CN111630667B - 控制光电检测器中的检测时间 - Google Patents

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Abstract

示例实施方式涉及控制光电检测器中的检测时间。一示例实施方式包括一种器件。该器件包括衬底。该器件还包括联接到衬底的光电检测器。光电检测器被布置为检测照射器件的顶表面的从光源发射的光。衬底的深度是衬底内少数载流子的扩散长度的至多100倍，从而缓解由基于从光源发射的光在衬底中被光致激发的少数载流子引起的暗电流。

Description

控制光电检测器中的检测时间
相关申请的交叉引用
本申请要求享有2018年1月29日向美国专利商标局提交的美国临时专利申请第62/623,388号的优先权，该美国临时专利申请的内容通过引用合并于此。本申请还要求享有2018年3月29日向美国专利商标局提交的美国非临时专利申请第15/939,619号的优先权，该美国非临时专利申请的内容通过引用合并于此。
技术领域
本申请涉及光电检测器，更具体地，涉及控制光电检测器中的检测时间。
背景技术
除非在此另行指示，否则此部分中描述的材料不是本申请中的权利要求的现有技术，并且不因包括在此部分中而被承认是现有技术。
光检测和测距(LIDAR)器件可以估计到给定环境中的对象的距离。例如，LIDAR系统的发射器子系统可以发射可与系统的环境中的对象相互作用的近红外光脉冲。光脉冲的至少一部分可以(例如，由于反射或散射)被重定向回LIDAR，并由接收器子系统检测。常规的接收器子系统可以包括多个检测器和配置为确定具有高时间分辨率(例如约400ps)的相应光脉冲的到达时间的对应控制器。LIDAR系统与给定对象之间的距离可以基于与给定对象相互作用的对应光脉冲的飞行时间来确定。
这样的LIDAR系统的检测器可以包括一个或更多个光电检测器。这样的光电检测器可以是特别灵敏的检测器(例如雪崩光电二极管(APD))。在一些示例中，这样的光电检测器甚至可以能够检测单个光子(例如单光子雪崩二极管(SPAD))。在一些情况下，这样的光电检测器可以(例如，通过串联电连接)布置成阵列(例如，像在硅光电倍增管(SiPM)中那样)。
发明内容
当使用灵敏的光电检测器诸如APD或SPAD来检测光时，暗电流会抑制检测精度。如在此所述，光电检测器可以被制造在衬底上。如果在衬底中(例如由于光致激发)产生具有足够长的寿命和足够高的扩散系数的少数载流子，则在光源已停止照射光电检测器之后，那些少数载流子可以扩散到光电检测器的检测区域。即使当不再有光源时，这也可以导致来自光电检测器的输出信号(即，可以导致暗电流)。本公开描述了可改善该可能问题的多种技术。作为示例，可以引入允许电子和空穴的复合的表面缺陷，可以引入允许电子和空穴的复合的晶体缺陷，可以将衬底的深度限制为特定量的少数载流子扩散长度以减小少数载流子在进入结之前可行进的距离并减小少数载流子可被光致激发的体积(例如，以总体上减少少数载流子的数量)，可以以特定方式(例如，通过引入势垒或势阱)设计衬底的能带结构，引入抗反射层以允许来自光源的光子离开衬底，抛光或平坦化衬底的背面以防止来自光源的光在衬底内的反射(例如，以通过允许光子离开衬底来减少由于光致激发而产生的少数载流子的数量)，和/或引入过滤与光源对应的波长的光的带阻光学滤光器(例如，以减少由于光致激发而产生的少数载流子的数量)。
在一个方面，提供了一种器件。该器件包括衬底。该器件还包括联接到衬底的光电检测器。光电检测器被布置为检测照射器件的顶表面的从光源发射的光。衬底包括在衬底的第二表面上的表面缺陷。表面缺陷允许电子和空穴的复合，从而缓解由基于从光源发射的光在衬底中被光致激发的少数载流子引起的暗电流。
在另一方面，提供了一种器件。该器件包括衬底。该器件还包括联接到衬底的光电检测器。光电检测器被布置为检测照射器件的顶表面的从光源发射的光。衬底包括晶体缺陷，晶体缺陷允许电子和空穴复合，从而缓解由基于从光源发射的光在衬底中被光致激发的少数载流子引起的暗电流。
在另一方面，提供了一种器件。该器件包括衬底。该器件还包括联接到衬底的光电检测器。光电检测器被布置为检测照射器件的顶表面的从光源发射的光。衬底的深度是衬底内少数载流子的扩散长度的至多100倍，从而缓解由基于从光源发射的光在衬底中被光致激发的少数载流子引起的暗电流。
在另一方面，提供了一种器件。该器件包括衬底。该器件还包括联接到衬底的光电检测器。光电检测器被布置为检测照射器件的顶表面的从光源发射的光。该器件具有基于衬底和光电检测器的材料成分的能带结构。该能带结构被配置为缓解由基于从光源发射的光在衬底中被光致激发的少数载流子引起的暗电流。
在另一方面，提供了一种器件。该器件包括衬底。该器件还包括联接到衬底的光电检测器。光电检测器被布置为检测照射器件的顶表面的从光源发射的光。此外，该器件包括联接到衬底的第二表面的抗反射层。抗反射层被配置为将穿过衬底的光耦合到器件的外部，从而防止从光源发射的光在衬底内的反射，从而减少基于从光源发射的光的在衬底中的少数载流子光致激发，从而缓解由基于从光源发射的光在衬底中被光致激发的少数载流子引起的暗电流。
在另一方面，提供了一种器件。该器件包括衬底。该器件还包括联接到衬底的光电检测器。光电检测器被布置为检测照射器件的顶表面的从光源发射的光。衬底的第二表面被抛光或平坦化，从而防止从光源发射的光在衬底内的反射，从而减少基于从光源发射的光的在衬底中的少数载流子光致激发，从而缓解由基于从光源发射的光在衬底中被光致激发的少数载流子引起的暗电流。
在另一方面，提供了一种器件。该器件包括衬底。该器件还包括联接到衬底的光电检测器。此外，该器件包括带阻光学滤光器。光电检测器被布置为检测照射器件的顶表面的从光源发射的光。照射器件顶表面的来自光源的光透过带阻光学滤光器。带阻光学滤光器被配置为减小从光源发射的一种或更多种波长的光的强度，从而减少基于从光源发射的光的在衬底中的少数载流子光致激发，从而缓解由基于从光源发射的光在衬底中被光致激发的少数载流子引起的暗电流。
在另一方面，提供了一种器件。该器件包括衬底。该器件还包括联接到衬底的光电检测器。此外，该器件包括非线性光学吸收体。光电检测器被布置为检测照射器件的顶表面的从光源发射的光。照射器件的顶表面的来自光源的光透过非线性光学吸收体。
在另一方面，提供了一种方法。该方法包括提供器件。该器件包括衬底。该器件还包括联接到衬底的光电检测器。光电检测器被布置为检测照射器件的顶表面的从光源发射的光。该方法还包括提供来自光源的光。此外，该方法包括缓解由基于从光源发射的光在衬底中被光致激发的少数载流子引起的暗电流。非线性光学吸收体被配置为减小从光源发射的处于阈值功率水平或高于阈值功率水平的一种或更多种波长的光的强度，从而减少基于从光源发射的光的在衬底中的少数载流子激发，从而缓解由基于从光源发射的光在衬底中被光致激发的少数载流子引起的暗电流。
在另一方面，提供了一种制造方法。该方法包括提供衬底。该方法还包括在衬底内或在衬底上形成光电检测器。光电检测器被布置为检测照射光电检测器的顶表面的从光源发射的光。该方法还包括执行处理步骤，该处理步骤缓解由基于从光源发射的光在衬底中被光致激发的少数载流子引起的暗电流。
在另一方面，提供了一种系统。该系统包括用于提供器件的装置(means)。该器件包括衬底。该器件还包括联接到衬底的光电检测器。光电检测器被布置为检测照射器件的顶表面的从光源发射的光。该系统还包括用于提供来自光源的光的装置。此外，该系统包括用于缓解由基于从光源发射的光在衬底中被光致激发的少数载流子引起的暗电流的装置。
在另一方面，提供了一种用于制造的系统。该系统包括用于提供衬底的装置。该系统还包括用于在衬底内或在衬底上形成光电检测器的装置。光电检测器被布置为检测照射光电检测器的顶表面的从光源发射的光。此外，该系统包括用于执行处理步骤的装置，该处理步骤缓解由基于从光源发射的光在衬底中被光致激发的少数载流子引起的暗电流。
通过在适当时参照附图阅读以下详细描述，这些以及其他的方面、优点和备选方案将对本领域普通技术人员变得明显。
附图说明
图1A是根据示例实施方式的系统的示意图。
图1B是根据示例实施方式的系统的示意图。
图2A是根据示例实施方式的系统的示意图。
图2B是根据示例实施方式的器件或系统的光照事件(illumination event)的曲线图。
图3A是根据示例实施方式的器件的示图。
图3B是根据示例实施方式的在图3A中示出的器件的能带图。
图4是根据示例实施方式的器件的示图。
图5是根据示例实施方式的器件的示图。
图6是根据示例实施方式的器件的示图。
图7A是根据示例实施方式的器件的示图。
图7B是根据示例实施方式的在图7A中示出的器件的能带图。
图8A是根据示例实施方式的器件的示图。
图8B是根据示例实施方式的在图8A中示出的器件的能带图。
图9A是根据示例实施方式的器件的示图。
图9B是根据示例实施方式的在图9A中示出的器件的能带图。
图9C是根据示例实施方式的在图9A中示出的具有图9B所示的能带图的器件的相对于深度的光学吸收的曲线图。
图10是根据示例实施方式的器件的示图。
图11A是根据示例实施方式的具有势垒的器件的能带图。
图11B是根据示例实施方式的具有势阱的器件的能带图。
图12是示出根据示例实施方式的方法的流程图。
图13是示出根据示例实施方式的方法的流程图。
具体实施方式
在此描述了示例方法和系统。在此描述的任何示例实施方式或特征不是必定被解释为相比其他实施方式或特征是优选的或是有利的。在此描述的示例实施方式并不意味着是限制性的。将容易理解，所公开的系统和方法的某些方面可以以各种不同的配置来布置和组合，所有这些在此被考虑。
此外，附图所示的特定布置不应被视为是限制性的。应理解，其他实施方式可能包括更多或更少的在给定附图中示出的每个元件。此外，一些示出的元件可以被组合或省略。另外，示例实施方式可以包括未在附图中示出的元件。
I.概述
当在盖革(Geiger)模式下操作时，SiPM、SPAD和其他类型的灵敏的光电检测器可以提供单光子级别感测。例如，盖革模式可以包括p-n结的强反向偏置条件，以便针对单个光致激发事件(例如，通过雪崩击穿)在耗尽区内生成多个载流子。然而，由于强偏置条件，暗电流可以由热产生的少数载流子引起，所述热产生的少数载流子级联成可测量数量的少数载流子。除了热产生的少数载流子之外，一些少数载流子可以通过未被吸收地穿过结并在衬底中被吸收的光子在器件的衬底中被光致激发。即使在光源不再照射光电检测器之后，也可能在光电检测器输出信号时发生“暗电流”。这可以在此备选地且可互换地被称为“杂散电流”、“杂散输出信号”、“暗计数”或“与检测事件相关联的扩展的时间衰减常数”。
如果在衬底中被光致激发的少数载流子具有足够长的扩散长度，则那些载流子可以在复合之前到达器件的耗尽区，这引起级联事件并最终导致可检测的信号。这样的可检测的信号可以在光源已停止照射器件(例如，光照事件后的数十纳秒、数百纳秒、几微秒或数十微秒)之后显著地存在。作为示例，在具有相对高的光等级(例如，由于来自光源的光的逆反射、来自从位于灵敏的光电检测器附近的光源散射的光的反馈脉冲、或干扰光电检测器的外部光源)的情形下，SiPM可以经历具有长的时间衰减(即，高的关联时间常数)的暗电流。因为由在衬底中被光致激发的少数载流子产生的暗电流可以导致杂散输出信号和/或增大的与光电检测器已回到其静息状态并能再次正常地测量光照事件时对应的时间常数(即，光照事件具有带有“长尾巴”的响应信号)，所以改善、缓解或消除由在衬底中被光致激发的少数载流子产生的暗电流的方法可以改善光电检测器的性能。换言之，减小与基于光源的照射的检测事件相关联的时间常数的方法可以改善光电检测器的性能。
在此描述了多种方法、器件、系统和设计以缓解这样的暗电流。在此用来缓解由在衬底中被光致激发的少数载流子引起的暗电流的策略可以被归纳为包括以下的三个主要类别中的一个或更多个：(1)确保载流子仅相对靠近光电检测器结的耗尽区被光致激发和/或提高少数载流子朝向结前进的速率从而减少扩散到结的散乱的少数载流子的数量(即，提高少数载流子撤离衬底的速率)；(2)防止在距耗尽区一定距离处被光致激发的少数载流子到达耗尽区；以及(3)减少在器件的一个或更多个区域中被光致激发的少数载流子的数量。
落入以上类别(1)的一些示例技术包括：减薄衬底以减小在此可发生光致激发的距结的最大距离；构建结附近的能带结构的设计以引入电场，该电场增大朝向结的耗尽区移动的少数载流子的漂移电流；以及设计包括一个或更多个异质结构的能带结构，其中该异质结构(例如，通过具有拥有比在大于特定吸收深度的所有深度处的激发能高的带隙的材料)将吸收深度限制在特定深度。
落入以上类别(2)的一些示例技术包括：在衬底的表面(例如后表面或底表面)或衬底的边缘处引入表面缺陷，使得少数载流子可以利用陷阱态(例如，经由陷阱辅助复合)更容易地复合，从而减少少数载流子的寿命并限制少数载流子的扩散长度；在衬底的块体中引入晶体缺陷，使得少数载流子可以利用陷阱态(例如，经由陷阱辅助复合)更容易地复合，从而减少少数载流子的寿命并限制少数载流子的扩散长度；改变衬底中的操作温度，以便(例如，通过降低少数载流子的迁移率)减小少数载流子的扩散常数，从而限制少数载流子的扩散长度；以及将势垒和/或势阱引入衬底的能带结构中，以防止扩散的少数载流子到达结。
落入以上类别(3)的一些示例技术包括：减薄衬底以减小可发生光致激发的总体积，从而允许更少的少数载流子在衬底中被光致激发；改变照射器件的光源的特性(例如，光照波长、光照脉冲频率、光照脉冲占空比、光照功率等)，以调制在衬底中发生的光致激发的量；将抗反射层(例如布拉格光栅、四分之一波光学层或折射率匹配的无源衬底)联接到衬底的表面(例如后表面或底表面)，使得光更容易地耦合到衬底的外部，从而防止在衬底内的光的内反射，并减少光致激发的少数载流子的数量；以及将带阻光学滤光器光学耦合到光电检测器的顶部，以便减小进入光电检测器的一种或更多种波长的光的强度，从而减少在该波长处被光致激发的少数载流子的数量。
II.示例系统
图1A示出了根据示例实施方式的系统100。系统100包括联接到衬底102的多个单光子光电检测器110。多个单光子光电检测器110包括多个光电检测器112。虽然被描述为“多个单光子光电检测器110”，但要理解，在其他实施方式中，可以使用通常可能不能进行真正的“单光子”检测的光电检测器。在一些实施方式中，联接到衬底102的多个单光子光电检测器110可以代表SiPM。在各种实施方式中，每个光电检测器112可以是相同或不同的。例如，一些光电检测器112可以是APD，而其他光电检测器是SPAD。在另外的实施方式中，光电检测器112中的一个或更多个可以是p型-本征-n型(PIN)光电二极管检测器。其他光电检测器也是可能的并且在此被考虑。此外，在备选实施方式中，系统100可以在衬底102上仅包括单个光电检测器112，而非多个单光子光电检测器110。
