[發明專利]一種雪崩光電二極管

在審

• 申請號: 202011353543.3
• 申請日: 2020-11-27
• 公開（公告）號: CN112701172A
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發明（設計）人: 雷述宇
• 申請（專利權）人: 寧波飛芯電子科技有限公司
• 主分類號: H01L31/0352
• 分類號: H01L31/0352;H01L31/107
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種雪崩光電二極管，包括：第一導電類型襯底的基板，與所述襯底具有相同導電材料的保護環結構，所述保護環范圍內包含與第一電極相連接的第一導電類型的第一摻雜區，所述保護環的外部范圍包含與第二電極相連接的有源區，所述有源區包含第一類型摻雜與第二類型摻雜形成的PN結結構，通過本發明的結構將有源區設置在保護環外圍，有利于在與現有技術相同的寬度尺寸量級前提下明顯地提升有源區的面積占比，同時通過保持保護環最小寬度要求可靠地隔絕了器件內的橫向電流。

技術領域

本申請涉及雪崩光電二極管技術領域，特別涉及一種DTOF類型的距離信息獲取系統中使用的雪崩光電二極管。

背景技術

近年來，隨著半導體技術的進步，用于測量到物體的距離的測距模塊的小型化已經取得了進展。因此，例如，已經實現了在諸如所謂的智能電話等移動終端中安裝測距模塊，所述智能電話是具有通信功能的小型信息處理裝置隨著科技的進步，在距離或者深度信息探測過程中，經常使用的方法為飛行時間測距法(Time of flight，TOF)，其原理是通過給目標物連續發送光脈沖，然后用傳感器接收從物體返回的光，通過探測光脈沖的飛行(往返)時間來得到目標物距離，在TOF技術中直接對光飛行時間進行測量的技術被稱為DTOF(direct-TOF)，直接飛行時間探測(Direct Time of flight，DTOF)作為TOF的一種，DTOF技術通過計算光脈沖的發射和接收時間，直接獲得目標距離，具有原理簡單，信噪比好、靈敏度高、精確度高等優點，受到了越來越廣泛的關注，尤其是在極端弱光條件的光學傳感器可以將單個光子轉換為可測量的電信號，這些傳感器稱為單光子檢測器,可用于具有3D成像和測距功能的視覺系統。

DTOF的測距原理也是比較簡單明確的，光源發射具有一定脈寬的脈沖激光例如幾納秒級別，脈沖激光經過探測目標反射返回處于包含雪崩狀態SPAD的陣列型接收模塊，當在雪崩光電二極管SPAD在超過其擊穿電壓的情況下以已知的蓋革爾(Geiger)模式工作時,可以制成雪崩光電二極管,以檢測其中的單個入射光子可以觸發無限大放大倍數的光電流。SPAD成像傳感器是由在硅襯底上制造的SPAD區域陣列構成的半導體光敏器件。SPAD區域在被光子撞擊時產生輸出脈沖。SPAD區域具有在擊穿電壓之上反向偏置的pn結，使得單個光生載流子可以觸發雪崩倍增過程，可以利用配套的電路檢測對于由圖像傳感器接收的光子信號進行處理，以在時間窗口內對來自SPAD區域的輸出脈沖進行計數，其中為了獲得高可信度的結果可以發射數萬次的激光脈沖，探測單元獲得一個統計結果，這樣通過對于統計結果的處理可以獲得更精確的距離。

當光子被雪崩光電二極管吸收時，它們的能量釋放出束縛的電荷載流子(電子和空穴)，然后成為自由載流子對。在存在電場的情況下(由于施加到光電二極管的偏壓)，這些自由載流子被加速通過被稱為“倍增區域”的雪崩光電二極管的區域。當自由載流子穿過倍增區時，它們與結合在半導體原子晶格中的其他載流子碰撞，從而通過稱為“碰撞電離”的過程產生更多的自由載流子。這些新的自由載流子也被應用的電場加速并產生更多的自由載流子，這種雪崩事件可以快速和有效地發生，并且可以在不到一納秒的時間內從單個吸收的光子產生數億個自由載流子。為了保證單光子雪崩狀態在SPAD陣列中被高效準確地激發，需要保證整個探測單元不至于太大，同時需要保證整個器件具有足夠的有源區面積占比，這樣才能保證返回光更大概率地被探測到，但是現有技術中設計的SPAD陣列的單光子雪崩二極管的有源區設計使得有源區的總占比較小，部分只能達到20％的占比等等，造成整個探測結果的準確性將面臨嚴重的質疑，因此設計一種實現可能性高同時有源區占比大的單光子類型的探測單元是亟待解決的問題。

發明內容

本申請的目的在于，針對上述現有技術中的不足，提供一種雪崩光電二極管，以提高雪崩光電二極管尤其是統計類型的DTOF方案對于在高集成化和芯片小型化發展需求下，對于器件的高探測效率和準確探測與高分辨率均提出了更高的要求。

為實現上述目的，本申請實施例采用的技術方案如下：