[發明專利]單光子雪崩二極管裝置、圖像感測裝置及激光雷達系統

有效

• 申請號: 202111109269.X
• 申請日: 2021-09-22
• 公開（公告）號: CN113838879B
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發明（設計）人: 呂京叡;呂京穎;李爽
• 申請（專利權）人: 深圳市靈明光子科技有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146;H01L31/0232;H01L31/107;G01S7/481
• 代理公司: 深圳市深佳知識產權代理事務所(普通合伙) 44285
• 代理人: 陳彥如

本申請公開一種單光子雪崩二極管裝置、圖像感測裝置及激光雷達系統，其中，單光子雪崩二極管裝置包括第一半導體區、第二半導體區、微透鏡和反射器陣列，第二半導體區覆蓋第一半導體區，微透鏡覆蓋第二半導體區。第二半導體區包括第一隔離結構、第二隔離結構和吸收區；第二隔離結構在第一方向上相對于第一隔離結構對準；吸收區覆蓋第一半導體區。反射器陣列包括第一反射器組和第二反射器組，第一反射器組和第二反射器組均包括多個反射器；第一反射器組位于第一半導體區，且第一反射器組位于第二反射器組和吸收區之間。本申請可有效提升單光子雪崩二極管裝置性能，提升SPAD傳感器的檢測性能。

技術領域

本申請涉及集成微電子技術領域，特別是涉及一種單光子雪崩二極管裝置、圖像感測裝置及激光雷達系統。

背景技術

隨著集成微電子技術的快速發展及獨特優勢，其被廣泛應用于傳感器裝置中，諸如應用于光電二極管中。光電二極管是p-n結或PIN結構，當具有足夠能量的光子撞擊二極管時，會產生電子空穴對。這種機制也稱為內光電效應。如果吸收發生在結的耗盡區，或發生在離耗盡區的一個擴散長度處，這些載流子會被耗盡區的內置電場從結中掃出。因此，當空穴向陽極移動，或電子向陰極移動時，就會產生光電流。通過光電二極管的總電流包括暗電流和光電流，暗電流是指光電二極管在沒有光的情況下所產生的電流，為了最大限度的光電二極管的靈敏度，暗電流必須降至最小。

雪崩光電二極管為p-n結型的光電二極管，在以硅或鍺為材料制成的光電二極管的p-n結上加上反向偏壓后，射入的光被p-n結吸收后會形成光電流，加大反向偏壓會產生“雪崩”現象，也即光電流成倍地激增的現象。這使得每個光生載流子能夠因雪崩擊穿而加倍，從而在光電二極管內產生內部增益，有利于提高光電二極管的靈敏度。其中，SPAD(SINGLE PHOTON AVALANCE DIODE DEVICE，單光子雪崩二極管裝置)因其獨特優勢被廣泛應用各種需要光電傳感器件的設備中，例如電子產品、汽車和激光雷達系統等。

SPAD傳感器是由多個SPAD作為一個個像素點構成的傳感器陣列，例如SPAD傳感器陣列可由m×n個SPAD構成，m和n通常大于100。SPAD的p-n結可使用摻雜硅材料實施，諸如用CMOS工藝制造，該材料有時會被光子穿透，而不是被照射使得能夠進行光子檢測。并且，這些光子除了避開它們穿透的p-n結的檢測之外，還可能入射至SPAD傳感器陣列的其他SPAD中，并觸發由不同p-n結進行光電檢測。可見，現有的SPAD對其接收到的光子沒有足夠靈敏度，信噪比低；SPAD傳感器由于存在串擾導致其性能不佳，錯誤率較大。

鑒于此，如何提升單光子雪崩二極管裝置性能，進而提升SPAD傳感器檢測性能，是所屬領域技術人員需要解決的技術問題。

發明內容

本申請提供了一種單光子雪崩二極管裝置、圖像感測裝置及激光雷達系統，可有效提升單光子雪崩二極管裝置性能，提升SPAD傳感器的檢測性能。

為解決上述技術問題，本發明實施例提供以下技術方案：

本發明實施例一方面提供了一種單光子雪崩二極管裝置，包括第一半導體區、第二半導體區、微透鏡和反射器陣列；

所述第二半導體區覆蓋所述第一半導體區，所述微透鏡覆蓋所述第二半導體區；

所述第二半導體區包括第一隔離結構、第二隔離結構和吸收區；所述第二隔離結構在第一方向上相對于所述第一隔離結構對準；

所述吸收區覆蓋所述第一半導體區；

所述反射器陣列包括第一反射器組和第二反射器組，所述第一反射器組和所述第二反射器組均包括多個反射器；所述第一反射器組位于所述第一半導體區，且所述第一反射器組位于所述第二反射器組和所述吸收區之間。

可選的，所述第一反射器組的各反射器之間的間隔距離大于等于0.14μm且小于等于1μm；

所述第一反射器組的各反射器的寬度大于等于0.3μm且小于等于1μm。