在一些实施方式中，衬底102可以包括第一表面。在这样的实施方式中，第一表面可以沿着衬底102的主平面设置。
多个单光子光电检测器110可以联接到第一表面。例如，多个单光子光电检测器110可以在衬底102的同一表面上以并排布置设置(例如，成阵列)。
在另一实施方式中，多个单光子光电检测器110中的检测器的至少一部分可以沿着第一表面布置并串联电连接，从而形成串联光电检测器布置。备选地，多个单光子光电检测器110可以沿着第一表面布置并且并联电连接，从而形成并联光电检测器布置。在其他实施方式中，多个单光子光电检测器110可以以其他布置设置和/或联接到衬底102的不同表面(例如，多个光电检测器112可以例如以菊花链布置、一个联接到另一个的上表面，从而形成堆叠光电检测器布置)。
此外，虽然在此描述的示例涉及衬底102，但将理解，其他实施方式可以包括布置在两个或更多个衬底上的相应检测器。例如，多个单光子光电检测器110的一半可以沿着第一衬底的表面布置，并且多个单光子光电检测器110的其余一半可以沿着第二衬底的表面布置。包括多于一个的衬底的其他检测器布置是可能的并且在此被考虑。
在一些实施方式中，多个单光子光电检测器110被布置为检测来自视场的光。在一示例实施方式中，系统100包括成像光学器件142(例如镜子、滤光器和/或透镜)。在这样的实施方式中，多个单光子光电检测器110可以检测来自共享视场经过成像光学器件142的光。
在一些实施方式中，系统100包括光电检测器输出电路128。多个单光子光电检测器110可以联接到光电检测器输出电路128。
系统100还可以包括逻辑单元130。在一些实施方式中，逻辑单元130可以确定多个单光子光电检测器110的操作条件(例如，是否操作呈串联或并联布置的多个单光子光电检测器110，或如何偏置光电检测器112中的一个或更多个)。
在一些实施方式中，系统100包括曝光计140。曝光计140可以被配置为向逻辑单元130提供指示照明条件的信息。
在一些示例实施方式中，系统100可以包括多个光源144。多个光源144可以包括激光器或光纤放大器，但是其他类型的光源也被考虑。光源的其他数量和/或布置是可能的并被考虑。
系统100另外包括控制器150。在一些实施方式中，控制器150可以包括逻辑单元130的一些或全部功能。控制器150包括至少一个处理器152和存储器154。至少一个处理器152可以包括例如专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)。配置为执行软件指令的其他类型的处理器、计算机或器件在此被考虑。存储器154可以包括非暂时性计算机可读介质，诸如但不限于只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、非易失性随机存取存储器(例如闪存)、固态驱动器(SSD)、硬盘驱动器(HDD)、紧凑盘(CD)、数字视频盘(DVD)、数字磁带、读/写(R/W)CD、R/W DVD等。
至少一个处理器152被配置为运行存储在存储器154中的程序指令，从而执行操作。在一些实施方式中，所述操作包括从多个单光子光电检测器110接收光电检测器信号。在一些实施方式中，光电检测器信号可以指示由单光子光电检测器110检测的来自视场的光。在一些实施方式中，所述操作还可以包括基于光电检测器信号确定视场中的光强度。
在一些实施方式中，所述操作还可以包括接收指示视场的至少一部分的曝光条件的信息。例如，曝光计140可以提供关于曝光条件的信息。
控制器150可以包括设置在运载工具上的计算机、外部计算机或移动计算平台(诸如智能电话、平板设备、个人计算机、可穿戴设备等)。另外地或备选地，控制器150可以包括或连接到远程计算机系统，诸如云服务器。在一示例实施方式中，控制器150可以被配置为执行在此描述的一些或所有方法块或步骤。
此外，在一些实施方式中，控制器150可以运行指令以改变光电检测器112中的一个或更多个的操作，以便缓解在相应光电检测器112内发生的暗电流。例如，所述操作可以包括使用压电载物台或电载物台在一个或更多个光电检测器112之上移动带阻光学滤光器。另外地或备选地，所述操作可以包括改变这样的带阻光学滤光器的(多种)被阻隔的波长或强度降低。
在包含多个光源144的示例实施方式中，所述操作可以包括使多个光源144将(例如，在红外(IR)或近红外(NIR)内的)光发射到系统的外部环境中，从而与外部环境中的对象相互作用以提供反射光。从共享视场检测到的光可以包括该反射光的至少一部分。在这样的情形下，系统100包括光检测和测距(LIDAR)系统的至少一部分。LIDAR系统可以被配置为提供关于外部环境中的一个或更多个对象(例如，位置、形状等)的信息(例如，点云数据)。虽然所描述的一些实施方式包括若干光源，但是在此考虑的其他实施方式可以包括单个光源。
在一示例实施方式中，LIDAR系统可以向运载工具提供点云信息、对象信息、地图绘制信息(mapping information)或其他信息。运载工具可以是半自动或全自动的运载工具。例如，运载工具可以是自驾驶汽车或自主无人机、自主卡车、自主船、自主潜艇、自主直升机或自主机器人。其他类型的运载工具在此被考虑。
系统100可以包括通信接口146。通信接口146可以被配置为在系统100的各个元件(诸如控制器150、多个单光子光电检测器110、逻辑单元130、一个或更多个计算网络和/或其他运载工具)之间提供通信链路。
通信接口146可以是例如配置为直接地或经由通信网络在这里描述的一个或更多个其他运载工具、传感器或其他元件之间提供有线或无线通信的系统。为此，通信接口146可以包括用于直接地或经由通信网络与其他运载工具、传感器、服务器或其他实体通信的天线和芯片组。一般，芯片组或通信接口146可以被布置为根据一种或更多种类型的无线通信(例如协议)进行通信，诸如蓝牙、蓝牙低能耗(BLE)、IEEE 802.11中描述的通信协议(包括任何IEEE 802.11版本)(例如WIFI)、蜂窝技术(例如GSM、CDMA、UMTS、EV-DO、WiMAX或LTE)、IEEE 802.15.4中描述的通信协议(例如紫蜂(ZIGBEE))、专用短程通信(DSRC)和射频识别(RFID)通信等。通信接口146也可以采用其他形式。
图1B示出了根据一示例实施方式的系统160。系统160可以包括如参照图1A示出和描述的系统100的元件的一些或全部。例如，系统160可以包括发射器子系统170，其可以包括多个光源144和光源控制器172。多个光源144可以由光源控制器172控制。
系统160还包括接收器子系统180。接收器子系统180可以包括多个单光子光电检测器110。此外，多个单光子光电检测器110的光电检测器112可以联接到光电检测器输出电路128。
接收器子系统180还包括逻辑单元130。
发射器子系统170和接收器子系统180可以联接到成像光学器件142。在这样的情形下，多个光源144可以被配置为将光脉冲162发射到系统160的外部环境164中。光脉冲162可以与外部环境164中的对象相互作用。例如，光脉冲162可以被对象至少部分地反射回接收器子系统180作为反射光166。反射光166可以经过成像光学器件142被接收器子系统180接收。
图2A示出了根据示例实施方式的系统200。系统200可以包括与参照图1A和图1B示出和描述的系统100和160相似或相同的元件。系统200包括衬底202。衬底202可以联接到多个单光子光电检测器210。在这样的实施方式中，多个单光子光电检测器210可以包括多个光电检测器212。例如，光电检测器212可以沿着衬底202的第一表面(例如顶表面)设置成矩形阵列。光电检测器212的其他布置也是可能的。
在一示例实施方式中，多个单光子光电检测器210的相应光电检测器212可以借助贯通晶片通路223和凸块接合229的相应阵列联接到在第二衬底204上的光电检测器输出电路228(例如读出集成电路(ROIC))。其他类型的导电连接或无线连接在此被考虑。
图2B是器件或系统的光照事件的曲线图240。例如，曲线图240可以体现图2A所示的系统200、图2A所示的多个单光子光电检测器210或图2A所示的光电检测器212之一的光照事件。
如图2B中的尾巴所示，在发生光照事件之后，与光照事件的长度相比，器件或系统的输出信号的时间衰减可以持续相对长的时间(即，衰减过程可具有相对高的关联时间常数)。如上所述，这可以归因于花费相对长的时间到达光电检测器的结的在衬底的体区域(例如未耗尽的体区域)中被光致激发的载流子和/或由热产生的载流子引起的暗电流。
因为输出信号不一定快速衰减到其静息状态，所以在实际光照事件过去很长时间后的输出信号可能(例如，基于在计算设备中设定的阈值)被误认为是额外光照事件。此外，由于先前的高强度光照和扩展的暗电流，光电检测器(例如SiPM)的输出信号可以具有压缩幅度。这样的压缩幅度可能导致在输出信号内当前光照事件的原始强度的不明确。为了避免基于输出信号误确定光照事件和/或光照强度，系统或器件可以在光照事件之间引入时间延迟(即滞后)，以确保该系统或器件在进行另一光照测量之前回到其静息状态。即使这样的技术可以帮助消除光照事件的不明确，它也具有潜在的缺点，即限制器件或系统可进行测量的速率。因此，猝灭或永久地减小与衰减相关联的时间常数的方法可以允许提高的感测速率。这种提高的感测速率在采用光电检测器的各种应用(例如，使用LIDAR的自主运载工具导航、使用LIDAR的对象检测和避让、其他LIDAR应用和/或光学通信)中可以是有用的。
III.示例器件
图3A是根据示例实施方式的器件的示图。例如，该器件可以对应于图2A所示的光电检测器212中的一个或更多个。图3A所示的器件可以被配置为检测光(例如单个光子)，与该器件是否是较大系统(例如SiPM，诸如图2A所示的系统200)的部件无关。尽管如此，如参照图2A所示和所述，系统200也可以被总体地配置为检测光(例如单个光子)。要理解，图3A所示的器件以及在此描述的所有其他器件和系统可以通过现在已知或以后发现的任何制造技术来被制造和/或修改(例如，图3A中的器件可以使用诸如光刻、离子注入、氧化、蚀刻、化学沉积等的半导体处理步骤来制造)。此外，图3A所示的器件可以是在使用任何暗电流缓解技术或修改之前的或没有使用任何暗电流缓解技术或修改的示例光电检测器。
光电检测器212可以包括阳极302、阴极304、第一衬底部分312、第二衬底部分314、(形成在重掺杂的p侧322和重掺杂的n侧324之间的)p-n结、防护区332和保护层342。如图所示，光电检测器212内的深度方向(x)由虚线表示，其中x的较高值对应于光电检测器212的更靠近光电检测器212的“顶表面”的部分。
阳极302可以与阴极304结合使用，以偏置光电检测器212。例如，在该器件的结如图3A所示是p-n结(而非n-p结)的实施方式中，可以在阳极302处施加负电压。在备选实施方式(例如，器件的结是n-p结的实施方式)中，附图标记302可以替代地是阴极，并且可以替代地具有施加到其的正电压。阳极302与阴极304之间的电压差可以跨结而降低，以跨结建立负操作偏压。例如，负偏压可以使得结以雪崩击穿机制(例如，以盖革模式或线性模式)操作。在一些实施方式中，例如，负偏压可以在-10伏与-20伏之间、在-20伏与-50伏之间、在-50伏与-100伏之间、在-100伏与-150伏之间、在-150伏与-200伏之间、在-200伏与-250伏之间或在-250伏与-300伏之间。
阳极302可以由多个器件共享(例如，阵列内的多个光电检测器可以共享公共阳极)。在其他实施方式中，可以使用单独的阳极302(即，每个器件一个阳极302)。如图所示，阳极302可以包括一个或更多个电引线或互连可电联接(例如，焊接)到其的接合焊盘。如图3A所示，这样的接合焊盘可以被限定在光电检测器212的底侧上。在备选实施方式中，阳极302可以包括限定在光电检测器212的顶表面上的接合焊盘。这样的顶表面接合焊盘可以通过限定在光电检测器212的层内的通路连接到光电检测器212的底侧(例如衬底的底侧)。这样的通路可以是金属性(例如金、银、铜、铂、钯、钨、铝、钛、镍、钼或钽)通路或重掺杂(例如简并掺杂)的半导体通路。
如上所述，阴极304可以与阳极302结合使用，以偏置光电检测器212。例如，在器件的结如图3A所示是p-n结(而非n-p结)的实施方式中，可以在阴极304处施加正电压。在备选实施方式(例如，器件的结是n-p结的实施方式)中，附图标记304可以替代地是阳极，并且可以替代地具有施加到其的负电压。
阴极304可以被多个器件共享(例如，阵列内的多个光电检测器可以共享公共阴极)。在其他实施方式中，可以使用单独的阴极304(即，每个器件一个阴极304)。如图所示，阴极304可以包括一个或更多个电引线或互连可电联接(例如，焊接)到其的接合焊盘。如图3A所示，这样的接合焊盘可以被限定在光电检测器212的顶侧上。在备选实施方式(例如，光电检测器212以倒装芯片方式接合到ROIC的实施方式)中，阴极304可以包括限定在光电检测器212的底表面上的接合焊盘。这样的底表面接合焊盘可以通过限定在光电检测器212的层内的通路连接到光电检测器212的顶侧(例如p-n结的n掺杂侧)。这样的通路可以是金属性(例如金、银、铜、铂、钯、钨、铝、钛、镍、钼或钽)通路或重掺杂(例如简并掺杂)的半导体通路。
在一些实施方式中，可以存在(例如以串联布置)电联接到阳极302或阴极304的猝灭电阻器(例如，取决于p-n结的取向)。猝灭电阻器可以加快光电检测器在发生光照事件之后回到盖革模式的速率。
第一衬底部分312和第二衬底部分314可以被统称为“衬底”。在一些实施方式中，可以不存在第一衬底部分312或第二衬底部分314。例如，在一些实施方式中，衬底可以在各处被均匀地掺杂，在这种情况下，衬底的整体可以是均匀的。此外，第一衬底部分312和第二衬底部分314(以及有可能地，阳极302、阴极304、重掺杂的p侧322、重掺杂的n侧324、防护区332和/或保护层342)可以通过选择性地掺杂半导体晶片(例如硅晶片)来制造。例如，光电检测器212的各区域可以使用光刻和离子注入的组合被选择性地限定/掺杂。
第一衬底部分312可以掺有p型掺杂剂。例如，第一衬底部分312可以掺有硼、铝、氮、镓和/或铟。在备选实施方式(例如，具有n掺杂的衬底的实施方式)中，第一衬底部分312可以掺有磷、砷、锑、铋和/或锂。在各种实施方式中，第一衬底部分312可以以在1017cm-3与1018cm-3之间、在1018cm-3与1019cm-3之间、在1019cm-3与1020cm-3之间或在1020cm-3与1021cm-3之间的浓度来掺杂。
