CN107665886A - 用于检测红外线辐射的盖革模式雪崩光电二极管阵列 - Google Patents

用于检测红外线辐射的盖革模式雪崩光电二极管阵列 Download PDF

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Abstract

公开了用于检测红外线辐射的盖革模式雪崩光电二极管阵列。一种盖革模式雪崩光电二极管阵列形成在裸片中并且包括：内部电介质结构，该内部电介质结构被安排在该裸片上；以及外部电介质区域，该外部电介质区域被安排在该内部电介质结构上。该外部电介质区域由外部材料形成，该外部材料吸收波长落入低波长阻带中的辐射并且透射波长落入高波长通带中的辐射，该通带的至少一部分包括红外线中的波长。该内部电介质结构由一个或多个内部材料形成，该一个或多个内部材料实质上透射波长落入该阻带和该通带中的辐射，并且具有落入幅度为0.4的区间内的折射率。在该阻带和该通带中，该外部电介质区域的折射率具有落入上述区间内的实部。

Description

用于检测红外线辐射的盖革模式雪崩光电二极管阵列
技术领域
本发明涉及用于检测红外线辐射的盖革模式光电二极管阵列。
背景技术
如已知的，现今用于检测红外线辐射(即，波长在700nm至2000nm之间的辐射)的传感器发现不仅广泛用于电信行业，而且例如用于所谓的3D成像行业以及再次例如用于热成像和体积描记法行业。
除其他项外，当前用于检测红外线辐射的有：在线性区域工作的半导体传感器、雪崩光电检测器、光电晶体管、以及真空光电倍增管。相反，所谓的盖革模式雪崩光电二极管(GMAP)阵列相对少地用于检测红外线辐射领域，因为即使它们保证了关于红外线辐射的良好灵敏度，但是它们经受随反向偏置电压增加而显著增加的暗电流，因此降低了信噪比。
更详细地，盖革模式雪崩光电二极管(也被称为为单光子雪崩二极管(SPAD))由雪崩光电二极管(APD)形成，并且由此包括半导体材料结，该半导体材料结具有击穿电压VB并且在使用时用模数高于击穿电压VB的反向偏置电压VA进行偏置，该击穿电压如已知的取决于半导体材料和结本身的最少掺杂区域的掺杂水平。以此方式，该结具有特别广的耗尽区，该耗尽区内部存在不可忽略的电场。由此，在吸收入射到SPAD上的光子之后，生成单个电子-空穴对可能足以触发电离过程。此电离过程进而引起载流子的雪崩倍增(约106增益)，并且因此在短时间(几百皮秒)内生成雪崩电流或更准确地雪崩电流脉冲。
雪崩电流通常可以借助于连接至该结的外部电路被适当地收集，并且表示SPAD的输出信号，该输出信号也将被称为输出电流。在实践中，对于每个吸收的光子，生成了SPAD的输出电流脉冲。
反向偏置电压VA高于击穿电压VB的事实引起雪崩电离过程，该雪崩电离过程一旦触发就将自行维持下去。因此，一旦触发电离过程，SPAD就不再能够检测光子。为了还能够检测随后的光子，必须通过降低该结两端的有效电压持续一段时间(被称为“保持时间”)来停止雪崩电离过程。为此目的，已知的是使用所谓的猝熄电路，该猝熄电路可以为有源类型或者无源类型。例如，在无源猝熄的情况下，猝熄电路可以由集成电阻器形成。
这就是说，SPAD阵列由在同一个衬底上生长的SPAD平面阵列形成。SPAD的阳极电极和阴极电极可以分别连接在一起，从而使得SPAD可以用同一个反向偏置电压VA进行偏置，在这种情况下，该阵列形成所谓的硅光电倍增管(SiPM)。进一步地，在SiPM的情况下，SPAD被提供有对应的猝熄电阻器(例如，竖直类型)，这些猝熄电阻器被集成在SPAD中，并且彼此解耦且独立。此外，在SPAD内生成的雪崩电流被复用在一起来生成SiPM的等于SPAD的输出信号之和的输出信号，该输出信号由此与撞击在SiPM上的光子的数量成正比。
