[發明專利]雙柵結構間接飛行時間器件、主動光電探測組件和光電系統

在審

• 申請號: 202010795910.9
• 申請日: 2020-08-10
• 公開（公告）號: CN111965661A
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發明（設計）人: 趙宇;王祿
• 申請（專利權）人: 蘇州離婁科技有限公司
• 主分類號: G01S17/36
• 分類號: G01S17/36;G01S7/481;H01L31/101;H01L31/0352
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 孫仿衛

本發明涉及一種雙柵結構間接飛行時間器件、主動光電探測組件和光電系統。雙柵結構間接飛行時間器件包括一個或多個功能單元和襯底電極。每個功能單元包括襯底、光吸收層、兩個探測電極、柵極氧化層、設置在柵極氧化層上的兩個柵電極。光吸收層具有P型摻雜區、兩個N型注入區和重摻雜P型區，探測電極覆蓋部分N型注入區，柵極氧化層覆蓋重摻雜P型區、另外部分N型注入區和P型摻雜區。主動光電探測組件包括前述雙柵結構間接飛行時間器件及信號輸出電路、讀出電路和光源。光電系統包括具有前述主動光電探測組件的光收發機構、驅動電路、處理單元、計算單元和光學組件。本發明可以降低制造工藝難度和成本，提高器件制造良率。

技術領域

本發明屬于檢測器件和設備領域，具體涉及一種雙柵結構間接飛行時間器件以及基于該雙柵結構間接飛行時間器件的主動光電探測組件和光電系統。

背景技術

對物體進行三維形狀、尺寸、位置等信息的測量，是無人駕駛、工業測繪、醫療、手機面部識別和物體形狀測量等應用場景下重要的技術需求。現有技術通常采用一個發光單元和一個接收光單元構成的系統，分別進行待測物體的照明和回光感知，進而實現各種信息的測量。

其中，基于飛行時間的測距成像方案，是目前被學術和工業界廣泛關注的領域。在飛行時間測距成像中，主要技術路線包括間接飛行時間測距（I-TOF）和直接飛行時間測距（D-TOF）。其中間接飛行時間測距方案的主要優勢在于測距精度較高，且易于制備大規模陣列；直接飛行時間測距方案的主要優勢在于測距范圍較遠。

長期以來，基于間接飛行時間測距的技術方案一直依靠光電二極管結合后處理電路完成。2005年，歐洲科學家發明了一種將光電轉換相關功能整合在一個器件中的方案。該方案利用注入周期性變化的電流，實現了對光生電流的控制，并在一個器件中完成。業界稱該方案為電流輔助光子解調器件。

然而，利用電流完成光電流的解調功能，并不是一個理性的方案，因其勢必引起系統功耗的顯著增加。電壓解調方案相對功耗會低很多，但在Si基半導體中，由于材料吸收厚度較大，使用電壓進行解調控制的效果有限。因此，電流控制成為了妥協的解決辦法。

以GaAs、InGaAs等材料為代表的化合物半導體是光電子領域中的常用材料。在光電子領域中應用時，化合物半導體材料相比Si材料具有很多優勢，包括吸收系數大、載流子遷移率高、飽和漂移速度快等。此外，利用InGaAs等材料制備的傳感器，還具有抗日光干擾等能力。

然而，傳統的間接飛行時間測距器件（NPN型器件結構）中通常采用在P型光吸收層上制備雙柵結構，需要兩個柵電極之間的距離很近才能保證高載流子調制效率，這給器件的制造帶來了較大的難度，提升了器件制造成本，降低了制造良率。

發明內容

本發明的目的是提供一種制造工藝難度和成本較低、制造良率較高的雙柵結構間接飛行時間器件。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種雙柵結構間接飛行時間器件，包括一個或多個用于吸收光信號并將所述光信號轉換為電信號的功能單元，每個所述功能單元包括襯底、設置于所述襯底上表面的由化合物半導體材料構成的光吸收層、設置于所述光吸收層上表面的兩個用于輸出光電流信號的探測電極、設置于所述光吸收層上表面的柵極氧化層、設置于所述柵極氧化層上表面的兩個用于輸入調制電壓信號的柵電極，所述雙柵結構間接飛行時間器件還包括設置于所述襯底下表面或所述光吸收層上的襯底電極，所述光吸收層的一部分采用P型摻雜化合物半導體而構成P型摻雜區，所述光吸收層的上表面處的局部形成兩個N型注入區和一個重摻雜P型區，所述探測電極覆蓋部分所述N型注入區，所述柵極氧化層覆蓋所述重摻雜P型區、另外部分所述N型注入區和所述P型摻雜區。

兩個所述柵電極之間的空隙對應所述重摻雜P型區設置。

所述柵電極的側部開設有缺口，所述探測電極對應所述缺口設置，或者，所述柵電極中部開設有窗口，所述探測電極對應所述窗口設置。