第二衬底部分314可以掺有p型掺杂剂。例如，第二衬底部分314可以掺有硼、铝、氮、镓和/或铟。在备选实施方式(例如，具有n掺杂的衬底的实施方式)中，第二衬底部分314可以掺有磷、砷、锑、铋和/或锂。在各种实施方式中，第二衬底部分314可以以在1013cm-3与1014cm-3之间、在1014cm-3与1015cm-3之间、在1015cm-3与1016cm-3或在1016cm-3与1017cm-3之间的浓度来掺杂。
(形成在重掺杂的p侧322与重掺杂的n侧324之间的)p-n结可以是光电检测器212内的其中被光致激发的少数载流子通过电场移动到光电检测器212的电极(例如图3A中的阴极304)的位置。例如，p-n结可以包括耗尽区(即空间电荷区)。耗尽区可以包括使带电的少数载流子加速到达电极的感应电场。此外，当被负偏置时(例如，在盖革模式机制下)，少数载流子(例如被光致激发的少数载流子)可以通过雪崩击穿而产生额外的少数载流子。
如图3A所示，重掺杂的p侧322可以掺有p型掺杂剂。例如，重掺杂的p侧322可以掺有硼、铝、氮、镓和/或铟。在备选实施方式中，附图标记322可以替代地对应于n型半导体。在这样的实施方式中，可以使用诸如磷、砷、锑、铋和/或锂的掺杂剂。在各种实施方式中，重掺杂的p侧322可以以在1017cm-3与1018cm-3之间、在1018cm-3与1019cm-3之间、在1019cm-3与1020cm-3之间或在1020cm-3与1021cm-3之间的浓度来掺杂。
同样，如图3A所示，重掺杂的n侧324可以掺有n型掺杂剂。例如，重掺杂的n侧324可以掺有磷、砷、锑、铋和/或锂。在备选实施方式中，附图标记324可以替代地对应于p型半导体。在这样的实施方式中，可以使用诸如硼、铝、氮、镓和/或铟的掺杂剂。在各种实施方式中，重掺杂的n侧324可以以在1017cm-3与1018cm-3之间、在1018cm-3与1019cm-3之间、在1019cm-3与1020cm-3之间或在1020cm-3与1021cm-3之间的浓度来掺杂。
防护区332。在一些实施方式中，防护区332可以是n型(例如以n+机制掺杂)。在备选实施方式(例如，其中器件的p-n结替代地是n-p结，并且体半导体是n型)中，防护区332可以是p型(例如以p+机制掺杂)。防护区332可以将光电检测器212与相邻的光电检测器隔离。此外，防护区332可以防止发生边缘击穿。此外，防护区332可以用于微调p-n结附近的电场形状。在一些实施方式中，特别是在仅具有单个光电检测器而非光电检测器阵列的实施方式中，可以不包括防护区332。除了防护区332之外或代替防护区332，一些实施方式可以包括限定在衬底内的光学隔离沟槽。
保护层342可以被包括在光电检测器212中以保护光电检测器212免于物理损坏。在一些实施方式中，保护层342可以具有专门设计的光学性质。例如，在一些实施方式中，保护层342的尺寸可以被设定使得其相对于光源的工作波长和保护层342的折射率大约是波长的四分之一厚。这样，保护层342可以是λ/4n，其中λ表示光源(在真空中)的工作波长，n表示保护层342的折射率。例如，如果使用具有1.55μm的工作波长的红外光源，并且保护层342的折射率为1.0，则保护层342可以为387.5nm(1.55μm/4)厚。同样，如果使用具有905nm的工作波长的红外光源，并且保护层342的折射率为1.0，则保护层342可以为226.25nm(905nm/4)厚。具有大约四分之一波长厚的保护层342可以使进入到光电检测器的光电检测区域中的光透射最大化。保护层342也可以被设计为表现出另外的或备选的光学性质。
在一些实施方式中，保护层342可以包括对于光源的工作波长光学透明的材料。例如，保护层342可以包括SiO2。在这样的实施方式中，可以利用氧化(例如在氧化炉内)在光电检测器上生长保护层342。要理解，在其他实施方式中，保护层342可以包括另外的或备选的材料。
如图3A的顶视图部分所示，在一些实施方式中，封装350可以围绕光电检测器212。封装350可以具有标准化封装尺寸。这样的标准化封装尺寸可以使多个光电检测器212能够容易地布置成阵列。
此外，如图所示，封装350可以包括金属性互连352。如图所示，金属性互连352可以电联接到光电检测器212的阴极304。此外，金属性互连352可以用于进行与其他光电检测器212的一个或更多个电连接(例如，串联或并联连接)(例如，以形成光电检测器的阵列)。在各种实施方式中，金属性互连352可以包括金、银、铜、铂、钯、钨、铝、钛、镍、钼、钽、硅化物、自对准硅化物(salicide)或重掺杂的半导体(例如简并掺杂的半导体)。要理解，在其他实施方式中，除了先前为金属性互连352列出的材料之外或代替先前为金属性互连352列出的材料，可以使用备选材料。
图3B是根据示例实施方式的在图3A中示出的器件的能带图。如图3B的轴线所示，越靠近光电检测器212的顶表面的区域(即具有越高x值的区域)越远地朝向能带图的右侧。能带图上方的附图标记指示光电检测器212内的各个区域(例如，第一衬底部分312、第二衬底部分314、重掺杂的p侧322和重掺杂的n侧324)。此外，虚线表示光电检测器212内的费米能级。此外，叠加在能带图上的竖直线可以限定光电检测器212内的各个区域以及光电检测器212内的相异区域之间的结。图3B所示的能带图可以表示平衡能带图(对照于在正向或反向偏置下的光电检测器212的能带图)。另外，在重掺杂的p侧322与重掺杂的n侧324之间的结可以是形成在重掺杂的p侧322与重掺杂的n侧324之间的p-n结的耗尽区。该耗尽区可以用于使少数载流子朝向电极加速，使得产生的(例如被光致激发的)少数载流子对应于代表光致激发量的信号。此外，当在反向偏置(例如盖革模式偏置条件或雪崩偏置条件)下时，该耗尽区可以针对所产生的每个少数载流子制造级联事件，从而(例如经由雪崩击穿)产生多个额外的少数载流子。这可以导致光电检测器212的提高的灵敏度(例如单光子灵敏度)。
在一些实施方式中，区域之间的掺杂可以渐变(grade)(例如，线性渐变、对数渐变或指数渐变)。例如，当从具有1020cm-3的掺杂浓度的p+掺杂区域过渡到具有1016cm-3的掺杂浓度的p掺杂区域时，p型掺杂剂的浓度可以相对于深度在1020cm-3与1016cm-3之间对数地变化。在备选实施方式中，掺杂可以从1020cm-3突然变为1016cm-3。
光电检测器212内的各个区域中的每个可以由单一材料(例如Si、Ge、GaAs或任何其他半导体材料)制成。此外，如图所示，光电检测器212的能带图具有p+型、p型、p+型、n+型结构。在备选实施方式中，光电检测器212可以替代地在衬底的整体各处具有均匀的掺杂(例如，第一衬底部分312和第二衬底部分314可以具有相同的掺杂剂浓度)。在这样的实施方式中，能带图可以具有p+型、n+型结构或p型、p+型、n+型结构。此外，代替第一衬底部分312和/或第二衬底部分314被p掺杂，第一衬底部分312和/或第二衬底部分314可以不被掺杂(即，可以是本征半导体)。在这样的实施方式中，能带图可以具有p+型、i型、p+型、n+型结构；i型、p型、p+型、n+型结构；或i型、p+型、n+型结构。在另外的实施方式中，代替p-n结，光电检测器212可以包括n-p结。在这样的实施方式中，能带图可以具有n+型、n型、n+型、p+型结构；n型、n+型、p+型结构；n+型、p+型结构；n+型、i型、n+型、p+型结构；i型、n型、n+型、p+型结构；或i型、n+型、p+型结构。
图4是根据示例实施方式的器件412的示图。器件412可以类似于图3A所示的光电检测器212。这样，器件412可以包括阳极302、阴极304、第二衬底部分314、(形成在重掺杂的p侧322与重掺杂的n侧324之间的)p-n结、防护区332和保护层342。前述部件中的每个可以与相对于图3A示出和描述的对应部件基本相同或一致。
然而，与图3A所示的光电检测器212不同，器件412包括薄的第一衬底部分402。因为薄的第一衬底部分402没有图3A的光电检测器212中的第一衬底部分312深，所以薄的第一衬底部分402可以具有更小的体积。这样，在衬底内可以存在更小的其中可发生光学吸收/光致激发的吸收区域。因此，当与图3A所示的光电检测器212相比时，在器件412的衬底中可以产生更少的少数载流子，从而缓解由在器件412的衬底中被光致激发的少数载流子引起的暗电流的量。此外，因为薄的第一衬底部分402没有第一衬底部分312深，所以在此可发生吸收/光致激发的距p-n结的最大距离被减小。因此，在薄的第一衬底部分402内被光致激发的任何少数载流子足够快地扩散到p-n结，使得它们对光照事件与由少数载流子引起的输出信号之间的时间延迟没有贡献。
在各种实施方式中，薄的第一衬底部分402和/或(例如，包括薄的第一衬底部分402和第二衬底部分314两者的)衬底可以是衬底内少数载流子的扩散长度的至多100倍、衬底内少数载流子的扩散长度的至多10倍、衬底内少数载流子的扩散长度的至多0.1倍或衬底内少数载流子的扩散长度的至多0.01倍。另外地或备选地，在各种实施方式中，薄的第一衬底部分402和/或(例如，包括薄的第一衬底部分402和第二衬底部分314两者的)衬底可以是衬底的光学吸收长度的至多1000倍、是衬底的光学吸收长度的至多100倍、是衬底的光学吸收长度的至多10倍、至多是衬底的光学吸收长度、是衬底的光学吸收长度的至多0.1倍、是衬底的光学吸收长度的至多0.01倍、或是衬底的光学吸收长度的至多10-3倍。第一衬底部分402和/或衬底的相对于衬底的光学吸收长度的其他长度在此被考虑。
薄的第一衬底部分402可以使用各种方法来制造。在一个实施方式中，薄的第一衬底部分402可以通过在后处理中去除衬底的部分来制造。例如，如果器件412以倒装芯片方式接合在ROIC上(例如，使得器件412被配置为从器件的底侧(诸如衬底的背面)接收光照)，则衬底的一部分可以在将阳极302应用/联接到衬底之前(例如，使用化学蚀刻(诸如湿蚀刻或干蚀刻)或平坦化)被去除。
在备选实施方式中，薄的第一衬底部分402可以替代地被轻掺杂或不掺杂。此外，除了具有薄的第一衬底部分402之外或代替具有薄的第一衬底部分402，器件412还可以包括更薄的第二衬底部分(例如，第二衬底部分314可以具有小于图4所示的深度，从而进一步缓解由在衬底中被光致激发的少数载流子引起的暗电流)。
图5是根据示例实施方式的器件512的示图。器件512可以类似于图3A所示的光电检测器212。这样，器件512可以包括阳极302、阴极304、第一衬底部分312、第二衬底部分314、(形成在重掺杂的p侧322与重掺杂的n侧324之间的)p-n结、防护区332和保护层342。前述部件中的每个可以与相对于图3A示出和描述的对应部件基本相同或一致。
然而，与图3A所示的光电检测器212不同，器件512包括带阻光学滤光器502。如图所示，带阻光学滤光器502可以覆盖保护层342。备选地，在一些实施方式中，带阻光学滤光器502可以位于保护层342与重掺杂的n侧324之间。在一些实施方式中，带阻光学滤光器502可以在后处理中被添加到器件512(例如，带阻光学滤光器502可以被加装到先前制造的光电检测器)。
带阻光学滤光器502可以被配置为减小一种波长或一波长范围的强度。这样的波长或一波长范围可以对应于由光源(例如，如图1B所示的发射器子系统170中的多个光源144之一)输出的波长。例如，如果光源是发射电磁波谱的红外部分中的光的激光器，则带阻光学滤光器502可以被配置为减小具有在电磁波谱的红外部分内的波长的光的强度。以这种方式，可以减小到达器件512的光电检测器部分并最终到达衬底的光的强度。因此，可以减少基于从光源发射的光的在衬底内少数载流子的光致激发的量，从而缓解暗电流并减小与光照事件相关联的时间衰减。
除了带阻光学滤光器之外或代替带阻光学滤光器，一些实施方式可以包括用于减小一种或更多种波长的光的强度的其他光学部件。例如，可以使用分束器(例如半镀银反射镜)或中性密度(ND)滤光器(例如ND2滤光器、ND4滤光器、ND8滤光器、ND16滤光器、ND32滤光器、ND64滤光器、ND100滤光器、ND128滤光器、ND256滤光器、ND400滤光器、ND512滤光器、ND1024滤光器、ND2048滤光器、ND4096滤光器、ND6310滤光器、ND8192滤光器、ND10000滤光器或ND100000滤光器)。
另外地或备选地，在一些实施方式中，可以包括非线性光学材料(例如非线性光学吸收体)。例如，非线性光学材料可以针对一种或更多种入射波长表现出非线性光学响应。非线性光学材料还可以包括阈值功率水平(例如，其针对非线性光学材料表现出非线性光学响应的所述一种或更多种入射波长中的至少一种限定)，非线性光学材料在该阈值功率水平吸收入射光子。例如，当入射光以处于阈值功率水平或高于阈值功率水平的相关功率照射器件时，非线性光学材料可以减小入射光的强度。然而，当入射光以低于阈值功率水平的相关功率照射器件时，非线性光学材料可以不减小入射光的强度。在各种实施方式中，这样的非线性光学材料的厚度可以具有在1nm与10nm之间的厚度、在10nm与100nm之间的厚度、在100nm与1μm之间的厚度、在1μm与10μm之间的厚度、在10μm与100μm之间的厚度、在100μm与1mm之间的厚度、在1mm与1cm之间的厚度或在1cm与10cm之间的厚度。
图6是根据示例实施方式的器件612的示图。器件612可以类似于图3A所示的光电检测器212。这样，器件612可以包括阴极304、第一衬底部分312、第二衬底部分314、(形成在重掺杂的p侧322与重掺杂的n侧324之间的)p-n结、防护区332和保护层342。前述部件中的每个可以与相对于图3A示出和描述的对应部件基本相同或一致。
然而，与图3A所示的光电检测器212不同，器件612可以包括修改的阳极602和抗反射层604。如图所示，修改的阳极602可以具有减小的尺寸。类似于阴极304，修改的阳极602的尺寸可以被设定使得光可在修改的阳极602周围透射。与图3A所示的可完全覆盖第一衬底部分312的整个底表面的阳极302不同，修改的阳极602可以仅覆盖第一衬底部分312的底表面的一部分。