通常，任何SPAD阵列都受到光学串扰现象的影响。
详细地，考虑到阵列中的任何SPAD，相应操作在周围SPAD中触发的雪崩倍增过程期间受到电致发光生成的光子的影响。
更详细地，已知的是，由于各种机制(如例如，(直接和间接)带间复合和直接带内电子跃迁)，因此在击穿电压之上操作的SPAD以各向同性的方式发射次级光子。次级光子通常在包括在400nm至2μm之间的波长范围内发射，可能取决于所施加的反向偏置电压VA而发射。
次级光子可以在与生成次级光子的SPAD不同的SPAD结中传播并且随后被吸收，触发了引起前述光学串扰的雪崩事件。
这就是说，假设例如SPAD阵列使用同一个反向偏置电压VA进行偏置，随着过电压OV＝-(VA-VB)增加，增益和阵列检测效率也发生增加。然而，如之前提到的，进一步发生暗电流的不期望的增加，该不期望的增加由如光学串扰和残余脉冲等假事件触发。出于这个原因，在检测红外线辐射的背景下，使用最多的是用低反向电压进行偏置的阵列(典型地，从而使得过电压OV将是约2V或3V)。进一步地，因为暗电流随着敏感区域的增加而增加，所以在检测红外线辐射的背景下所使用的阵列具有有限的敏感区域(典型地，在几平方毫米的区域中)。
发明内容
本发明的目的在于由此提供一种将使已知领域的缺点至少部分被克服的盖革模式雪崩光电二极管阵列。
根据本发明，提供了一种如所附权利要求书中所定义的盖革模式雪崩光电二极管阵列。
附图说明
为了更好地理解本发明，现在仅以非限制性示例方式并且参照附图来描述其实施例，在附图中：
-图1是光电二极管阵列的示意性透视图；
-图2是光电二极管阵列中的光电二极管的示意性截面视图；
-图3a是部分移除的光电二极管阵列的从上方看到的示意性透视图；
-图3b是图3a中所示出的光电二极管阵列的从下方看到的示意性透视图；
-图4是光电二极管阵列中的两个相邻光电二极管的示意性截面视图；
-图5是属于一排光电二极管阵列中的两个对应相邻阵列中的两个光电二极管的示意性截面视图；并且
-图6和图7示出了使用光电二极管阵列的系统的框图。
具体实施方式
图1示出了SPAD 1的阵列99的实施例，这些阵列以平面方式被安排，并且被光源200照亮。根据需要，阵列99可以包括任何数量的SPAD 1。进一步地，阵列99被集成在裸片100中，如图2中所示出的(未按比例)，该裸片包括由例如硅制成的半导体本体10。
仅通过示例的方式，半导体本体10包括衬底2，该衬底在底部和顶部分别由底表面Sinf和顶表面Ssup界定。进一步地，半导体本体10包括第一外延层4和第二外延层8。
衬底2是N++类型的，具有例如在300μm至500μm之间的厚度，并且具有例如在1*1019cm-3至5*1020cm-3之间的掺杂水平。进一步地，衬底2形成上述底表面Sinf。
第一外延层4是N--类型的，具有例如在5μm至10μm之间的厚度，并且叠置在衬底2上，与其直接接触。进一步地，第一外延层4具有例如在1*1014cm-3至5*1014cm-3之间的掺杂水平。
第二外延层8是N-类型的，具有例如在2μm至5μm之间的厚度，并且叠置在第一外延层4上，与其直接接触。进一步地，第二外延层8形成上述顶表面Ssup。第二外延层8的掺杂水平例如在5*1015cm-3至1*1016cm-3之间。
SPAD 1例如是彼此相同的。由此，在以下内容中，通过示例的方式描述了图2中所示出的SPAD 1中的仅一个SPAD 1。
详细地，SPAD 1包括阳极区域12，该阳极区域是P+类型的，并且在顶视图中具有圆形或多边形(例如，四边形)形状。阳极区域12给出在顶表面Ssup上，并且在第二外延层8内延伸。具体地，阳极区域12具有例如在0.1μm至0.5μm之间的厚度。进一步地，阳极区域12具有例如在1*1019cm-3至1*1020cm-3之间的掺杂水平。
