[發明專利]鍺硅感光設備

有效

• 申請號: 201680051058.6
• 申請日: 2016-08-04
• 公開（公告）號: CN108028258B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 劉漢鼎;那允中;鄭斯璘;陳書履;陳慧文;梁哲夫
• 申請（專利權）人: 光程研創股份有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146;G01J1/02;H01L31/10;H04N5/369
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 李佳;穆德駿

本發明題為“鍺硅感光設備”。本發明公開了一種圖像傳感器陣列，所述圖像傳感器陣列包括：載體基板；第一組光電二極管，所述第一組光電二極管耦合到所述載體基板，其中所述第一組光電二極管包括第一光電二極管，其中所述第一光電二極管包括半導體層，所述半導體層被配置用于吸收處于可見波長的光子并從所吸收的光子生成光載流子；和第二組光電二極管，所述第二組光電二極管耦合到所述載體基板，其中所述第二組光電二極管包括第二光電二極管，其中所述第二光電二極管包括裝配在所述半導體層上的鍺硅區，所述鍺硅區被配置用于吸收處于紅外或近紅外波長的光子并從所吸收的光子生成光載流子。

相關申請的交叉引用

本專利申請要求以下專利的權益，這些專利以引用方式并入本文：2015年8月4日提交的美國臨時專利申請62/200,652、2015年8月25日提交的美國臨時專利申請62/209,349、2015年8月27日提交的美國臨時專利申請62/210,946、2015年8月28日提交的美國臨時專利申請62/210,991、2015年8月28日提交的美國臨時專利申請62/211,004、2015年9月11日提交的美國臨時專利申請62/217,031、2015年11月6日提交的美國臨時專利申請62/251,691、和2015年12月28日提交的美國臨時專利申請62/271,386。

背景技術

本說明書涉及使用光電二極管來檢測光。

光在自由空間中傳播，或者光學介質耦合到將光信號轉化為電信號以用于處理的光電二極管。

發明內容

光電二極管可用于檢測光信號，并且將光信號轉化為可以由其它電路進一步處理的電信號。光電二極管可用于消費性電子產品、圖像傳感器、數據通信、飛行時間(TOF)應用、醫療設備、以及許多其它合適的應用中。硅通常用作圖像傳感器材料，但是對于近紅外(NIR)光譜波長或更長波長而言，硅的光吸收率較低。其它材料和/或材料合金，諸如鍺和鍺硅，可以結合本說明書所述的創新型光學裝置結構設計，用作圖像傳感器材料。根據本說明書所述主題的一個創新方面，用諸如鍺或鍺硅等材料來形成光電二極管，以提高所述設備的速度、和/或敏感度、和/或動態范圍、和/或工作波長范圍。在一個實施方案中，可以在同一基板上集成用鍺或鍺硅形成的光電二極管以及用硅形成的光電二極管，以得到工作波長范圍更大的光電二極管陣列。

根據本說明書所述主題的另一創新方面，三維物體所反射的光可以由成像系統的光電二極管進行檢測。此光電二極管將所檢測到的光轉化為電荷。每根光電二極管可包括多個柵極，這些柵極被控制用于收集所述電荷。一段時間后可更改多個柵極所控制的電荷收集過程，使得成像系統可以確定感測光的相位和其它信息。成像系統可以用相位信息來分析與三維物體關聯的特性，包括深度信息或材料成分。成像系統也可以用相位信息來分析與以下項相關聯的特性：眼態識別、體態識別、三維模型掃描/視頻錄制、和/或增強/虛擬現實應用。

一般來說，本說明書所述主題的一個創新方面可體現為圖像傳感器陣列，包括：載體基板；第一組光電二極管，其耦合到載體基板，其中第一組光電二極管包括第一光電二極管，其中第一光電二極管包括半導體層，其被配置用于吸收處于可見波長的光子并從所吸收的光子生成光載流子；第二組光電二極管，其耦合到載體基板，其中第二組光電二極管包括第二光電二極管，其中第二光電二極管包括裝配在半導體層上的鍺硅區，該鍺硅區被配置用于吸收處于紅外或近紅外波長的光子并從所吸收的光子生成光載流子。

此具體實施和其它具體實施均可任選地包括一種或多種以下特征。第一組光電二極管和第二組光電二極管可以按二維陣列布置。第一組光電二極管和第二組光電二極管中的每個光電二極管可包括：相應的波長濾波器，其被配置用于傳送接收到的光的一部分；和相應的透鏡元件，其被配置用于聚焦所述接收到的光。