration higher the dopant concentration (P) of the electric field forming region (13, 14), such as the concentration of the semiconductor substrate (1) and injected into the contact zone (3, 4). The dopant concentration, the electric field forming region (13, 14) is designed to constrain the lateral depleted substrate area (101, 102).

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及设有半导体衬底的光子混合器，所述半导体衬底具有电场区以及用于 在半导体衬底中产生多数载流子电流和关联电场的装置，该半导体衬底掺杂有第一传导类 型从而当电磁辐射在所述电场区内击中衬底时，在衬底中产生成对的多数和少数载流子， 从而引发少数载流子的光电流，所述衬底包括至少一个第一传导类型的注入接触区，用以生成多数载流子电流并通过将多数载 流子电流注入半导体衬底而产生关联的电场，所述接触区具有比半导体衬底更高的掺杂物 浓度，与第一传导类型相反的第二传导类型的至少一个检测区，用于聚集光电流，所述 检测区与衬底具有结，在所述结周围的衬底区是耗尽型衬底区。本专利技术还涉及这种光子混合器的用途。
技术介绍
这种光子混合器可从EP-A 1513202中获知。这种光子混合器例如用于“飞行时 间”(TOF)寻距应用中。现有技术文献W098/10255和W099/60629解释了寻距应用中的飞 行时间测量的基本原理。光源在lMHz-lGHz范围内的频率下被调制。光照亮物体、场景且 一部分反射光通过聚焦透镜进入寻距相机。通过在每个像素中测量入射光的相位，可以估 算场景中的像素及其共轭(光反射)像素区之间的距离。如此可估算和记录物体的距离和 物体的形状。光子混合器是准确测量反射光相位的装置。由于相位精度关联于估算距离的 精确性，因此这种相位精度是非常重要的。光子混合器立即将入射光混合到检测器中，而不 是混合到与之相连的电子混合器中。于是获得低噪声，并因此获得更佳信噪比和关于估算 距离的更小误差。光子混合器操作中特别相关的事项是电信号以与电磁辐射相同的调制频 率施加于衬底。如此，信号混合直接在衬底中进行。在传统光子检测器中，混合是在独立混 合器中在后一级完成的。图6A示出现有技术光子混合器的一个实施例，该混合器通过电源90将入射调幅 电磁辐射与施加于衬底1(通常为其外延层)的电信号混合。图6B示出沿图6A所示装置 的剖切线ΙΙΙ-ΙΙΓ的横截面。由电源90施加的电信号产生通过衬底1的多数电流，例如 多数空穴电流99。所施加的电信号一般以与电磁辐射(通常为光)相同的频率调制。当碰 撞衬底电场区的来自电磁辐射的光子进入衬底的电场时，这些光子被转化为成对的电子和 空穴。少数载流子，例如P型衬底1中的电子感应到与所施加的多数空穴电流99关联的电 场，并向多数载流子(例如空穴)的第一电源漂移，所述多数载流子在本例中表示为P+-接 触区61。它们随后扩散进入由阱区67或集电区64与接触区63构成的相邻第一检测区。 如此，它们将成为左混合器连接点Mixl的输出光电流的一部分。一种可能的电子轨道是轨 道66，如图6B所示。当所施加的电压或电信号如图6C所示翻转时，主要电流的方向翻转， 且少数载流子向互补接触区P+-指62漂移。此后，大多数的少数载流子(即电子)经由η 阱68扩散进入第二检测区64，成为右混合器连接点ΜΙΧ2的输出光电流的一部分。一种可能的电子轨道是轨道69，如图6C所示。如此，对入射光子敏感的电场区变大，而检测区63、 64由于其有限的指面积仅具有很小的电容。例如金属区60的电磁掩模可用来防止例如光 的碰撞电磁辐射穿透不希望的区域。已在现有技术光子混合器的实验中发现，所获得的调制频率明显小于理论计算出 的最大值。其缺点在于光子混合器的带宽受到限制。这种带宽限制不仅限制了设备的总体 速度而且使其精确性受到限制。因此本专利技术的目的是提供一种在起始段落中提到的那种类型的光子混合器，这种 光子混合器适用于增加的调制频率，例如高于10MHz，更具体地高于100MHz。
技术实现思路