SPAD 1进一步包括N+类型的富集区域14，该富集区域在第二外延层8中延伸，在阳极区域12下方，并且直接与阳极区域接触。在顶视图中，富集区域14具有圆形或多边形(例如，四边形)形状。进一步地，富集区域14具有例如1μm的厚度以及例如在1*1016cm-3至5*1016cm-3之间的掺杂水平。
出于实践目的，阳极区域12和富集区域14形成第一PN结，该第一PN结被设计成用于接收光子和生成雪崩电流，如下文详细描述的。换言之，阳极区域12和富集区域14沿着界面表面I彼此接触。
相反，富集区域14和第二外延层8具有限制第一PN结附近的高电场、降低结本身的击穿电压VB的目的。
SPAD 1进一步包括圆形形状的保护环16，该保护环是P-类型的并且具有在1*1016cm-3至3*1016cm-3之间的掺杂水平。具体地，保护环16在第二外延层8中延伸，以便面对顶表面Ssup。进一步地，保护环16围绕阳极区域12，接触后者的外围部分。此外，保护环16具有例如在1μm至3μm之间的厚度。
保护环16与第二外延层8形成第二PN结，以便防止阳极区域12的边缘击穿。进一步地，保护环16与阳极金属喷镀18直接电接触，该阳极金属喷镀被安排在顶表面Ssup上，并且使得对第一PN结进行偏置。具体地，在使用中，可能向阳极金属喷镀18施加模数高于第一PN结的击穿电压VB的反向偏置电压VA。尽管图2中未示出，但是阳极金属喷镀18以其本身已知的方式连接至存在于裸片100上的导电焊盘19(图3a中示出)，该导电焊盘将在以下内容中被称为裸片焊盘19。
SPAD 1进一步包括横向绝缘区域24，该横向绝缘区域以某个距离围绕保护环16，并且执行防止在SPAD 1中生成的次级光子被相邻SPAD吸收的功能。在顶视图中，横向绝缘区域24形成在具有环形形状的相应沟槽29内。
详细地，横向绝缘区域24在半导体本体10内从顶表面Ssup开始延伸。在顶视图中，横向绝缘区域24具有圆形或多边形形状，并且横向界定光电二极管1的有源区域A。
更详细地，横向绝缘区域24包括在外部安排的沟道阻止区域27以及在内部安排的势垒区域28。
沟道阻止区域27由电介质材料(例如，氧化物)制成，并且被安排成与半导体本体10直接接触。
势垒区域28由多晶硅制成，并且被与其直接接触的沟道阻止区域27包围。进一步地，势垒区域28与以下详细描述并被称为第四电介质层40的电介质层直接接触。
更详细地，形成势垒区域28的多晶硅可以具有N型或者P型的掺杂，并且具有例如在1*1019cm-3至5*1020cm-3之间的掺杂水平。
又更详细地，横向绝缘区域24在半导体本体10内从顶表面Ssup开始延伸以穿过第一和第二外延层4、8，以及在衬底2的顶部中延伸。
仅通过示例的方式，势垒区域28具有例如1μm的宽度。
除上述第四电介质层40之外，阵列99进一步包括的第一电介质层30、第二电介质层32、和第三电介质层38，现参照SPAD 1内的相应安排来描述上述内容。
详细地，第一电介质层30例如由热氧化层形成，并且在顶表面Ssup的关于阳极区域12横向交错的部分上延伸，以便使阳极区域12和保护环16接触阳极区域12的部分暴露。
第二电介质层32例如由TEOS氧化层形成，并且在与其直接接触的第一电介质层30上以及在与其直接接触的阳极区域12上延伸。进一步地，第二电介质层32还在上述保护环16接触阳极区域12的部分上延伸。
第二电介质层32充当钝化区域，并且其大小可被设定成用于形成增加红外线中的光透射的减反射层。
第三电介质层38例如由TEOS氧化层形成，形成具有沟道阻止区域27的单层，并且在与其直接接触的第二电介质层32上延伸，然而，不叠置在阳极区域12的中心部分上。换言之，第三电介质层38关于阳极区域12和下方的富集区域14横向交错。