抗反射层604可以邻近于修改的阳极602设置。另外地或备选地，抗反射层604可以联接到衬底(例如，联接到第一衬底部分312)。抗反射层604可以帮助将未被吸收地穿过衬底的光子引导出器件612(例如，可以将穿过衬底的光耦合到器件612的外部)。换言之，抗反射层604可以防止未被吸收的光经历(从衬底的表面和/或电极的表面的)内反射，使得光不被反射回器件612的内部。因为抗反射层604减少了光行进穿过器件612的衬底的时间的量，所以也减少了可发生光学吸收的时间并减小了可发生光学吸收的距离，从而减小了光致激发的概率和发生光致激发的时间尺度。因此，在衬底中被光致激发的少数载流子的数量总体上被减少。因为减少了光致激发的少数载流子的数量，所以可以缓解由这样的少数载流子引起的暗电流。
图7A是根据示例实施方式的器件712的示图。器件712可以类似于图3A所示的光电检测器212。这样，器件712可以包括阳极302、阴极304、第一衬底部分312、第二衬底部分314、(形成在重掺杂的p侧322与重掺杂的n侧324之间的)p-n结、防护区332和保护层342。前述部件中的每个可以与相对于图3A示出和描述的对应部件基本相同或一致。
然而，与图3A所示的光电检测器212不同，器件712在第一衬底部分312的底表面上包括表面粗糙部702(例如，其对应于表面缺陷)。表面粗糙部702可以是在器件712的制造期间在将第一衬底部分312联接到阳极302之前应用于第一衬底部分312的修改。另外地或备选地，在一些实施方式中，第一衬底部分312的其他表面(例如，侧表面或顶表面)可以包括粗糙部。此外，在一些实施方式中，除了包括表面粗糙部702的第一衬底部分312之外或代替包括表面粗糙部702的第一衬底部分312，第二衬底部分314可以在一个或更多个表面上包括表面粗糙部。例如，由表面粗糙部引起的表面缺陷可以包括拓扑缺陷、其中表面的平移对称性被破坏的缺陷、被吸附物(例如钠或镁)、与其他材料的界面、不一致的晶界、堆垛层错、反相边界或悬挂键。
图7B是根据示例实施方式的在图7A中示出的器件712的能带图。如图所示，表面粗糙部702可以产生一种或更多种界面态和/或陷阱态。在两步(或多步)复合过程期间，少数载流子可以进入这些陷阱态。这样的复合过程可以是少数载流子可通过其(除了存在于衬底中的传统复合过程之外)复合的备选机制。这样，少数载流子的复合概率可以提高。因此，在衬底内被光致激发的少数载流子可以更容易地复合，从而减少了存在于衬底中的被光致激发的少数载流子的数量。因此，更少的少数载流子可以最终到达p-n结，从而缓解了由在衬底中被光致激发的少数载流子引起的暗电流。换言之，由于界面态和/或陷阱态，可以减少被光致激发的少数载流子的少数载流子寿命。相应地，基于以下关系式，少数载流子的扩散长度可以减小，从而减少到达p-n结的少数载流子的数量：
其中Ln/Lp表示少数载流子扩散长度，Dn/Dp表示少数载流子扩散常数，τn/τp表示少数载流子寿命。
除了表面粗糙部702之外或代替表面粗糙部702，在一些实施方式中，器件712可以包括在第一衬底部分312的体区域和/或第二衬底部分314的体区域内的陷阱态。例如，金、铂和/或氙可以被结合到器件712中以掺杂第一衬底部分312和/或第二衬底部分314的某些区域。在示例实施方式中，金可以引入在周围硅的价带之上0.35eV的施主能级和/或引入在周围硅的导带之下0.54的受主能级。同样，在示例实施方式中，铂可以引入在周围硅的价带之上0.35eV的施主能级和/或引入在周围硅的导带之下0.26eV的受主能级。其他掺杂剂材料是可能的并且在此被考虑。
另外地或备选地，在第一衬底部分312和/或第二衬底部分314的体区域内可以存在引起陷阱态的晶体缺陷。例如，这样的晶体缺陷可以包括空位缺陷、间隙缺陷、弗仑克尔缺陷、反位缺陷、取代缺陷或拓扑缺陷。此外，这样的晶体缺陷可以使用离子注入(例如，不进行热退火或进行部分热退火以控制损伤程度而不完全消除损伤)而产生。备选地，这样的晶体缺陷可以固有地存在于第一衬底部分312的体区域内(即，第一衬底部分312可以是“污染衬底”区域)。在这样的实施方式中，于是可以在第一衬底部分312上外延生长第二衬底部分314，使得第二衬底部分314具有比第一衬底部分312少得多的晶体缺陷。
类似于如上所述的由表面粗糙部702导致的陷阱态和/或界面态，这样的中间态可以减少少数载流子寿命，从而减小少数载流子扩散长度，这最终减少到达p-n结的被光致激发的少数载流子的数量。因此，第一衬底部分312和/或第二衬底部分314的体区域内的陷阱态也可以用于缓解由在衬底中被光致激发的少数载流子引起的暗电流。
引入到衬底中的陷阱态和/或界面态(无论是通过晶体缺陷、表面粗糙部还是其他机制引入)可以被限定在预定深度处。该预定深度可以基于期望的光子检测效率和/或针对衬底中的少数载流子所期望的扩散分布(diffusion profile)来确定。例如，该预定深度可以足够大(即，陷阱态和/或界面态可以离p-n结足够远地定位)，使得光子检测效率基本上不受陷阱态和/或界面态的不利影响。另外地或备选地，该预定深度可以足够小(即，陷阱态和/或界面态可以离p-n结足够近地定位)，从而充分地缓解由在衬底中被光致激发的少数载流子引起的暗电流。
图8A是根据示例实施方式的器件812的示图。器件812可以类似于图3A所示的光电检测器212。这样，器件812可以包括阳极302、阴极304、第二衬底部分314、(形成在重掺杂的p侧322与重掺杂的n侧324之间的)p-n结、防护区332和保护层342。前述部件中的每个可以与相对于图3A示出和描述的对应部件基本相同或一致。
然而，与图3A所示的光电检测器212不同，光电检测器212的第一衬底部分312可以用异质衬底部分802替换。与图3A中的第一衬底部分312不同，器件812中的异质衬底部分802可以由与器件812中的其他材料不同的材料制成。特别地，异质衬底部分802的材料可以不同于第二衬底部分314的材料。例如，如果第二衬底部分314、重掺杂的p侧322、重掺杂的n侧324和防护区332每个包括掺杂或未掺杂的Si，则异质衬底部分802可以包括不同的半导体材料，诸如掺杂或未掺杂的GaAs或者掺杂或未掺杂的Ge。除了GaAs和Ge之外的其他半导体材料也是可能的。这样，器件812及其对应的能带图都包括异质结构。
不同的半导体材料可以基于其带隙和/或基于从光源发射的照射器件812的光的光子能量来选择。在一些实施方式中，可以选择不同的半导体材料使得从光源发射的给定光子能量的光将不在异质衬底部分802内被吸收(即，在异质衬底部分802中将不发生光致激发)。例如，如果光源发射具有1.0μm的波长(其对应于1.24eV的能量)的红外光，则光可以容易地被在300K具有约1.12eV的带隙的硅吸收。因此，这样的光可以在第二衬底部分314、重掺杂的p侧322和重掺杂的n侧324中引起光致激发(假设那些区域由硅制成)。然而，为了防止在异质衬底部分802内发生光致激发，可以选择具有大于1.24eV的带隙的材料。例如，异质衬底部分802可以由在300K具有约1.424eV的带隙的GaAs(掺杂的或未掺杂的)制成。在备选实施方式中，代替GaAs，可以使用其他半导体材料(例如，掺杂或未掺杂的InP、掺杂或未掺杂的GaP、掺杂或未掺杂的CdSe、掺杂或未掺杂的CdTe、掺杂或未掺杂的ZnO、掺杂或未掺杂的ZnS等)，或者可以使用绝缘材料(例如Al2O3)。
通过在衬底中(例如在异质衬底部分802中)包括不吸收从光检测器发射的光的材料(例如，具有高于从光检测器发射的光的光子能量的带隙的材料)，可以在异质衬底部分802内防止光致激发。防止衬底内少数载流子的光致激发减少了整个衬底上被光致激发的少数载流子的总数量，从而缓解了在光照事件之后的暗电流(例如，来自在衬底中被光致激发的少数载流子的暗扩散电流)。此外，因为少数载流子在异质衬底部分802中不被光致激发，所以在此可发生光致激发的距p-n结的最大距离以及同样地器件812的最大深度被减小。换言之，在器件812内被光致激发的每个少数载流子在p-n结的给定距离内。这可以基本上限制在光照事件之后具有长的扩散长度的被光致激发的少数载流子扩散到p-n结(并导致输出信号)的数量。换言之，这可以提供通过缓解暗电流来限制检测曲线的“长尾巴”的另一机制。
在备选实施方式中，器件的一个或更多个其他部分可以包括异质部分。例如，第二衬底部分314的部分或全部可以用与重掺杂的p侧322和/或重掺杂的n侧324中的材料不同的材料替换。类似地，p-n结的部分或全部可以用与第二衬底部分314中的材料不同的材料替换。
图8B是根据示例实施方式的在图8A中示出的器件812的能带图。例如，图8B的能带图示出了其中第二衬底部分314、重掺杂的p侧322和重掺杂的n侧324每个包括具有不同掺杂剂/掺杂浓度的硅以及其中异质衬底部分802包括GaAs的实施方式。如图所示，异质衬底部分802的带隙大于第二衬底部分314、重掺杂的p侧322和重掺杂的n侧324的带隙。
除了并入异质结构之外或代替并入异质结构，其他修改能带图的方式也可以用于缓解由在衬底中被光致激发的少数载流子引起的暗电流。例如，器件中的p-n结可以被设计为(例如基于能带结构的导带或价带的曲率)引入沿结向下延伸得更远的电场，其中该电场使朝向p-n结移动的过剩少数载流子加速。因此，那些过剩少数载流子将更快地移动到p-n结，这将减小图3B所示的“长尾巴”的长度。
图9A是根据示例实施方式的器件912的示图。器件912可以类似于图3A所示的光电检测器212。这样，器件912可以包括阳极302、阴极304、(形成在重掺杂的p侧322与重掺杂的n侧324之间的)p-n结、防护区332和保护层342。前述部件中的每个可以与相对于图3A示出和描述的对应部件基本相同或一致。
然而，与图3A所示的光电检测器212不同，代替第一衬底部分312和第二衬底部分314，图9A中的器件912可以包括渐变衬底部分902。渐变衬底部分902可以在各处被可变地掺杂。例如，渐变衬底部分902可以基于相对于深度(x)变化的掺杂分布(doping profile)来掺杂。在一些实施方式中，渐变衬底部分902可以包括单一材料。在其他实施方式中，渐变衬底部分902可以包括两种或更多种材料(即，渐变衬底部分902可以是异质结构)。
图9B是根据器件912的一示例实施方式的在图9A中示出的器件912的能带图。例如，如图9B所示，渐变衬底部分902可以是其中材料的成分(例如，基于材料成分分布(material composition profile))相对于深度变化的异质结构。例如，渐变衬底部分902可以包括GaAs和GaSb(而重掺杂的p侧322和重掺杂的n侧324可以包括硅)。GaAs可以在300K具有约1.424eV的带隙，GaSb可以在300K具有约0.68eV的带隙。如图所示，渐变衬底部分902还可以包括其是GaAszSb1-z的杂化物，其中z表示是砷化物的材料的比例，1-z表示是锑化物的材料的比例。要理解，其他材料(单一材料结构和异质结构两者)在此被考虑。例如，可以使用SiGe。
如图所示，渐变衬底部分902的最靠近重掺杂的p侧322的第一部分914可以是GaAs1Sb0(即GaAs)，渐变衬底部分902的最靠近渐变衬底部分902的表面(例如渐变衬底部分902的底表面)的第二部分916也可以是GaAs1Sb0(即GaAs)，并且在(例如，比渐变衬底部分902的底侧更靠近重掺杂的p侧322的)中间区域918中，渐变衬底部分902可以是GaAs0Sb1(即GaSb)。在这三个不同的区域之间，渐变衬底部分902中的砷化物和锑化物线性地变化。要理解，具有(例如除了GaAs和GaSb之外的)其他材料的其他渐变也是可能的。此外，还要理解，代替线性渐变轮廓，可以利用指数渐变轮廓、对数渐变轮廓或任何其他类型的渐变轮廓。此外，虽然在此明确叙述了二元和三元III-V族半导体化合物，但是将理解，四元化合物和II-VI族半导体化合物也被考虑并且是可能的。
图9C是根据示例实施方式的具有图9B所示的能带图的在图9A中示出的器件912的光学吸收相对于深度的曲线图。如图所示，可以使用渐变衬底部分902来限定具有高吸收(例如，少数载流子的相对高的光致激发)的某些区域以及具有低吸收(例如，少数载流子的相对少的光致激发)的某些区域。
此外，如果照射器件912的光源在发射具有1μm的波长(其对应于1.24eV的光子能量)的光，则GaSb和GaAszSb1-z的一些中间值可以能够吸收该光，而GaAs和GaAszSb1-z的另一些中间值可以不吸收该光。因此，在具有窄带隙的区域(例如，具有更高的Sb浓度和更低的As浓度的区域)中，可以发生更多的光吸收/少数载流子的光致激发。这样，渐变衬底部分902可以用于限定少数载流子在衬底中被光致激发的位置和数量。这样，可以减少被光致激发的少数载流子的总数。另外，在此激发被光致激发的少数载流子的区域可以被限制于离p-n结足够近的距离，使得少数载流子将在合理的时间内扩散到p-n结(例如，从而减少与每个光照事件相关联的时间衰减常数)。这两个因素是使用渐变衬底部分902可缓解由在衬底中被光致激发的少数载流子引起的暗电流的机制。
除了影响吸收行为之外，渐变衬底部分902(渐变成分和渐变掺杂两者)可以影响朝向或远离p-n结的漂移电流和/或扩散电流。理解是的，渐变衬底部分902由此具有额外的机制来缓解由在衬底中被光致激发的少数载流子引起的暗电流。
图10是根据示例实施方式的器件1012的示图。器件1012可以类似于图3A所示的光电检测器212。这样，器件1012可以包括阴极304、第一衬底部分312、第二衬底部分314、(形成在重掺杂的p侧322与重掺杂的n侧324之间的)p-n结、防护区332和保护层342。前述部件中的每个可以与相对于图3A示出和描述的对应部件基本相同或一致。
然而，与图3A所示的光电检测器212不同，器件1012可以包括修改的阳极1002和抛光/平坦化的表面1004。如图所示，修改的阳极1002可以具有减小的尺寸。类似于阴极304，修改的阳极1002的尺寸可以被设定使得光可在修改的阳极1002周围透射。与图3A所示的可完全覆盖第一衬底部分312的整个底表面的阳极302不同，修改的阳极1002可以仅覆盖第一衬底部分312的底表面的一部分。
抛光/平坦化的表面1004可以是第一衬底部分312的被抛光和/或平坦化的表面。抛光/平坦化的表面1004可以帮助将未被吸收地穿过衬底的光子引导出器件1012(例如，可以将穿过衬底的光耦合到器件1012的外部)。换言之，抛光/平坦化的表面1004可以防止未被吸收的光经历(从衬底的表面和/或电极的表面的)内反射，使得光不被反射回器件1012的内部。因为抛光/平坦化的表面1004减少了光行进穿过器件1012的衬底的时间的量，所以也减少了可发生光学吸收的时间并减小了可发生光学吸收的距离，从而减小了光致激发的概率和发生光致激发的时间尺度。因此，将总体上减少在衬底中被光致激发的少数载流子的数量。因为减少了被光致激发的少数载流子的数量，所以可以缓解由这样的少数载流子引起的暗电流。在一些实施方式中，除了抛光和/或平坦化的表面1004被抛光和/或平坦化之外或代替抛光和/或平坦化的表面1004被抛光和/或平坦化，器件1012的其他表面(例如第一衬底部分312的侧表面)也可以被抛光和/或平坦化。