本专利技术目的如权利要求1所要求保护的那样，在于注入接触区和检测区形成耦 合，所述耦合进一步包括界定耦合的侧向边缘并具有比半导体衬底的掺杂浓度更高的掺杂 浓度——例如在半导体衬底和注入接触区的 掺杂浓度之间——的第一传导类型电场成形 区，该电场成形区被设计成侧向地约束所述耗尽型衬底区。已经发现这些区的提供导致调制频率的增加。发现这些区的提供导致电场更深地 伸入衬底。已发现检测区形成与衬底的pn结的相关性，例如至少一个电场成形区不出现在 检测区的下方。这种不合需要的电场成形区的出现会妨害少数电荷载流子(通常为电子) 扩散至检测区。耗尽型衬底区的侧向约束可能因为电场成形区界定了耗尽型衬底区而发生。作为 代替，这种约束可能因为延伸通过电场成形区的电场约束耗尽型衬底区的延伸而电气地发 生。在又一种选择中，这种约束可能因为结具有平坦或抛物线或类似的形状并且耗尽型衬 底区与之顺应而几何地发生。显然，这些约束效果也可能组合发生。使结在横截面视图中 具有抛物线形的设计被认为是非常有利的。在本专利技术的一个实施例中，检测区包括分享共有界面的检测接触区和检测集电 区，该检测集电区的掺杂浓度比检测接触区的掺杂浓度更低并受衬底结的界定。检测集电 区的提供导致结具有较大的界面区并且该结出现在衬底中较深层。两种效果均支持光电流 的有效聚集。在该结处出现的深度可以小于、等于或大于电场成形区伸至的深度。适当地， 该结在与电场成形区的深度大致相同的深度出现。检测区可与其周围的至少一个电场成形区形成pn结。然而，这不是必须的并且轻 度掺杂的衬底(通常为P--)可出现在检测区(通常为Π-)和至少一个电场成形区(通常 为P-)之间。在一个实施例中，电场区由至少一个接触侧向地界定。该接触较佳为限定在半导 体衬底中并掺杂以第一传导类型掺杂物的接触区。更适当地，掺杂物浓度等于注入接触区 的浓度。可任选地，该接触区可具有与附加电场成形区的界面。该电场成形区较佳地侧向 界定电场区。已观察到至少一个触点可以具有环形，但作为代替也可以是U形、L形并进一 步由一个以上的触点构成，例如第一和第二 U形接触或第一和第二矩形接触。当接触具有 有限的延伸时，任何电场成形区而不是接触区较佳地为环形，接触可以是在半导体衬底顶 部上的金属接触或在半导体衬底沟道中的接触。在另一实施例中，半导体衬底包括具有第一侧和相对第二侧的有源层，其中所述检测区和所述注入校正区位于第一侧而用于聚集多数载流子电流的接触位于有源层的相 对第二侧。与之前实施例中的电场延伸主要是侧向的相反，本实施例具有主要垂直取向的 电场，例如垂直于有源层的第一侧。这些实施例在下文中也被称为具有侧向接触和垂直接 触的实施例。进一步的选择是既存在侧向接触又存在垂直接触。垂直接触出现在有源层的第二侧。对其实现具有若干种选择，例如接触可以是在 半导体衬底第二侧上的金属接触，在这种情形下有源层构成衬底的主体。金属接触可覆盖 整个第二侧，但并非一定要如此。金属接触也可以存在于从第二侧蚀刻进入半导体衬底的 凹腔内。垂直接触或者可以是第一传导类型的埋入区。该区可耦合于插头和或与有源区 第一侧的其它垂直连接，例如半导体衬底的主表面。垂直接触可再次以另一形式成为导电 (例如掺杂的)衬底(例如P+衬底)层的顶部界面。本文更具体的实现对本领域内技术人 员来说是明显的。垂直接触的优势是更高的分辨率，这容易是10的因子。更高的分辨率可在每单位 表面积提供更多个数的混合器，或减小光子混合器的尺寸。在最相关实施例中，光子混合器是差动光子混合器。因此，至少两个耦合的电流注 入接触区和至少一个检测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设有半导体衬底的光子混合器，所述半导体衬底具有电场区以及用于在半导体衬底中产生多数载流子电流以及关联电场的装置，所述半导体衬底掺杂有第一传导类型从而当电磁辐射在所述电场区中碰撞衬底时，在衬底中产生多对多数和少数载流子，从而引发少数载流子的光电流，所述衬底包括由用于将多数载流子电流注入半导体衬底的注入接触区以及用于聚集光电流的检测区构成的耦合，所述注入接触区掺杂有比半导体衬底更高掺杂物浓度的第一传导类型掺杂物，而所述检测区掺杂有与第一传导类型相反的第二传导类型的掺杂物并与所述半导体衬底形成结，所述半导体衬底在所述结周围的区域是耗尽型衬底区，其中所述耦合进一步包括界定所述耦合的侧向边缘并具有比所述半导体衬底的掺杂浓度更高的掺杂浓度的第一传导类型电场成形区，其中所述电场成形区被设计成侧向地约束所述耗尽型衬底区。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：W范德坦普尔，D范纽温霍夫，M奎吉克，
申请(专利权)人：欧谱特玛股份有限公司，布鲁塞尔自由大学，
类型：发明
国别省市：BE[比利时]