第四电介质层40例如由TEOS氧化层形成，并且在与其直接接触的第三电介质层38上延伸。进一步地，第四电介质层40延伸以便在顶部关闭横向绝缘区域24。具体地，第四电介质层40延伸远到与势垒区域28相接触。
如之前提到的，阳极金属喷镀18穿过第二、第三和第四电介质层32、38、40以便接触保护环16。
由金属材料制成的阴极金属喷镀42在衬底2与其直接接触的底表面Sinf的下方延伸。以此方式，考虑到阳极金属喷镀18的安排，SPAD 1生成的雪崩电流在垂直于底表面Sinf和顶表面Ssup的轴线H的方向上流动。
出于实践目的，富集区域14、衬底2、以及第一和第二外延层4、8形成SPAD 1的阴极区域。进一步地，在衬底2内，由于衬底2的低电阻率，由雪崩电流的通路引起的电压降可以忽略不计。
此外，尽管未示出，但是阳极金属喷镀18接触充当猝熄电阻器的相应多晶硅区域(未示出)。SPAD 1的多硅晶区域(未示出)连接至共享金属总线(未示出)。
由于横向绝缘区域24延伸远到衬底2，并且考虑到衬底2的低电阻率，因此一个SPAD 1的接通大致上不改变相邻SPAD 1的偏置。因此，SPAD 1的阵列99形成半导体光电倍增管(即SiPM)，在该半导体光电倍增管中，SPAD 1可以基本上在相同的操作条件下工作。在此连接中，尽管为示出，但是阵列99的SPAD 1的阳极和阴极金属喷镀被配置成使得它们可以全部连接至提供反向偏置电压VA的单个电压生成器。
再次参照阵列99，仅通过示例的方式，使用SMD类型的封装体152对其进行封装，如图3a、3b中所示出的。
详细地，图3a和图3b表示封装器件150，该封装器件包括裸片100和上述封装体152。
封装体152包括由导电材料(例如，金)制成的引线框154，该引线框进而包括接触阴极金属喷镀42的一个或多个焊盘156。这些焊盘156形成封装器件150的相应接触端子，这些接触端子被设计成用于使对阴极金属喷镀42进行偏置。
引线框154进一步包括一个或多个焊盘158，这些焊盘中的每个焊盘借助于相应接线键合159连接至相应裸片焊盘19。焊盘158可以由此用于对SPAD 1的阳极金属喷镀18进行偏置。
封装体152进一步包括第一封装层160，该第一封装层横向地并在顶部包围裸片100。
更详细地，第一封装层160由环氧树脂形成，该环氧树脂对波长包括在区间[400nm，1600nm]中的辐射基本上透明。例如，第一封装层160叠置在裸片100上的部分透射波长包括在区间[400nm，1600nm]中的入射辐射的至少90％。
进一步地，第一封装层160叠置在SPAD 1上，并且由此延伸接触第四电介质层40和第二电介质层32(被暴露之处，即在阳极区域12上)，如图2中所示出的。第一封装层160在顶部由前表面S前界定。
封装体152进一步包括第二封装层162和第三封装层164(在图2中可见，但为简单起见，在图3a和图3b中未示出)。
详细地，第二封装层162被安排在前表面S前上，与第一封装层160接触。第三封装层164被安排在与其直接接触的第二封装层162上。
更详细地，第二封装层162例如由光学胶(例如，硅有机树脂胶)形成，并且被设计成用于将第三封装层164胶合到第一封装层160。光学胶对波长包括在区间[400nm，1600nm]内的辐射基本上透明。例如，第二封装层162透射波长包括在区间[400nm，1600nm]内的入射辐射的至少90％。
第三封装层164由同质材料制成，从而使得第三封装层164通过吸收波长低于λ滤波器＝700nm的辐射来阻止该辐射，而该第三封装层对波长高于λ滤波器的辐射大致上透明。例如，第三封装层164可以透射波长高于λ滤波器的入射辐射的至少90％，并且可以吸收波长低于λ滤波器-Δ的辐射的至少90％，其中，例如，Δ＝100nm。换言之，第三封装层164充当单带高通光学滤波器。