图11A是根据示例实施方式的具有势垒的器件的能带图。例如，该器件可以类似于图3A所示的光电检测器212。然而，图11A中的第二衬底部分的掺杂分布可以不同于光电检测器212的第二衬底部分314的掺杂分布(如图3B所示)。例如，与如图3B所示的第二衬底部分314不同，在图11A中，第二衬底部分没有被均匀地掺杂。
如图所示，图11A中的第二衬底部分的区域被浓重地p掺杂(例如，p+掺杂或p++掺杂)。该浓重地p掺杂的区域在图11A的能带结构内引起势垒1102。这样的势垒1102可以被配置为防止少数载流子由于扩散而到达器件的(例如在p-n结内的)耗尽区。在各种实施方式中，对应于势垒1102的势垒厚度可以为至少1nm厚、至少10nm厚或至少100nm厚。
势垒1102的导带可以以正能量偏移1104与周围的体衬底的导带分开(例如，位于其之上)。类似地，势垒1102的价带可以以正能量偏移1104与周围的体衬底的价带分开(例如，位于其之上)。在各种实施方式中，正能量偏移1104可以具有以下值：体衬底的带隙的至少0.01倍、体衬底的带隙的至少0.05倍、体衬底的带隙的至少0.1倍、体衬底的带隙的至少0.15倍、体衬底的带隙的至少0.2倍、体衬底的带隙的至少0.25倍、体衬底的带隙的至少0.5倍、体衬底的带隙的至少0.75倍或体衬底的带隙的至少1.0倍。在体衬底由硅制成的示例实施方式中，这可以在300K分别对应于至少0.28eV、至少0.56eV、至少0.84eV或至少1.12eV。在备选实施方式(例如，体衬底主要是n型而非p型的实施方式)中，势垒1102的正能量偏移1104可以更大。
图11B是根据示例实施方式的具有势阱的器件的能带图。例如，该器件可以类似于图3A所示的光电检测器212。然而，图11B中的第二衬底部分的掺杂分布可以不同于光电检测器212的第二衬底部分314的掺杂分布(如图3B所示)。例如，与如图3B所示的第二衬底部分314不同，在图11B中，第二衬底部分没有被均匀地掺杂。
如图所示，图11B中的第二衬底部分的区域被浓重地n掺杂(例如，n+掺杂或n++掺杂)。该浓重地n掺杂的区域在图11B的能带结构内引起势阱1106。这样的势阱1106可以被配置为防止少数载流子由于扩散而到达器件的(例如在p-n结内的)耗尽区。在各种实施方式中，对应于势阱1106的阱厚度可以为至少1nm厚、至少10nm厚或至少100nm厚。
势阱1106的导带可以以负能量偏移1108与周围的体衬底的导带分开(例如，位于其之下)。类似地，势阱1106的价带可以以负能量偏移1108与周围的体衬底的价带分开(例如，位于其之下)。在各种实施方式中，负能量偏移1108可以具有以下值：体衬底的带隙的至少0.01倍、体衬底的带隙的至少0.05倍、体衬底的带隙的至少0.1倍、体衬底的带隙的至少0.15倍、体衬底的带隙的至少0.2倍、体衬底的带隙的至少0.25倍、体衬底的带隙的至少0.5倍、体衬底的带隙的至少0.75倍或体衬底的带隙的至少1.0倍。在体衬底由硅制成的示例实施方式中，这可以在300K分别对应于至少0.28eV、至少0.56eV、至少0.84eV或至少1.12eV。在备选实施方式(例如，体衬底主要是n型而非p型的实施方式)中，势垒1102的负能量偏移1108可以更小。
IV.示例工艺
图12是根据示例实施方式的方法1200的流程图。
在块1202处，方法1200包括提供包含衬底和联接到衬底的光电检测器的器件。光电检测器被布置为检测照射器件的顶表面的从光源发射的光。
在块1204处，方法1200包括提供来自光源的光。
在块1206处，方法1200包括缓解由基于从光源发射的光在衬底中被光致激发的少数载流子引起的暗电流。在一些实施方式中，缓解暗电流可以包括提供来自光源的光，使得来自光源的光照射器件的底表面(例如，在器件以倒装芯片方式接合到ROIC的实施方式中)。这可以允许使用具有更薄的衬底的器件，这将会减少在衬底中的被光致激发的少数载流子的数量，从而减少在光照事件之后到达p-n结的少数载流子的数量。
另外地或备选地，缓解暗电流可以包括改变器件的操作温度。改变器件的操作温度可以通过改变衬底内的少数载流子(例如在衬底中被光致激发的少数载流子)的扩散长度来缓解暗电流。如上所述，少数载流子的扩散长度取决于少数载流子扩散常数(Dn/Dp)和少数载流子寿命(τn/τp)。少数载流子扩散常数可以通过以下关系式(即爱因斯坦关系式)来定义：
其中μn/μp是少数载流子迁移率，k是玻尔兹曼常数，T是绝对温度，q是少数载流子的电荷。此外，少数载流子迁移率本身是依赖于温度的。一般，少数载流子迁移率随温度升高而降低，并且以过度补偿以上等式中的线性温度因子的方式降低。因此，一般，少数载流子扩散常数随温度升高而降低。因此，改变操作温度以缓解暗电流可以包括提高器件的操作温度，从而减小少数载流子扩散常数，并进而减小少数载流子扩散长度。如果扩散长度减小，则最终可到达p-n结的在衬底中被光致激发的少数载流子的数量被减少，从而减小光照事件的“长尾巴”。
此外，在一些实施方式中，缓解暗电流可以包括调制从光源发射的光的波长。例如，调制波长可以包括增大所发射的光的波长。增大所发射的光的波长可以对应于所发射的光的相关光子能量的减小。如果相关光子能量减小，则可以减少或消除衬底中被吸收的光的量(例如，如果衬底材料的带隙大于所发射的光的光子能量)。如果减少或消除在衬底中被吸收的光的量，则可以减少或消除被光致激发的少数载流子的数量。减少在衬底中被光致激发的少数载流子的数量可以减少在光照事件之后扩散到p-n结的少数载流子的数量，从而减小光照事件的“长尾巴”。
备选地，调制波长可以包括减小所发射的光的波长。减小所发射的光的波长可以减小光子在被吸收之前穿透到衬底中的深度(例如，对于约1μm的波长，硅中的吸收深度可以为约100μm，而对于约400nm的波长，硅中的吸收深度可以仅为约100nm)。通过减小所发射的光的吸收深度，可以减少或消除离p-n结相对远(例如，离p-n结足够远以至于它们花费更长的时间扩散到p-n结)的在衬底内被光致激发的少数载流子的数量。如果减少或消除了离p-n结相对远的在衬底内被光致激发的少数载流子的数量，则可以减少或消除在光照事件之后显著地到达p-n结的被光致激发的少数载流子的数量，从而减小光照事件的“长尾巴”。
此外，缓解暗电流可以包括调制从光源发射的光的功率。调制从光源发射的光的功率可以包括减小来自光源的光的功率。减小来自光源的光的功率可以对应于更少的照射器件的光子。通过减少照射器件的光子数量，可以进而减少透射到衬底的光子数量。透射到衬底的光子的这样的减少可以减少衬底中的吸收，从而减少在衬底中被光致激发的少数载流子的数量。减少在衬底中被光致激发的少数载流子的数量可以减少在光照事件之后扩散到p-n结的少数载流子的数量，从而减小光照事件的“长尾巴”。
此外，缓解暗电流可以包括调制从光源发射的光的脉冲频率或占空比。在一些实施方式中，调制从光源发射的光的脉冲频率或占空比可以包括从连续波(CW)操作模式切换到脉冲操作模式。类似地，调制从光源发射的光的脉冲频率或占空比可以包括将CW光源换成脉冲光源。另外地或备选地，调制从光源发射的光的脉冲频率可以包括降低从光源发射的光的脉冲频率。类似地，调制从光源发射的光的占空比可以包括减小从光源发射的光的占空比。减小从光源发射的光的脉冲频率或减小从光源发射的光的占空比可以对应于更少的照射器件的光子。通过减少照射器件的光子数量，可以进而减少透射到衬底的光子数量。透射到衬底的光子的这样的减少可以减少衬底中的吸收，从而减少在衬底中被光致激发的少数载流子的数量。减少在衬底中被光致激发的少数载流子的数量可以减少在光照事件之后扩散到p-n结的少数载流子的数量，从而减小光照事件的“长尾巴”。
图13是根据示例实施方式的制造方法1300的流程图。
在块1302处，制造方法1300包括提供衬底。
在块1304处，制造方法1300包括在衬底内或在衬底上形成光电检测器。该光电检测器被布置为检测照射光电检测器的顶表面的从光源发射的光。
在块1306处，制造方法1300包括执行处理步骤，该处理步骤缓解由基于从光源发射的光在衬底中被光致激发的少数载流子引起的暗电流。在一些实施方式中，执行缓解暗电流的处理步骤可以包括通过去除衬底的一部分来减薄衬底，从而将衬底的深度减小到小于或等于衬底内少数载流子的扩散长度的100倍。此外，执行缓解暗电流的处理步骤可以包括在衬底内产生允许电子和空穴的复合(例如，通过在陷阱态下的陷阱辅助复合)的晶体缺陷。
另外地或备选地，执行缓解暗电流的处理步骤可以包括基于衬底和光电检测器的材料成分来限定能带结构。在这样的实施方式中，能带结构可以基于能带结构的超出光电检测器的耗尽区的导带或价带的曲率而感应延伸超出光电检测器的耗尽区的电场。这样的电场可以被配置为当少数载流子基于从光源发射的光在衬底中被光致激发时感应漂移电流，该漂移电流使少数载流子朝向光电检测器的耗尽区加速。例如，器件中的p-n结可以被设计为引入沿结延伸得更远的电场，其中该电场使朝向p-n结移动的过剩少数载流子加速。
在一些实施方式中，能带结构可以包括势垒，该势垒被配置为防止在衬底中被光致激发的少数载流子由于扩散而到达光电检测器的耗尽区。在各种实施方式中，与该势垒对应的这样的势垒厚度可以为至少1nm厚、至少10nm厚或至少100nm厚。此外，势垒可以包括：比衬底的围绕势垒的能带结构的导带能量高衬底的带隙的至少0.01倍的导带能量、比衬底的围绕势垒的能带结构的导带能量高衬底的带隙的至少0.05倍的导带能量、比衬底的围绕势垒的能带结构的导带能量高衬底的带隙的至少0.1倍的导带能量、比衬底的围绕势垒的能带结构的导带能量高衬底的带隙的至少0.15倍的导带能量、比衬底的围绕势垒的能带结构的导带能量高衬底的带隙的至少0.2倍的导带能量、比衬底的围绕势垒的能带结构的导带能量高衬底的带隙的至少0.25倍的导带能量、比衬底的围绕势垒的能带结构的导带能量高衬底的带隙的至少0.5倍的导带能量、比衬底的围绕势垒的能带结构的导带能量高衬底的带隙的至少0.75倍的导带能量、比衬底的围绕势垒的能带结构的导带能量高衬底的带隙的至少1.0倍的导带能量、比衬底的围绕势垒的能带结构的价带能量高衬底的带隙的至少0.01倍的价带能量、比衬底的围绕势垒的能带结构的价带能量高衬底的带隙的至少0.05倍的价带能量、比衬底的围绕势垒的能带结构的价带能量高衬底的带隙的至少0.1倍的价带能量、比衬底的围绕势垒的能带结构的价带能量高衬底的带隙的至少0.15倍的价带能量、比衬底的围绕势垒的能带结构的价带能量高衬底的带隙的至少0.2倍的价带能量、比衬底的围绕势垒的能带结构的价带能量高衬底的带隙的至少0.25倍的价带能量、比衬底的围绕势垒的能带结构的价带能量高衬底的带隙的至少0.5倍的价带能量、比衬底的围绕势垒的能带结构的价带能量高衬底的带隙的至少0.75倍的价带能量、或比衬底的围绕势垒的能带结构的价带能量高衬底的带隙的至少1.0倍的价带能量。
除了势垒之外或代替势垒，能带结构可以包括配置为防止在衬底中被光致激发的少数载流子由于扩散而到达光电检测器的耗尽区的势阱(例如，其与势垒隔开特定距离)。在各种实施方式中，与该势阱对应的这样的阱厚度可以为至少1nm厚、至少10nm厚或至少100nm厚。此外，势阱可以包括：比衬底的围绕势阱的能带结构的导带能量低衬底的带隙的至少0.01倍的导带能量、比衬底的围绕势阱的能带结构的导带能量低衬底的带隙的至少0.05倍的导带能量、比衬底的围绕势阱的能带结构的导带能量低衬底的带隙的至少0.1倍的导带能量、比衬底的围绕势阱的能带结构的导带能量低衬底的带隙的至少0.15倍的导带能量、比衬底的围绕势阱的能带结构的导带能量低衬底的带隙的至少0.2倍的导带能量、比衬底的围绕势阱的能带结构的导带能量低衬底的带隙的至少0.25倍的导带能量、比衬底的围绕势阱的能带结构的导带能量低衬底的带隙的至少0.5倍的导带能量、比衬底的围绕势阱的能带结构的导带能量低衬底的带隙的至少0.75倍的导带能量、比衬底的围绕势阱的能带结构的导带能量低衬底的带隙的至少1.0倍的导带能量、比衬底的围绕势阱的能带结构的价带能量低衬底的带隙的至少0.01倍的价带能量、比衬底的围绕势阱的能带结构的价带能量低衬底的带隙的至少0.05倍的价带能量、比衬底的围绕势阱的能带结构的价带能量低衬底的带隙的至少0.1倍的价带能量、比衬底的围绕势阱的能带结构的价带能量低衬底的带隙的至少0.15倍的价带能量、比衬底的围绕势阱的能带结构的价带能量低衬底的带隙的至少0.2倍的价带能量、比衬底的围绕势阱的能带结构的价带能量低衬底的带隙的至少0.25倍的价带能量、比衬底的围绕势阱的能带结构的价带能量低衬底的带隙的至少0.5倍的价带能量、比衬底的围绕势阱的能带结构的价带能量低衬底的带隙的至少0.75倍的价带能量、或比衬底的围绕势阱的能带结构的价带能量低衬底的带隙的至少1.0倍的价带能量。
在另外的实施方式中，衬底可以包括两种或更多种材料。这样，能带结构可以包括异质结构。该异质结构可以包括具有比与从光源发射的光相关联的光子能量大的带隙的第一材料。此外，第一材料可以以在衬底内的第一深度存在于衬底内，以限定对于从光源发射的光的最大吸收深度。
在一些实施方式中，方法1300的块1306可以包括将抗反射层联接到衬底的第二表面(例如衬底的与器件的顶表面相反和/或与衬底的顶表面相反的表面)。抗反射层可以被配置为将穿过衬底的光耦合到衬底的外部，从而防止从光源发射的光在衬底内的反射，从而减少衬底内少数载流子的光致激发。抗反射层可以包括渐变折射率抗反射涂层、四分之一波光学层、布拉格光栅、衍射光栅或折射率匹配的无源衬底。
在另外的实施方式中，方法1300的块1306可以包括抛光或平坦化衬底的第二表面(例如衬底的与器件的顶表面相反和/或与衬底的顶表面相反的表面)，从而防止从光源发射的光在衬底内的反射，从而减少衬底内少数载流子的光致激发。
在另外的实施方式中，方法1300的块1306可以包括在光电检测器的顶表面上应用带阻光学滤光器，从而配置光电检测器使得从光源发射的光穿过带阻光学滤光器照射光电检测器。带阻光学滤光器可以被配置为减小从光源发射的光的一种或更多种波长(例如，一波长范围)的强度，从而减少基于从光源发射的光的在衬底中的少数载流子的光致激发。
