[发明专利]一种垂直电荷转移型光子解调器及其工作方法

说明书

本发明涉及一种垂直电荷转移型光子解调器及其工作方法，半导体上表面设有调制解调部分，半导体下表面延伸至衬底底部构成感光部分；感光部分将光子转化为光生载流子，利用垂直电场将光生电子空穴对分开，其中电子或空穴垂直地输运至半导体表面进行光信号解调。两个电荷收集区都置为1.8V，调制开关一接1.2V，调制开关二接0V，衬底电极接地，半导体衬底上部产生横向电场，其它区域产生垂直电场；光子被半导体吸收并激发一个电子空穴对，并在电场作用下，电子空穴对被分开，电子向上运动至半导体表面；在横向电场作用下，进一步运动到电荷收集区附近，通过扩散进入其产生的耗尽区，形成光电流信号。本发明的光子解调器尺寸小，灵敏度及量子效率高。

技术领域

本发明涉及一种垂直电荷转移型光子解调器，本发明还涉及一种垂直电荷转移型光子解调器的工作方法，属于光子解调器技术领域。

背景技术

ToF作为光学测距的一种方法有着非常广泛的应用，而TOF器件为了能实现其功能主要的目的是，能够读到固定频率固定相位的信号，就需要一个高速的传感器读出所需积分时间内的信号，即传感器对高频信号有比较好的相应。通常的做法是在需要的时间内将信号输入到所需的读出节点，在相反的时间将信号输入到另一个节点。

索尼在专利US 8,294,882 B2中发明的CAPD器件工艺简单，灵敏度高，量子效率高，速度快，但由于该器件依靠横向电场产生光生载流子，导致当像素尺寸缩小后，衬底中的场区变浅，大幅降低效率。英飞凌采用的PMD技术则是通过photo-gate产生耗尽区方法来感光，同样存在随着像素尺寸缩小，耗尽区变浅的问题，最终导致量子效率的降低。目前仍没有一款小尺寸的ToF器件能保持较高的灵敏度和量子效率。

发明内容

本发明的首要目的在于，克服现有技术中存在的问题，本发明提供一种垂直电荷转移型光子解调器，感光过程是依靠垂直方向的电场，无论像素尺寸如何缩小，都不会影响感光区的深度，量子效率不会因此大幅降低。

本发明的垂直电荷转移型光子解调器，包括半导体，所述半导体的下方设有半导体衬底，所述半导体的上表面设有调制解调部分，所述半导体的下表面延伸至半导体衬底的底部构成感光部分；所述感光部分在光照条件下将光子转化为光生载流子，并利用垂直方向电场将光生电子空穴对分开，将其中的电子或空穴垂直地输运至半导体表面的调制解调部分进行光信号解调。

进一步的，所述感光部分为轻掺杂的P或N型的光电导，该光电导的两电极分别设置在半导体的上表面和半导体衬底的底部，不同的电极偏压使得光电导内部产生垂直方向电场。

进一步的，所述调制解调部分包括至少两个电荷收集区，以及与电荷收集区数目相对应的调制开关；所述调制开关打开，由感光部分产生的光生载流子会流入对应的电荷收集区。

进一步的，所述电荷收集区为重掺杂的N型，所述调制开关为重掺杂的P型；不同电荷收集区之间用浅槽隔离或P掺杂作为隔离，所述隔离对两侧的所述电荷收集区分别呈半包围的包裹，所述调制开关与对应的电荷收集区相邻。

进一步的，所述电荷收集区为重掺杂的P型，所述调制开关为重掺杂的N型；不同电荷收集区之间用浅槽隔离或N掺杂作为隔离，所述隔离对两侧的所述电荷收集区分别呈半包围的包裹，所述调制开关与对应的电荷收集区相邻。

进一步的，所述半导体衬底为本征或轻掺杂P型半导体，所述半导体衬底的背面设有单独电极，构成衬底电极，所述衬底电极为欧姆或肖特基接触；所述半导体的四周包裹有正面浅槽或深槽隔离，所述半导体衬底的四周包裹有背面深槽隔离。

进一步的，所述隔离的P型半导体浓度为量级，两电荷收集区之间的最小间距为0.5um，所述垂直电荷转移型光子解调器的单像素尺寸最小为1.1um；所述半导体衬底为标准的浓度为的外延硅片，深度2-10um。

本发明的有益效果为：