更详细地，第三封装层164例如由烯丙基双甘油碳酸盐或聚烯丙基二甘醇碳酸酯(也被称为CR39)形成，在这种情况下，其充当具有高通类型响应的聚合塑料滤波器。
又更详细地，可能定义波长λ截止＝1240/Eg，其中Eg(以电子伏特表示)是所谓的形成半导体本体10的半导体材料的能隙；例如，在硅的情况下，λ截止≈1100nm。这就是说，λ截止＞λ滤波器。进一步地，阵列99被设计成用于检测波长包括在区间[λ截止，λ滤波器]内的特定有效红外线辐射。
从光学的观点来看，第一、第二和第三封装层160、162、164中的每个封装层是同质的。进一步地，第一、第二和第三封装层160、162、164具有基本上同一个折射率，例如大约1.5。例如，第一、第二和第三封装层160、162、164的折射率包括在具有例如不大于0.4(优选地不大于0.2)的宽度的区间[ninf，nsup]内。
更具体而言，假设在区间[400nm，1600nm]内，第一和第二封装层160、162的折射率具有包括在区间[ninf，nsup]内的可忽略不计的虚部。进一步假设在区间[400nm，1600nm]内，第三封装层164的折射率具有包括在区间[ninf，nsup]内的实部。进一步地，第三封装层164的折射率具有不可忽略不计的虚部，其中，λ<λ滤波器-Δ。
在不失任何一般性的情况下，假设在区间[400nm，1600nm]内，第二电介质层32的折射率也基本上为实数并且包括在区间[ninf，nsup]内。
从光学的观点来看，由第一、第二和第三封装层160、162、164形成的结构可以被考虑成等效于基本上同质的结构。因此，可以假设在存在于第一、第二和第三封装层160、162、164之间的界面处，没有反射/折射现象发生。
这就是说，由第一、第二和第三封装层160、162、164形成的结构的存在不改变阵列99检测红外线辐射的性能。而是，此结构有助于过滤波长与兴趣波长不同的环境光。
此外，由第一、第二和第三封装层160、162、164形成的结构的存在使能够改善阵列99在暗电流方面的性能，如以下所解释的。具体地，在以下内容中，参照图4，仅通过示例的方式示出了阵列99的一部分，该部分包括彼此相邻且分别由1A和1B标示的第一SPAD和第二SPAD。为了简化表示，在图4中，之前提到的所有参考均未示出。
详细地，假设第一SPAD 1A发射具有例如在400nm至600nm之间的第一波长的次级光子(用虚线表示)以及具有在700nm至1100nm之间的第二波长的次级光子(用实线表示)。进一步假设这些次级光子直接朝向第一、第二和第三封装层160、162、164，以便不截断第一SPAD 1A的横向绝缘区域24。因此，原则上，这些次级光子可以在第二SPAD 1B中引起光学串扰。具体地，原则上，具有第一波长的次级光子潜在地表示第二SPAD 1B中的光学串扰的主要原因，因为即使它们的发射量小于具有第二波长的次级光子，由于第一SPAD 1A的上述第一PN结的表面安排，在从形成第一SPAD1A的半导体材料中出来之前它们也存在很低的可能性被重新吸收。进一步地，再次原则上，因为阵列99的SPAD在可见光中具有高检测效率，所以具有第一波长的次级光子更有可能在第二SPAD 1B中触发雪崩事件。
这就是说，可以假设在不经历反射或折射的情况下，具有第一波长的次级光子穿过第一和第二封装层160、162，直到它们穿透进入第三封装层164，在该第三封装层中它们被吸收。因此，不像在传统类型的封装体中发生的，在没有(除了其他之外)第二和第三封装层162、164的情况下，具有第一波长的次级光子不能到达第二SPAD 1B。