在另外的实施方式中，方法1300的块1306可以包括将衬底和光电检测器以倒装芯片方式接合到用于偏置光电检测器的一个或更多个电极，使得光电检测器被布置为检测照射衬底的第二表面(例如衬底的与光电检测器的顶表面相反和/或与衬底的顶表面相反的表面)的来自光源的光。另外地或备选地，衬底和光电检测器可以以倒装芯片方式接合到一个或更多个ROIC，使得光电检测器被布置为检测照射衬底的第二表面(例如衬底的与光电检测器的顶表面相反和/或与衬底的顶表面相反的表面)的来自光源的光。
在一些实施方式中，方法1300还可以包括在衬底内或在衬底上形成额外光电检测器以及将该额外光电检测器与光电检测器串联电连接。额外光电检测器可以被布置为检测照射该额外光电检测器的顶表面的从光源发射的光。
另外，在方法1300的各种实施方式中，可以使用刻蚀来限定光电检测器和/或衬底的一个或更多个区域。例如，光电检测器和/或衬底的一个或更多个区域可以使用以下来限定：电子束刻蚀、光刻、纳米压印刻蚀、干涉刻蚀、化学刻蚀、X射线刻蚀、极紫外刻蚀、蘸水笔纳米刻蚀、磁刻蚀(magnetolighography)或扫描探针刻蚀。另外地或备选地，光电检测器和/或衬底的一个或更多个区域可以使用增材制造(即三维(3D)打印或立体刻蚀)来限定。可以另外地或备选地使用其他增材或减材技术。
V.结论
在此单独地示出和描述了缓解暗电流的多种策略。要理解，在此描述的每种策略(例如方法、器件或系统)可以与在其他地方或在此描述的其他策略(例如方法、器件或系统)组合。例如，可以同时采用这样的组合以进一步缓解暗电流。此外，要理解，在包括多个器件(例如，串联连接在诸如SiPM的检测器阵列中的多个光电检测器，诸如APD)的系统中，可以修改单个器件来缓解暗电流，可以修改多个器件来缓解暗电流，或者可以修改所有器件来缓解暗电流。
此外，本公开中的缓解暗电流的技术中的许多参照包括p-n结的光电检测器被示出和描述。还要理解，可以应用至少一些技术来缓解非p-n结光电检测器中的暗电流。此外，在此示出和描述的技术中的一些可以用于缓解对于非半导体光电检测器中的光检测的时间衰减。
就本申请中描述的特定实施方式而言将不限制本公开，所述特定实施方式旨在作为对各方面的说明。对于本领域技术人员将明显的是，可以进行许多修改和变化而不背离其精神和范围。除了在此列举的方法和装置之外的在本公开范围内的在功能上等同的方法和装置将由前面的描述对本领域技术人员是明显的。这样的修改和变化旨在落入所附权利要求的范围内。
以上详细描述参照附图描述了所公开的系统、器件和方法的各种特征和功能。在附图中，除非上下文另行指出，否则相似的符号通常标识相似的部件。在此描述和在附图中的示例实施方式不意味着是限制性的。在不背离在此呈现的主题的精神或范围的情况下，可以利用其他实施方式并且可以进行其他改变。将容易理解，在此一般地描述以及在附图中示出的本公开的方面可以以各种不同的配置来布置、替换、组合、分离和设计，所有这些在此被明确地考虑。
附图所示的特定布置不应视为是限制性的。应理解，其他实施方式可以包括更多或更少的在给定附图中示出的每个元件。此外，示出的元件中的一些可以被组合或省略。此外，示例实施方式可以包括在附图中未示出的元件。
虽然已经在此公开了各种方面和实施方式，但是其他方面和实施方式对于本领域技术人员将是明显的。在此公开的各个方面和实施方式是出于说明的目的，而不旨在进行限制，其真实范围由所附权利要求指示。
因此，本公开的实施方式可以涉及下面列出的列举示例实施方式(EEE)之一。
EEE 1是一种器件，其包括：
衬底；以及
联接到衬底的光电检测器，
其中光电检测器被布置为检测照射器件的顶表面的从光源发射的光，
其中衬底包括在衬底的第二表面上的表面缺陷，以及
其中表面缺陷允许电子和空穴的复合，从而缓解由基于从光源发射的光在衬底中被光致激发的少数载流子引起的暗电流。
EEE 2是根据EEE 1所述的器件，其中表面缺陷中的至少一个包括拓扑缺陷、其中第二表面的平移对称性被破坏的缺陷、被吸附物、与另外的材料的界面、不一致的晶界、堆垛层错、反相边界或悬挂键。
EEE 3是根据EEE 1或EEE 2的器件，其还包括联接到衬底的额外光电检测器，
其中该额外光电检测器被布置为检测照射器件的顶表面的从光源发射的光，并与光电检测器串联电连接。
EEE 4是一种器件，其包括：
衬底；以及
联接到衬底的光电检测器，
其中光电检测器被布置为检测照射器件的顶表面的从光源发射的光，以及
其中衬底包括晶体缺陷，其允许电子和空穴的复合，从而缓解由基于从光源发射的光在衬底中被光致激发的少数载流子引起的暗电流。
EEE 5是根据EEE 4所述的器件，其还包括联接到衬底的额外光电检测器，
其中该额外光电检测器被布置为检测照射器件的顶表面的从光源发射的光，并与光电检测器串联电连接。
EEE 6是根据EEE 4或EEE 5所述的器件，其中晶体缺陷包括空位缺陷、间隙缺陷、弗仑克尔缺陷、反位缺陷、取代缺陷或拓扑缺陷。
EEE 7是一种器件，其包括：
衬底；以及
联接到衬底的光电检测器，
其中光电检测器被布置为检测照射器件的顶表面的从光源发射的光，以及
其中衬底的深度是衬底内少数载流子的扩散长度的至多100倍，从而缓解由基于从光源发射的光在衬底中被光致激发的少数载流子引起的暗电流。
EEE 8是根据EEE 7所述的器件，其还包括联接到衬底的额外光电检测器，
其中该额外光电检测器被布置为检测照射器件的顶表面的从光源发射的光，并与光电检测器串联电连接。
EEE 9是根据EEE 7或EEE 8所述的器件，其中衬底的深度是衬底内少数载流子的扩散长度的至多10倍、衬底内少数载流子的扩散长度的至多1倍、衬底内少数载流子的扩散长度的至多0.1倍、或衬底内少数载流子的扩散长度的至多0.01倍。
EEE 10是根据EEE 7-9中任一项所述的器件，其中衬底的深度是衬底的光学吸收长度的至多1000倍、是衬底的光学吸收长度的至多100倍、是衬底的光学吸收长度的至多10倍、至多是衬底的光学吸收长度、是衬底的光学吸收长度的至多0.1倍、是衬底的光学吸收长度的至多0.01倍、或是衬底的光学吸收长度的至多10-3倍。
EEE 11是根据EEE 7-10中任一项所述的器件，其中衬底的深度限定对于从光源发射的光的最大吸收深度。
EEE 12是一种器件，其包括：
衬底；以及
联接到衬底的光电检测器，
其中光电检测器被布置为检测照射器件的顶表面的从光源发射的光，
其中器件具有基于衬底和光电检测器的材料成分的能带结构，以及
其中能带结构被配置为缓解由基于从光源发射的光在衬底中被光致激发的少数载流子引起的暗电流。
EEE 13是根据EEE 12所述的器件，其还包括联接到衬底的额外光电检测器，
其中该额外光电检测器被布置为检测照射器件的顶表面的从光源发射的光，并与光电检测器串联电连接，以及
其中能带结构基于该额外光电检测器的材料成分。
EEE 14是根据EEE 12或EEE 13所述的器件，
其中能带结构基于能带结构的超出光电检测器的耗尽区的导带或价带的曲率而感应延伸超出光电检测器的耗尽区的电场，以及
其中电场被配置为当少数载流子基于从光源发射的光在衬底中被光致激发时感应漂移电流，该漂移电流使少数载流子朝向光电检测器的耗尽区加速。
EEE 15是根据EEE 12-14中任一项所述的器件，
其中能带结构包括势垒，以及
其中势垒被配置为防止在衬底中被光致激发的少数载流子由于扩散而到达光电检测器的耗尽区。
EEE 16是根据EEE 15所述的器件，其中与势垒对应的势垒厚度为至少1nm厚、至少10nm厚或至少100nm厚。
EEE 17是根据EEE 15或EEE 16所述的器件，
其中衬底包括带隙，
其中势垒包括比衬底的围绕势垒的能带结构的导带能量高衬底的带隙的至少0.01倍的导带能量、比衬底的围绕势垒的能带结构的导带能量高衬底的带隙的至少0.05倍的导带能量、比衬底的围绕势垒的能带结构的导带能量高衬底的带隙的至少0.1倍的导带能量、比衬底的围绕势垒的能带结构的导带能量高衬底的带隙的至少0.15倍的导带能量、比衬底的围绕势垒的能带结构的导带能量高衬底的带隙的至少0.2倍的导带能量、比衬底的围绕势垒的能带结构的导带能量高衬底的带隙的至少0.25倍的导带能量、比衬底的围绕势垒的能带结构的导带能量高衬底的带隙的至少0.5倍的导带能量、比衬底的围绕势垒的能带结构的导带能量高衬底的带隙的至少0.75倍的导带能量、比衬底的围绕势垒的能带结构的导带能量高衬底的带隙的至少1.0倍的导带能量、比衬底的围绕势垒的能带结构的价带能量高衬底的带隙的至少0.01倍的价带能量、比衬底的围绕势垒的能带结构的价带能量高衬底的带隙的至少0.05倍的价带能量、比衬底的围绕势垒的能带结构的价带能量高衬底的带隙的至少0.1倍的价带能量、比衬底的围绕势垒的能带结构的价带能量高衬底的带隙的至少0.15倍的价带能量、比衬底的围绕势垒的能带结构的价带能量高衬底的带隙的至少0.2倍的价带能量、比衬底的围绕势垒的能带结构的价带能量高衬底的带隙的至少0.25倍的价带能量、比衬底的围绕势垒的能带结构的价带能量高衬底的带隙的至少0.5倍的价带能量、比衬底的围绕势垒的能带结构的价带能量高衬底的带隙的至少0.75倍的价带能量、或比衬底的围绕势垒的能带结构的价带能量高衬底的带隙的至少1.0倍的价带能量。
EEE 18是根据EEE 12-17中任一项所述的器件，
其中能带结构包括势阱，以及
其中势阱被配置为防止在衬底中被光致激发的少数载流子由于扩散而到达光电检测器的耗尽区。
EEE 19是根据EEE 18所述的器件，其中与势阱对应的阱厚度为至少1nm厚、至少10nm厚或至少100nm厚。
EEE 20是根据EEE 18或EEE 19所述的器件，
其中衬底包括带隙，
其中势阱包括比衬底的围绕势阱的能带结构的导带能量低衬底的带隙的至少0.01倍的导带能量、比衬底的围绕势阱的能带结构的导带能量低衬底的带隙的至少0.05倍的导带能量、比衬底的围绕势阱的能带结构的导带能量低衬底的带隙的至少0.1倍的导带能量、比衬底的围绕势阱的能带结构的导带能量低衬底的带隙的至少0.15倍的导带能量、比衬底的围绕势阱的能带结构的导带能量低衬底的带隙的至少0.2倍的导带能量、比衬底的围绕势阱的能带结构的导带能量低衬底的带隙的至少0.25倍的导带能量、比衬底的围绕势阱的能带结构的导带能量低衬底的带隙的至少0.5倍的导带能量、比衬底的围绕势阱的能带结构的导带能量低衬底的带隙的至少0.75倍的导带能量、比衬底的围绕势阱的能带结构的导带能量低衬底的带隙的至少1.0倍的导带能量、比衬底的围绕势阱的能带结构的价带能量低衬底的带隙的至少0.01倍的价带能量、比衬底的围绕势阱的能带结构的价带能量低衬底的带隙的至少0.05倍的价带能量、比衬底的围绕势阱的能带结构的价带能量低衬底的带隙的至少0.1倍的价带能量、比衬底的围绕势阱的能带结构的价带能量低衬底的带隙的至少0.15倍的价带能量、比衬底的围绕势阱的能带结构的价带能量低衬底的带隙的至少0.2倍的价带能量、比衬底的围绕势阱的能带结构的价带能量低衬底的带隙的至少0.25倍的价带能量、比衬底的围绕势阱的能带结构的价带能量低衬底的带隙的至少0.5倍的价带能量、比衬底的围绕势阱的能带结构的价带能量低衬底的带隙的至少0.75倍的价带能量、或比衬底的围绕势阱的能带结构的价带能量低衬底的带隙的至少1.0倍的价带能量。
EEE 21是根据EEE 12-20中任一项所述的器件，
其中衬底包括两种或更多种材料，
其中能带结构包括异质结构，
其中异质结构包括具有比与从光源发射的光相关联的光子能量大的带隙的第一材料，以及
其中第一材料以在衬底内的第一深度存在于衬底内，以限定对于从光源发射的光的最大吸收深度。
EEE 22是一种器件，其包括：
衬底；以及
联接到衬底的光电检测器，
其中光电检测器被布置为检测照射器件的顶表面的从光源发射的光；以及
联接到衬底的第二表面的抗反射层，
其中抗反射层被配置为将穿过衬底的光耦合到器件的外部，从而防止从光源发射的光在衬底内的反射，从而减少基于从光源发射的光的在衬底中的少数载流子光致激发，从而缓解由基于从光源发射的光在衬底中被光致激发的少数载流子引起的暗电流。
EEE 23是根据EEE 22所述的器件，其还包括联接到衬底的额外光电检测器，
其中该额外光电检测器被布置为检测照射器件的顶表面的从光源发射的光，并与光电检测器串联电连接。
EEE 24是根据EEE 22或EEE 23所述的器件，其中抗反射层包括渐变折射率抗反射涂层、四分之一波光学层、布拉格光栅、衍射光栅或折射率匹配的无源衬底。
EEE 25是一种器件，其包括：
衬底；以及
联接到衬底的光电检测器，
其中光电检测器被布置为检测照射器件的顶表面的从光源发射的光，
其中衬底的第二表面被抛光或平坦化，从而防止从光源发射的光在衬底内的反射，从而减少基于从光源发射的光的在衬底中的少数载流子光致激发，从而缓解由基于从光源发射的光在衬底中被光致激发的少数载流子引起的暗电流。
EEE 26是根据EEE 25所述的器件，其还包括联接到衬底的额外光电检测器，
其中联接到衬底的额外光电检测器被布置为检测照射器件的顶表面的从光源发射的光，并与光电检测器串联电连接。
EEE 27是一种器件，其包括：
衬底；
联接到衬底的光电检测器；以及
带阻光学滤光器，
其中光电检测器被布置为检测照射器件的顶表面的从光源发射的光，
其中照射器件的顶表面的来自光源的光透过带阻光学滤光器，以及
其中带阻光学滤光器被配置为减小从光源发射的一种或更多种波长的光的强度，从而减少基于从光源发射的光的在衬底中的少数载流子光致激发，从而缓解由基于从光源发射的光在衬底中被光致激发的少数载流子引起的暗电流。
EEE 28是根据EEE 27所述的器件，其还包括联接到衬底的额外光电检测器，
其中联接到衬底的额外光电检测器被布置为检测照射器件的顶表面的从光源发射的光，并与光电检测器串联电连接。
EEE 29是一种器件，其包括：
衬底；
联接到衬底的光电检测器；以及
非线性光学吸收体，
其中光电检测器被布置为检测照射器件的顶表面的从光源发射的光，
其中照射器件的顶表面的来自光源的光透过非线性光学吸收体，以及
其中非线性光学吸收体被配置为减小从光源发射的处于阈值功率水平或高于阈值功率水平的一种或更多种波长的光的强度，从而减少基于从光源发射的光的在衬底中的少数载流子激发，从而缓解由基于从光源发射的光在衬底中被光致激发的少数载流子引起的暗电流。
EEE 30是根据EEE 29所述的器件，其还包括联接到衬底的额外光电检测器，
其中联接到衬底的额外光电检测器被布置为检测照射器件的顶表面的从光源发射的光，并与光电检测器串联电连接。
EEE 31是一种方法，其包括：
提供器件，该器件包括：
衬底；以及
联接到衬底的光电检测器，
其中光电检测器被布置为检测照射器件的顶表面的从光源发射的光；
提供来自光源的光；以及
缓解由基于从光源发射的光在衬底中被光致激发的少数载流子引起的暗电流。
