[发明专利]光检测装置及光检测系统

说明书

本发明公开一种光检测装置及光检测系统，在该装置中，在平面图中，第一导电类型的第一半导体区域与第三半导体区域的至少一部分重叠，第二半导体区域与第二导电类型的第四半导体区域的至少一部分重叠，第三半导体区域的关于第一导电类型的电荷的电位的高度低于第四半导体区域的电位的高度，并且第一半导体区域的电位的高度与第三半导体区域的电位的高度之间的差大于第二半导体区域的电位的高度与第四半导体区域的电位的高度之间的差。

本申请是申请日为2017年10月13日、申请号为201710949673.5、发明名称为“光检测装置及光检测系统”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

各实施例的方面涉及一种执行光电转换的光检测装置和光检测系统。

背景技术

传统上，已知使用雪崩(电子雪崩)加倍能够检测单个光子水平的微弱光的光检测装置。

在美国专利No.9,209,336的说明书中，讨论了单光子雪崩二极管(SPAD)，其中源自单个光子的光载流子引起构成光电转换器的半导体区域的PN结区域中的雪崩放大。

在美国专利No.9,209,336的说明书中讨论的SPAD中，在半导体衬底的表面上布置有高杂质浓度的P型半导体区域，并且在P型半导体区域的下方布置有N型半导体区域。N型半导体区域被布置成被包括在N型外延层中。P型半导体区域和N型半导体区域构成PN结，并且高反向偏置电压被施加到PN结。

在美国专利No.9,209,336的说明书中讨论的SPAD中，检测到电荷的区域是PN结区域。在检测到电荷的区域中产生强电场，因此在PN结中存在通过强电场产生隧道效应的可能性。通过在检测到电荷的区域中被检测为伪信号，由隧道效应产生的电荷可能变成噪声。由隧道效应产生的电荷与检测到电荷的区域的面积成比例地增加。

另一方面，如果检测到电荷的区域的面积减小，则可以抑制由隧道效应产生的电荷。然而，如果检测到电荷的区域的面积减小，则存在降低光检测效率的可能性。

发明内容

根据实施例的一个方面，一种装置包括具有第一表面和与第一表面相对的第二表面的半导体衬底，以及布置在半导体衬底上的具有包括雪崩二极管的多个像素的像素单元，其中，雪崩二极管包括：布置在第一深度中的第一导电类型的第一半导体区域；布置成与第一半导体区域接触的第二半导体区域；相对于第一表面布置在比第一深度深的第二深度中的第三半导体区域；布置成与第三半导体区域接触的第二导电类型的第四半导体区域，该第二导电类型是与第一导电类型相反的导电类型；以及相对于第一表面布置在比第二深度深的第三深度中的第五半导体区域，并且其中，在平面图中，第一半导体区域与第三半导体区域的至少一部分重叠，第二半导体区域与第四半导体区域的至少一部分重叠，并且第三半导体区域和第四半导体区域与第五半导体区域重叠，第三半导体区域的关于第一导电类型的电荷的电位的高度低于第四半导体区域的关于第一导电类型的电荷的电位的高度，并且第一半导体区域的关于第一导电类型的电荷的电位的高度与第三半导体区域的关于第一导电类型的电荷的电位的高度之间的差大于第二半导体区域的关于第一导电类型的电荷的电位的高度与第四半导体区域的关于第一导电类型的电荷的电位的高度之间的差。

根据下面参照附图对示例性实施例的描述，本公开的另外的特征将变得清楚。

附图说明

图1是雪崩二极管的示意性截面图。

图2A和2B是雪崩二极管的示意性平面图。

图3是雪崩二极管的电位图。

图4是光检测装置的框图。

图5是包括等效电路的像素的框图。

图6是雪崩二极管的示意性截面图。

图7A至7C是雪崩二极管的示意性平面图。

图8A至8D示出制造雪崩二极管的方法。