相反，至于具有第二波长的次级光子，在不经历反射或折射的情况下，这些光子也能到达远至第三封装层164。然后，这些光子穿过第三封装层164，直到它们撞击在存在于第三封装层164与外部环境之间的可以将其反射的界面上为止。因此，具有第二波长的光子的至少一部分可以再次穿过第二和第一封装层162、160，直到它们穿透进入第二SPAD 1B的半导体材料为止。然而，由于设法穿透进入第二SPAD 1B的半导体材料的光子穿透进入半导体材料的深度较高且SPAD在第二波长处的检测效率相对较低，因此这些光子在任何情况下具有较低可能性来触发寄生雪崩事件。出于这些原因，阵列99的SPAD之间的光学串扰被减少，并且因此，甚至在高过电压存在的情况下，阵列99由减小的暗电流表征，不限制阵列99本身的区域。
另外，应注意的是，由于上述具有第一波长的次级光子可以被反射朝向第二SPAD1B，因此，怎样合理使用代替第三封装层164的干扰红外线高通滤波器将引起暗电流的显著增加。
图5示出了一排阵列300，仅通过示例的方式，该阵列包括第一阵列399a和第二阵列399b。具体地，在图5中，再次由1a和1b标示的第一和第二SPAD分别属于第一和第二阵列339a、339b。
更详细地，封装体152包围该排阵列300。
更具体地，第一封装层160叠置在第一和第二阵列399a、399b的SPAD上。进一步地，封装体152包括代替第三封装层163的第一外部层165a和第二外部层165b，这些外部层形成一类外部涂层区域的部分对，并且相对于彼此并列。第一和第二为外部层165a、165b被固定到第一封装层160的相应下面部分。进一步地，第一和第二外部层165a、165b大致上具有同一个厚度。
又更详细地，第一和第二外部层165a、165b由材料制成，其方式使得：i)第一外部层165a吸收波长低于λ滤波器1的辐射，并且对波长高于λ滤波器1的辐射大致上透明；以及ii)第二外部层165b吸收波长低于λ滤波器2的辐射，并且对波长高于λ滤波器2的辐射大致上透明，其中，λ滤波器1≠λ滤波器2。此外，第一和第二外部层165a、165b具有与第一和第二封装层160、162基本上相同的折射率。
在实践中，该排阵列300中被提供有两个不同频带中的两个不同的检测能力并且保证参照阵列99所描述的相同优点。
再次参照阵列99，其可以用于图6中所示出的通用检测系统500，在该通用检测系统中，光源200照亮阵列99，该阵列由电源510进行偏置并且连接至微控制器单元520，有可能通过插入前置放大级(未示出)。微控制器单元520处理阵列99的输出信号并且向处理器530提供经处理的信号，该处理器使得能够对此经处理的信号进行分析并在显示器540上显示与此经处理的信号相关联的信息。以本身已知且由此未示出的方式，微控制器单元520可以包括模数转换器和被安排在模数转换器下游的微控制器。
如图7中所示出的，代替微控制器单元520，可以存在：鉴别器550，该鉴别器接收阵列99的输出信号并且每当该输出信号超过阈值时生成脉冲，由此对假事件进行过滤；以及计数器560，该计数器被设计成用于在鉴别器550生成的每个脉冲处增加一个计数，该计数的值被传达至处理器530。
当前SPAD阵列提供的优点从前述讨论中清楚地显现。具体地，当前SPAD阵列由比红外线辐射的雪崩检测器更高的信噪比(SNR)表征。进一步地，当前SPAD阵列可以呈现较大的敏感区域并且可以被偏置以便呈现较高的过电压，随后改善增益和检测效率。
此外，在存在低强度光通量的情况下，因为仅几个单元(即，SPAD)由于假串扰效应而被接通，所以当前SPAD阵列展现极其线性的响应。
最后，明显的是，可以对所描述的光电二极管进行修改和变化，而不会由此脱离本发明的范围。
例如，代替硅，可以存在不同的半导体材料(例如，锗、硅-锗、砷-镓-铟等)。进一步地，可以颠倒掺杂类型(P型和N型)。