EEE 32是根据EEE 31所述的方法，其中缓解暗电流包括提供来自光源的光，使得来自光源的光照射器件的底表面。
EEE 33是根据EEE 31或EEE 32所述的方法，其中缓解暗电流包括改变器件的操作温度。
EEE 34是根据EEE 31-33中任一项所述的方法，其中缓解暗电流包括调制从光源发射的光的波长。
EEE 35是根据EEE 31-34中任一项所述的方法，其中缓解暗电流包括调制从光源发射的光的功率。
EEE 36是根据EEE 31-35中任一项所述的方法，其中缓解暗电流包括调制从光源发射的光的脉冲频率或占空比。
EEE 37是一种制造方法，其包括：
提供衬底；
在衬底内或在衬底上形成光电检测器，其中光电检测器被布置为检测照射光电检测器的顶表面的从光源发射的光；以及
执行处理步骤，该处理步骤缓解由基于从光源发射的光在衬底中被光致激发的少数载流子引起的暗电流。
EEE 38是根据EEE 37所述的方法，其中执行缓解暗电流的处理步骤包括通过去除衬底的一部分来减薄衬底，从而将衬底的深度减小到小于或等于衬底内少数载流子的扩散长度的100倍。
EEE 39是根据EEE 37或EEE 38所述的方法，其中执行缓解暗电流的处理步骤包括在衬底内产生允许电子和空穴的复合的晶体缺陷。
EEE 40是根据EEE 37-39中任一项所述的方法，其中执行缓解暗电流的处理步骤包括基于衬底和光电检测器的材料成分来限定能带结构。
EEE 41是根据EEE 40所述的方法，
其中能带结构基于能带结构的超出光电检测器的耗尽区的导带或价带的曲率而感应延伸超出光电检测器的耗尽区的电场，以及
其中电场被配置为当少数载流子基于从光源发射的光在衬底中被光致激发时感应漂移电流，该漂移电流使少数载流子朝向光电检测器的耗尽区加速。
EEE 42是根据EEE 40或EEE 41所述的方法，
其中能带结构包括势垒，以及
其中势垒被配置为防止在衬底中被光致激发的少数载流子由于扩散而到达光电检测器的耗尽区。
EEE 43是根据EEE 42所述的方法，其中与势垒对应的势垒厚度为至少1nm厚、至少10nm厚或至少100nm厚。
EEE 44是根据EEE 42或EEE 43所述的方法，
其中衬底包括带隙，
其中势垒包括比衬底的围绕势垒的能带结构的导带能量高衬底的带隙的至少0.01倍的导带能量、比衬底的围绕势垒的能带结构的导带能量高衬底的带隙的至少0.05倍的导带能量、比衬底的围绕势垒的能带结构的导带能量高衬底的带隙的至少0.1倍的导带能量、比衬底的围绕势垒的能带结构的导带能量高衬底的带隙的至少0.15倍的导带能量、比衬底的围绕势垒的能带结构的导带能量高衬底的带隙的至少0.2倍的导带能量、比衬底的围绕势垒的能带结构的导带能量高衬底的带隙的至少0.25倍的导带能量、比衬底的围绕势垒的能带结构的导带能量高衬底的带隙的至少0.5倍的导带能量、比衬底的围绕势垒的能带结构的导带能量高衬底的带隙的至少0.75倍的导带能量、比衬底的围绕势垒的能带结构的导带能量高衬底的带隙的至少1.0倍的导带能量、比衬底的围绕势垒的能带结构的价带能量高衬底的带隙的至少0.01倍的价带能量、比衬底的围绕势垒的能带结构的价带能量高衬底的带隙的至少0.05倍的价带能量、比衬底的围绕势垒的能带结构的价带能量高衬底的带隙的至少0.1倍的价带能量、比衬底的围绕势垒的能带结构的价带能量高衬底的带隙的至少0.15倍的价带能量、比衬底的围绕势垒的能带结构的价带能量高衬底的带隙的至少0.2倍的价带能量、比衬底的围绕势垒的能带结构的价带能量高衬底的带隙的至少0.25倍的价带能量、比衬底的围绕势垒的能带结构的价带能量高衬底的带隙的至少0.5倍的价带能量、比衬底的围绕势垒的能带结构的价带能量高衬底的带隙的至少0.75倍的价带能量、或比衬底的围绕势垒的能带结构的价带能量高衬底的带隙的至少1.0倍的价带能量。
EEE 45是根据EEE 40-44中任一项所述的方法，
其中能带结构包括势阱，以及
其中势阱被配置为防止在衬底中被光致激发的少数载流子由于扩散而到达光电检测器的耗尽区。
EEE 46是根据EEE 45所述的方法，其中与势阱对应的阱厚度为至少1nm厚、至少10nm厚或至少100nm厚。
EEE 47是根据EEE 45或EEE 46所述的方法，
其中衬底包括带隙，
其中势阱包括比衬底的围绕势阱的能带结构的导带能量低衬底的带隙的至少0.01倍的导带能量、比衬底的围绕势阱的能带结构的导带能量低衬底的带隙的至少0.05倍的导带能量、比衬底的围绕势阱的能带结构的导带能量低衬底的带隙的至少0.1倍的导带能量、比衬底的围绕势阱的能带结构的导带能量低衬底的带隙的至少0.15倍的导带能量、比衬底的围绕势阱的能带结构的导带能量低衬底的带隙的至少0.2倍的导带能量、比衬底的围绕势阱的能带结构的导带能量低衬底的带隙的至少0.25倍的导带能量、比衬底的围绕势阱的能带结构的导带能量低衬底的带隙的至少0.5倍的导带能量、比衬底的围绕势阱的能带结构的导带能量低衬底的带隙的至少0.75倍的导带能量、比衬底的围绕势阱的能带结构的导带能量低衬底的带隙的至少1.0倍的导带能量、比衬底的围绕势阱的能带结构的价带能量低衬底的带隙的至少0.01倍的价带能量、比衬底的围绕势阱的能带结构的价带能量低衬底的带隙的至少0.05倍的价带能量、比衬底的围绕势阱的能带结构的价带能量低衬底的带隙的至少0.1倍的价带能量、比衬底的围绕势阱的能带结构的价带能量低衬底的带隙的至少0.15倍的价带能量、比衬底的围绕势阱的能带结构的价带能量低衬底的带隙的至少0.2倍的价带能量、比衬底的围绕势阱的能带结构的价带能量低衬底的带隙的至少0.25倍的价带能量、比衬底的围绕势阱的能带结构的价带能量低衬底的带隙的至少0.5倍的价带能量、比衬底的围绕势阱的能带结构的价带能量低衬底的带隙的至少0.75倍的价带能量、或比衬底的围绕势阱的能带结构的价带能量低衬底的带隙的至少1.0倍的价带能量。
EEE 48是根据EEE 40-47中任一项所述的方法，
其中衬底包括两种或更多种材料，
其中能带结构包括异质结构，
其中异质结构包括具有比与从光源发射的光相关联的光子能量大的带隙的第一材料，以及
其中第一材料以在衬底内的第一深度存在于衬底内，以限定对于从光源发射的光的最大吸收深度。
EEE 49是根据EEE 37-48中任一项所述的方法，其中执行缓解暗电流的处理步骤包括将抗反射层联接到衬底的第二表面，以及
其中抗反射层被配置为将穿过衬底的光耦合到衬底的外部，从而防止从光源发射的光在衬底内的反射，从而减少衬底内少数载流子的光致激发。
EEE 50是根据EEE 49所述的方法，其中抗反射层包括渐变折射率抗反射涂层、四分之一波光学层、布拉格光栅、衍射光栅或折射率匹配的无源衬底。
EEE 51是根据EEE 37-50中任一项所述的方法，其中执行缓解暗电流的处理步骤包括抛光或平坦化衬底的第二表面，从而防止从光源发射的光在衬底内的反射，从而减少衬底内少数载流子的光致激发。
EEE 52是根据EEE 37-51中任一项所述的方法，其中执行缓解暗电流的处理步骤包括在光电检测器的顶表面上应用带阻光学滤光器，从而配置光电检测器使得从光源发射的光穿过带阻光学滤光器照射光电检测器，以及
其中带阻光学滤光器被配置为减小从光源发射的一种或更多种波长的光的强度，从而减少基于从光源发射的光的在衬底中的少数载流子的光致激发。
EEE 53是根据EEE 37-52中任一项所述的方法，其还包括将衬底和光电检测器以倒装芯片方式接合到用于偏置光电检测器的一个或更多个电极，使得光电检测器被布置为检测照射衬底的第二表面的来自光源的光。
EEE 54是根据EEE 37-53中任一项所述的方法，其还包括：
在衬底内或在衬底上形成额外光电检测器，其中该额外光电检测器被布置为检测照射该额外光电检测器的顶表面的从光源发射的光；以及
将该额外光电检测器与光电检测器串联电连接。
EEE 55是根据EEE 37-54中任一项所述的方法，其中光电检测器或衬底的一个或更多个区域使用刻蚀来限定。

Claims (55)

1.一种控制光电检测器中的检测时间的方法，包括：
提供器件和光源，所述光源包括激光器，所述器件包括：
衬底；以及
联接到所述衬底的光电检测器，
其中所述光电检测器被配置为当光从所述光源发射然后被外部环境中的对象反射时检测照射所述器件的顶表面的反射光；
从所述光源发射所述光；以及
缓解由基于从所述光源发射的光在所述衬底中被光致激发的少数载流子引起的暗电流。
2.根据权利要求1所述的方法，其中缓解所述暗电流包括提供来自所述光源的光，使得来自所述光源的光照射所述器件的底表面。
3.根据权利要求1所述的方法，其中缓解所述暗电流包括改变所述器件的操作温度。
4.根据权利要求1所述的方法，其中缓解所述暗电流包括调制从所述光源发射的光的波长。
5.根据权利要求1所述的方法，其中缓解所述暗电流包括调制从所述光源发射的光的功率。
6.根据权利要求1所述的方法，其中缓解所述暗电流包括调制从所述光源发射的光的脉冲频率或占空比。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述衬底包括在所述衬底的第二表面上的表面缺陷，以及
其中所述表面缺陷允许电子和空穴的复合，从而缓解由基于从所述光源发射的光在所述衬底中被光致激发的少数载流子引起的暗电流。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述表面缺陷中的至少一个包括拓扑缺陷、其中所述第二表面的平移对称性被破坏的缺陷、被吸附物、与另外的材料的界面、不一致的晶界、堆垛层错、反相边界或悬挂键。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其中所述器件还包括联接到所述衬底的额外光电检测器，
其中所述额外光电检测器被布置为检测照射所述器件的所述顶表面的从所述光源发射的光，并且与所述光电检测器串联电连接。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述衬底包括晶体缺陷，所述晶体缺陷允许电子和空穴的复合，从而缓解由基于从所述光源发射的光在所述衬底中被光致激发的少数载流子引起的暗电流。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述器件还包括联接到所述衬底的额外光电检测器，
其中所述额外光电检测器被布置为检测照射所述器件的所述顶表面的从所述光源发射的光，并且与所述光电检测器串联电连接。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其中所述晶体缺陷包括空位缺陷、间隙缺陷、弗仑克尔缺陷、反位缺陷、取代缺陷或拓扑缺陷。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述衬底的深度是所述衬底内少数载流子的扩散长度的至多100倍，从而缓解由基于从所述光源发射的光在所述衬底中被光致激发的少数载流子引起的暗电流。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述器件还包括联接到所述衬底的额外光电检测器，
其中所述额外光电检测器被布置为检测照射所述器件的所述顶表面的从所述光源发射的光，并且与所述光电检测器串联电连接。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其中所述衬底的深度是所述衬底内少数载流子的扩散长度的至多10倍、所述衬底内少数载流子的扩散长度的至多1倍、所述衬底内少数载流子的扩散长度的至多0.1倍、或所述衬底内少数载流子的扩散长度的至多0.01倍。
16.根据权利要求13或14所述的方法，其中所述衬底的深度是所述衬底的光学吸收长度的至多1000倍、是所述衬底的光学吸收长度的至多100倍、是所述衬底的光学吸收长度的至多10倍、至多是所述衬底的光学吸收长度、是所述衬底的光学吸收长度的至多0.1倍、是所述衬底的光学吸收长度的至多0.01倍、或是所述衬底的光学吸收长度的至多10-3倍。
17.根据权利要求13或14所述的方法，其中所述衬底的深度限定对于从所述光源发射的光的最大吸收深度。
18.根据权利要求1所述的方法，其中所述器件具有基于所述衬底和所述光电检测器的材料成分的能带结构，以及
其中所述能带结构被配置为缓解由基于从所述光源发射的光在所述衬底中被光致激发的少数载流子引起的暗电流。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述器件还包括联接到所述衬底的额外光电检测器，
其中所述额外光电检测器被布置为检测照射所述器件的顶表面的从所述光源发射的光，并且与所述光电检测器串联电连接，以及
其中所述能带结构基于所述额外光电检测器的材料成分。
20.根据权利要求18或19所述的方法，
其中所述能带结构基于所述能带结构的超出所述光电检测器的耗尽区的导带或价带的曲率而感应延伸超出所述光电检测器的所述耗尽区的电场，以及
其中所述电场被配置为当少数载流子基于从所述光源发射的光在所述衬底中被光致激发时感应漂移电流，所述漂移电流使少数载流子朝向所述光电检测器的所述耗尽区加速。
21.根据权利要求18或19所述的方法，
其中所述能带结构包括势垒，以及
其中所述势垒被配置为防止在所述衬底中被光致激发的少数载流子由于扩散而到达所述光电检测器的耗尽区。
22.根据权利要求21所述的方法，其中与所述势垒对应的势垒厚度为至少1nm厚、至少10nm厚或至少100nm厚。
23.根据权利要求21所述的方法，
其中所述衬底包括带隙，
其中所述势垒包括比所述衬底的围绕所述势垒的所述能带结构的导带能量高所述衬底的所述带隙的至少0.01倍的导带能量、比所述衬底的围绕所述势垒的所述能带结构的导带能量高所述衬底的所述带隙的至少0.05倍的导带能量、比所述衬底的围绕所述势垒的所述能带结构的导带能量高所述衬底的所述带隙的至少0.1倍的导带能量、比所述衬底的围绕所述势垒的所述能带结构的导带能量高所述衬底的所述带隙的至少0.15倍的导带能量、比所述衬底的围绕所述势垒的所述能带结构的导带能量高所述衬底的所述带隙的至少0.2倍的导带能量、比所述衬底的围绕所述势垒的所述能带结构的导带能量高所述衬底的所述带隙的至少0.25倍的导带能量、比所述衬底的围绕所述势垒的所述能带结构的导带能量高所述衬底的所述带隙的至少0.5倍的导带能量、比所述衬底的围绕所述势垒的所述能带结构的导带能量高所述衬底的所述带隙的至少0.75倍的导带能量、比所述衬底的围绕所述势垒的所述能带结构的导带能量高所述衬底的所述带隙的至少1.0倍的导带能量、比所述衬底的围绕所述势垒的所述能带结构的价带能量高所述衬底的所述带隙的至少0.01倍的价带能量、比所述衬底的围绕所述势垒的所述能带结构的价带能量高所述衬底的所述带隙的至少0.05倍的价带能量、比所述衬底的围绕所述势垒的所述能带结构的价带能量高所述衬底的所述带隙的至少0.1倍的价带能量、比所述衬底的围绕所述势垒的所述能带结构的价带能量高所述衬底的所述带隙的至少0.15倍的价带能量、比所述衬底的围绕所述势垒的所述能带结构的价带能量高所述衬底的所述带隙的至少0.2倍的价带能量、比所述衬底的围绕所述势垒的所述能带结构的价带能量高所述衬底的所述带隙的至少0.25倍的价带能量、比所述衬底的围绕所述势垒的所述能带结构的价带能量高所述衬底的所述带隙的至少0.5倍的价带能量、比所述衬底的围绕所述势垒的所述能带结构的价带能量高所述衬底的所述带隙的至少0.75倍的价带能量、或比所述衬底的围绕所述势垒的所述能带结构的价带能量高所述衬底的所述带隙的至少1.0倍的价带能量。