通常，考虑到形成半导体本体10的半导体材料和该半导体材料的与落入红外线区域中的给定波长λ截止相对应的能隙，第三封装层164由任何材料制成，该材料i)吸收波长λ<λ滤波器-Δ的辐射并且对波长λ>λ滤波器的辐射透明，其中，λ截止>λ滤波器；并且ii)具有落入区间[ninf，nsup]内的实部、在波长范围[λ*，λ截止]中的折射率，其中，λ*<λ滤波器-Δ。如之前提到的，在区间[λ*，λ截止]中，第一和第二封装层160、162的折射率具有可忽略不计的虚部以及落入区间[ninf，nsup]内的实部。
仅通过示例的方式，在锗和砷化铟的情况下，我们已经分别令λ截止≈1850nm且λ截止≈3440nm。由此，例如有可能由锗制作半导体本体并且采用使得λ滤波器＝1400nm的第三封装层来形成极有可能应用于电信领域的阵列，在电信领域中，经常使用波长为1550nm的辐射。可以用于形成半导体本体的材料的其他示例为：硅和锗合金；砷和镓合金；铟、镓和砷合金；磷和铟合金；以及镉、汞和碲合金。
如已经说明的，除了形成该结构的半导体材料以外，无论所选择的半导体材料如何，半导体本体10的结构可以例如关于外延层的数量、安排、和特性而不同于所描述的结构。
更一般地，阵列99的SPAD 1可以与已经描述的不同。
例如，阳极区域12可以由N型顶部区域叠置在其上，而不是给定在顶表面Ssup上。在此情况下，第一PN结比之前已经描述的更深。
保护环16和/或富集区域14可能不存在或者在任何情况下可以具有与已经描述的特性不同的特性。
横向绝缘区域24可以关于几何形状和关于结构和材料两者而不同于已经描述的横向绝缘区域。例如，沟道阻止区域27可以包括多个电介质层。再次仅通过示例的方式，势垒区域28可由被设计成用于反射次级光子(例如，钨)或者吸收次级光子(例如，上述多晶硅或者氮化钛)的材料制成。
有可能的是，横向绝缘区域24可以不存在。
SPAD 1进一步有可能被配置成用于实现与所描述的猝熄机制不同的猝熄机制。例如，每个SPAD 1可以实现相应的竖直类型的集成猝熄电阻器，在这种情况下，上述多晶硅区域不存在。
此外，被安排在顶表面Ssup上的电介质层的数量、几何特性和材料可以关于已经描述的而变化。例如，第二电介质层32或者在任何情况下第二电介质层32叠置在阳极区域12上的部分可能不存在。
第二电介质层32(该第二电介质层在另一方面是可选的)进一步有可能具有与第一、第二、和第三封装层160、162、164的折射率不同的折射率，即使这可能需要降级性能。进一步有可能在第二电介质层32叠置在阳极区域12上的部分上存在被安排在该部分与第一封装层160之间的一个或多个附加层(未示出)。例如，第一封装层160可以被安排在氮化物层(未示出)上，与其直接接触，此氮化物层被安排在与其直接接触的第二电介质层32上。在这种情况下，氮化物层和第二电介质层32可以形成优化的减反射结构以便增加红外线透射。
可以采用与键合不同的方式来将第三吸收层164约束到第一吸收层160，在这种情况下，第二封装层162可能不存在。例如，可以通过以下方式来形成第三封装层164：在第一封装层160上采用液体形式来进行倾倒并且然后进行硬化。第三封装层164进一步有可能由涂抹于第一吸收层160上的涂料形成。
光电二极管有可能为使得阵列99不作为SiPM进行操作。例如，代替在SPAD 1之间共享的阴极金属喷镀42，可以存在多个阴极金属喷镀，该多个阴极金属喷镀中的每个阴极金属喷镀与相应SPAD 1相关联。
最后，有可能使用不同于SMD封装体的封装体来封装阵列99。

Claims (14)

1.一种盖革模式雪崩光电二极管阵列，所述阵列形成在裸片(100)中并且包括封装结构(160，162，164)，所述封装结构包括：
-内部电介质结构(160，162)，所述内部电介质结构被安排在所述裸片上，与其直接接触，并且叠置在所述光电二极管(1)上；以及
-外部电介质区域(164)，所述外部电介质区域被安排在所述内部电介质结构上，与其直接接触；
并且其中，所述外部电介质区域由外部材料形成，所述外部材料吸收波长落入低波长阻带中的辐射并且透射波长落入高波长通带中的辐射，所述通带的至少一部分包括红外线中的波长；并且其中，所述内部电介质结构由一个或多个内部材料形成，所述一个或多个内部材料实质上透射波长落入所述阻带和所述通带中的辐射，并且具有落入宽度为0.4的区间内的折射率；并且其中，在所述阻带和所述通带中，所述外部电介质区域的折射率具有落入所述区间内的实部。
2.根据权利要求1所述的光电二极管阵列，其中，所述内部电介质区域(160，162)包括由环氧树脂制成的并且被安排在所述裸片(100)上的第一层(160)。
3.根据权利要求2所述的光电二极管阵列，其中，所述第一层(160)横向包围所述裸片(100)。
4.根据权利要求2或权利要求3所述的光电二极管阵列，其中，所述内部电介质区域(160，162)包括被设计成用于将所述第一层(160)和所述外部电介质区域(164)键合到一起的第二层(162)。
5.根据以上权利要求中任一项所述的光电二极管阵列，其中，所述外部电介质区域(164)由聚合塑料材料制成。
6.根据权利要求5所述的光电二极管阵列，其中，所述外部电介质区域(164)由烯丙基双甘油碳酸盐或聚烯丙基二甘醇碳酸酯制成。
7.根据以上权利要求中任一项所述的光电二极管阵列，其中，所述裸片(100)包括由前表面(Ssup)界定的并形成第一导电类型的阴极区域(2，4，8)的半导体本体(10)；并且其中，每个光电二极管(1)包括：
-第二导电类型的对应阳极区域(12)，所述阳极区域在所述阴极区域内延伸；
-横向绝缘区域(24)，所述横向绝缘区域延伸穿过从所述前表面开始并包围所述阳极区域和所述阴极区域的相应部分的所述本体，所述横向绝缘区域包括势垒区域(28)以及包围所述势垒区域的绝缘区域(27)，所述势垒区域被配置成用于吸收或反射辐射。
8.根据权利要求7所述的光电二极管阵列，其中，所述阳极区域(12)给出在所述前表面(Ssup)上。
9.根据权利要求7或权利要求8所述的光电二极管阵列，其中，所述裸片(100)包括钝化区域(32)，所述钝化区域在所述前表面(Ssup)上延伸，与所述半导体本体(10)接触；并且其中，所述内部电介质结构(160，162)延伸接触所述钝化区域(32)。
10.根据权利要求9所述的光电二极管阵列，其中，所述钝化区域(32)具有在所述阻带和所述通带中落入所述区间内的对应折射率。
11.所述阵列包括根据以上权利要求中任一项所述的光电二极管(1a，1b)的至少一个第一阵列(399a)和一个第二阵列(399b)；并且其中，所述第一和第二阵列的所述外部电介质区域(165a，165b)由具有不同通带的不同材料制成。
12.一种光电子器件，所述光电子器件包括根据以上权利要求中任一项所述的光电二极管阵列(99)；并且其中，所述封装结构(160，162，164)形成表面安装封装体。
13.一种光子检测系统，包括：
-根据权利要求1至10中任一项所述的光电二极管(1)的阵列(99)；
-光源(200)，所述光源可选地耦合至所述阵列(99)；以及
-处理单元(520，530；530，550，560)，所述处理单元电耦合至所述阵列。
14.根据权利要求13所述的检测系统，其中，所述处理单元(520，530；530，550，560)包括微控制器单元(520)或鉴别器(550)以及电耦合在一起的计数器(560)。
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