24.根据权利要求18或19所述的方法，
其中所述能带结构包括势阱，以及
其中所述势阱被配置为防止在所述衬底中被光致激发的少数载流子由于扩散而到达所述光电检测器的耗尽区。
25.根据权利要求24所述的方法，其中与所述势阱对应的阱厚度为至少1nm厚、至少10nm厚或至少100nm厚。
26.根据权利要求24所述的方法，
其中所述衬底包括带隙，
其中所述势阱包括比所述衬底的围绕所述势阱的所述能带结构的导带能量低所述衬底的所述带隙的至少0.01倍的导带能量、比所述衬底的围绕所述势阱的所述能带结构的导带能量低所述衬底的所述带隙的至少0.05倍的导带能量、比所述衬底的围绕所述势阱的所述能带结构的导带能量低所述衬底的所述带隙的至少0.1倍的导带能量、比所述衬底的围绕所述势阱的所述能带结构的导带能量低所述衬底的所述带隙的至少0.15倍的导带能量、比所述衬底的围绕所述势阱的所述能带结构的导带能量低所述衬底的所述带隙的至少0.2倍的导带能量、比所述衬底的围绕所述势阱的所述能带结构的导带能量低所述衬底的所述带隙的至少0.25倍的导带能量、比所述衬底的围绕所述势阱的所述能带结构的导带能量低所述衬底的所述带隙的至少0.5倍的导带能量、比所述衬底的围绕所述势阱的所述能带结构的导带能量低所述衬底的所述带隙的至少0.75倍的导带能量、比所述衬底的围绕所述势阱的所述能带结构的导带能量低所述衬底的所述带隙的至少1.0倍的导带能量、比所述衬底的围绕所述势阱的所述能带结构的价带能量低所述衬底的所述带隙的至少0.01倍的价带能量、比所述衬底的围绕所述势阱的所述能带结构的价带能量低所述衬底的所述带隙的至少0.05倍的价带能量、比所述衬底的围绕所述势阱的所述能带结构的价带能量低所述衬底的所述带隙的至少0.1倍的价带能量、比所述衬底的围绕所述势阱的所述能带结构的价带能量低所述衬底的所述带隙的至少0.15倍的价带能量、比所述衬底的围绕所述势阱的所述能带结构的价带能量低所述衬底的所述带隙的至少0.2倍的价带能量、比所述衬底的围绕所述势阱的所述能带结构的价带能量低所述衬底的所述带隙的至少0.25倍的价带能量、比所述衬底的围绕所述势阱的所述能带结构的价带能量低所述衬底的所述带隙的至少0.5倍的价带能量、比所述衬底的围绕所述势阱的所述能带结构的价带能量低所述衬底的所述带隙的至少0.75倍的价带能量、或比所述衬底的围绕所述势阱的所述能带结构的价带能量低所述衬底的所述带隙的至少1.0倍的价带能量。
27.根据权利要求18所述的方法，
其中所述衬底包括两种或更多种材料，
其中所述能带结构包括异质结构，
其中所述异质结构包括具有比与从所述光源发射的光相关联的光子能量大的带隙的第一材料，以及
其中所述第一材料以在所述衬底内的第一深度存在于所述衬底内，以限定对于从所述光源发射的光的最大吸收深度。
28.根据权利要求1所述的方法，其中所述器件还包括
联接到所述衬底的第二表面的抗反射层，
其中所述抗反射层被配置为将穿过所述衬底的光耦合到所述器件的外部，从而防止从所述光源发射的光在所述衬底内的反射，从而减少基于从所述光源发射的光的在所述衬底中的少数载流子光致激发，从而缓解由基于从所述光源发射的光在所述衬底中被光致激发的少数载流子引起的暗电流。
29.根据权利要求28所述的方法，其中所述器件还包括联接到所述衬底的额外光电检测器，
其中所述额外光电检测器被布置为检测照射所述器件的所述顶表面的从所述光源发射的光，并且与所述光电检测器串联电连接。
30.根据权利要求28或29所述的方法，其中所述抗反射层包括渐变折射率抗反射涂层、四分之一波光学层、布拉格光栅、衍射光栅或折射率匹配的无源衬底。
31.根据权利要求1所述的方法，
其中所述衬底的第二表面被抛光或平坦化，从而防止从所述光源发射的光在所述衬底内的反射，从而减少基于从所述光源发射的光的在所述衬底中的少数载流子光致激发，从而缓解由基于从所述光源发射的光在所述衬底中被光致激发的少数载流子引起的暗电流。
32.根据权利要求31所述的方法，其中器件还包括联接到所述衬底的额外光电检测器，
其中联接到所述衬底的所述额外光电检测器被布置为检测照射所述器件的所述顶表面的从所述光源发射的光，并且与所述光电检测器串联电连接。
33.根据权利要求1所述的方法，其中所述器件还包括带阻光学滤光器，
其中照射所述器件的所述顶表面的来自所述光源的光透过所述带阻光学滤光器，以及
其中所述带阻光学滤光器被配置为减小从所述光源发射的一种或更多种波长的光的强度，从而减少基于从所述光源发射的光的在所述衬底中的少数载流子光致激发，从而缓解由基于从所述光源发射的光在所述衬底中被光致激发的少数载流子引起的暗电流。
34.根据权利要求33所述的方法，其中所述器件还包括联接到所述衬底的额外光电检测器，
其中联接到所述衬底的所述额外光电检测器被布置为检测照射所述器件的所述顶表面的从所述光源发射的光，并且与所述光电检测器串联电连接。
35.根据权利要求1所述的方法，其中所述器件还包括非线性光学吸收体，其中照射所述器件的所述顶表面的来自所述光源的光透过所述非线性光学吸收体，以及
其中所述非线性光学吸收体被配置为减小从所述光源发射的处于阈值功率水平或高于阈值功率水平的一种或更多种波长的光的强度，从而减少基于从所述光源发射的光的在所述衬底中的少数载流子光致激发，从而缓解由基于从所述光源发射的光在所述衬底中被光致激发的少数载流子引起的暗电流。
36.根据权利要求35所述的方法，其中所述器件还包括联接到所述衬底的额外光电检测器，
其中联接到所述衬底的所述额外光电检测器被布置为检测照射所述器件的所述顶表面的从所述光源发射的光，并且与所述光电检测器串联电连接。
37.根据权利要求1所述的方法，其中所述器件通过以下制造：
提供衬底；
在所述衬底内或在所述衬底上形成光电检测器，其中所述光电检测器被布置为检测照射所述光电检测器的顶表面的从光源发射的光；以及
执行处理步骤，所述处理步骤缓解由基于从所述光源发射的光在所述衬底中被光致激发的少数载流子引起的暗电流。
38.根据权利要求37所述的方法，其中执行缓解暗电流的所述处理步骤包括通过去除所述衬底的一部分来减薄所述衬底，从而将所述衬底的深度减小到小于或等于所述衬底内少数载流子的扩散长度的100倍。
39.根据权利要求37所述的方法，其中执行缓解暗电流的所述处理步骤包括在所述衬底内产生允许电子和空穴的复合的晶体缺陷。
40.根据权利要求37所述的方法，其中执行缓解暗电流的所述处理步骤包括基于所述衬底和所述光电检测器的材料成分来限定能带结构。
41.根据权利要求40所述的方法，
其中所述能带结构基于所述能带结构的超出所述光电检测器的耗尽区的导带或价带的曲率而感应延伸超出所述光电检测器的所述耗尽区的电场，以及
其中所述电场被配置为当少数载流子基于从所述光源发射的光在所述衬底中被光致激发时感应漂移电流，所述漂移电流使少数载流子朝向所述光电检测器的所述耗尽区加速。
42.根据权利要求40所述的方法，
其中所述能带结构包括势垒，以及
其中所述势垒被配置为防止在所述衬底中被光致激发的少数载流子由于扩散而到达所述光电检测器的耗尽区。
43.根据权利要求42所述的方法，其中与所述势垒对应的势垒厚度为至少1nm厚、至少10nm厚或至少100nm厚。
44.根据权利要求42所述的方法，
其中所述衬底包括带隙，
其中所述势垒包括比所述衬底的围绕所述势垒的所述能带结构的导带能量高所述衬底的所述带隙的至少0.01倍的导带能量、比所述衬底的围绕所述势垒的所述能带结构的导带能量高所述衬底的所述带隙的至少0.05倍的导带能量、比所述衬底的围绕所述势垒的所述能带结构的导带能量高所述衬底的所述带隙的至少0.1倍的导带能量、比所述衬底的围绕所述势垒的所述能带结构的导带能量高所述衬底的所述带隙的至少0.15倍的导带能量、比所述衬底的围绕所述势垒的所述能带结构的导带能量高所述衬底的所述带隙的至少0.2倍的导带能量、比所述衬底的围绕所述势垒的所述能带结构的导带能量高所述衬底的所述带隙的至少0.25倍的导带能量、比所述衬底的围绕所述势垒的所述能带结构的导带能量高所述衬底的所述带隙的至少0.5倍的导带能量、比所述衬底的围绕所述势垒的所述能带结构的导带能量高所述衬底的所述带隙的至少0.75倍的导带能量、比所述衬底的围绕所述势垒的所述能带结构的导带能量高所述衬底的所述带隙的至少1.0倍的导带能量、比所述衬底的围绕所述势垒的所述能带结构的价带能量高所述衬底的所述带隙的至少0.01倍的价带能量、比所述衬底的围绕所述势垒的所述能带结构的价带能量高所述衬底的所述带隙的至少0.05倍的价带能量、比所述衬底的围绕所述势垒的所述能带结构的价带能量高所述衬底的所述带隙的至少0.1倍的价带能量、比所述衬底的围绕所述势垒的所述能带结构的价带能量高所述衬底的所述带隙的至少0.15倍的价带能量、比所述衬底的围绕所述势垒的所述能带结构的价带能量高所述衬底的所述带隙的至少0.2倍的价带能量、比所述衬底的围绕所述势垒的所述能带结构的价带能量高所述衬底的所述带隙的至少0.25倍的价带能量、比所述衬底的围绕所述势垒的所述能带结构的价带能量高所述衬底的所述带隙的至少0.5倍的价带能量、比所述衬底的围绕所述势垒的所述能带结构的价带能量高所述衬底的所述带隙的至少0.75倍的价带能量、或比所述衬底的围绕所述势垒的所述能带结构的价带能量高所述衬底的所述带隙的至少1.0倍的价带能量。
45.根据权利要求40所述的方法，
其中所述能带结构包括势阱，以及
其中所述势阱被配置为防止在所述衬底中被光致激发的少数载流子由于扩散而到达所述光电检测器的耗尽区。
46.根据权利要求45所述的方法，其中与所述势阱对应的阱厚度为至少1nm厚、至少10nm厚或至少100nm厚。
47.根据权利要求45所述的方法，
其中所述衬底包括带隙，
其中所述势阱包括比所述衬底的围绕所述势阱的所述能带结构的导带能量低所述衬底的所述带隙的至少0.01倍的导带能量、比所述衬底的围绕所述势阱的所述能带结构的导带能量低所述衬底的所述带隙的至少0.05倍的导带能量、比所述衬底的围绕所述势阱的所述能带结构的导带能量低所述衬底的所述带隙的至少0.1倍的导带能量、比所述衬底的围绕所述势阱的所述能带结构的导带能量低所述衬底的所述带隙的至少0.15倍的导带能量、比所述衬底的围绕所述势阱的所述能带结构的导带能量低所述衬底的所述带隙的至少0.2倍的导带能量、比所述衬底的围绕所述势阱的所述能带结构的导带能量低所述衬底的所述带隙的至少0.25倍的导带能量、比所述衬底的围绕所述势阱的所述能带结构的导带能量低所述衬底的所述带隙的至少0.5倍的导带能量、比所述衬底的围绕所述势阱的所述能带结构的导带能量低所述衬底的所述带隙的至少0.75倍的导带能量、比所述衬底的围绕所述势阱的所述能带结构的导带能量低所述衬底的所述带隙的至少1.0倍的导带能量、比所述衬底的围绕所述势阱的所述能带结构的价带能量低所述衬底的所述带隙的至少0.01倍的价带能量、比所述衬底的围绕所述势阱的所述能带结构的价带能量低所述衬底的所述带隙的至少0.05倍的价带能量、比所述衬底的围绕所述势阱的所述能带结构的价带能量低所述衬底的所述带隙的至少0.1倍的价带能量、比所述衬底的围绕所述势阱的所述能带结构的价带能量低所述衬底的所述带隙的至少0.15倍的价带能量、比所述衬底的围绕所述势阱的所述能带结构的价带能量低所述衬底的所述带隙的至少0.2倍的价带能量、比所述衬底的围绕所述势阱的所述能带结构的价带能量低所述衬底的所述带隙的至少0.25倍的价带能量、比所述衬底的围绕所述势阱的所述能带结构的价带能量低所述衬底的所述带隙的至少0.5倍的价带能量、比所述衬底的围绕所述势阱的所述能带结构的价带能量低所述衬底的所述带隙的至少0.75倍的价带能量、或比所述衬底的围绕所述势阱的所述能带结构的价带能量低所述衬底的所述带隙的至少1.0倍的价带能量。
48.根据权利要求40所述的方法，
其中所述衬底包括两种或更多种材料，
其中所述能带结构包括异质结构，
其中所述异质结构包括具有比与从所述光源发射的光相关联的光子能量大的带隙的第一材料，以及
其中所述第一材料以在所述衬底内的第一深度存在于所述衬底内，以限定对于从所述光源发射的光的最大吸收深度。
49.根据权利要求37所述的方法，其中执行缓解暗电流的所述处理步骤包括将抗反射层联接到所述衬底的第二表面，以及
其中所述抗反射层被配置为将穿过所述衬底的光耦合到所述衬底的外部，从而防止从所述光源发射的光在所述衬底内的反射，从而减少在所述衬底内的少数载流子的光致激发。
50.根据权利要求49所述的方法，其中所述抗反射层包括渐变折射率抗反射涂层、四分之一波光学层、布拉格光栅、衍射光栅或折射率匹配的无源衬底。
51.根据权利要求37所述的方法，其中执行缓解暗电流的所述处理步骤包括抛光或平坦化所述衬底的第二表面，从而防止从所述光源发射的光在所述衬底内的反射，从而减少所述衬底内的少数载流子的光致激发。
52.根据权利要求37所述的方法，其中执行缓解暗电流的所述处理步骤包括在所述光电检测器的所述顶表面上应用带阻光学滤光器，从而配置所述光电检测器使得从所述光源发射的光穿过所述带阻光学滤光器照射所述光电检测器，以及
其中所述带阻光学滤光器被配置为减小从所述光源发射的一种或更多种波长的光的强度，从而减少基于从所述光源发射的光的在所述衬底中的少数载流子的光致激发。
53.根据权利要求37所述的方法，还包括将所述衬底和所述光电检测器以倒装芯片方式接合到用于偏置所述光电检测器的一个或更多个电极，使得所述光电检测器被布置为检测照射所述衬底的第二表面的来自所述光源的光。
54.根据权利要求37所述的方法，还包括：
在所述衬底内或在所述衬底上形成额外光电检测器，其中所述额外光电检测器被布置为检测照射所述额外光电检测器的顶表面的从所述光源发射的光；以及
将所述额外光电检测器与所述光电检测器串联电连接。
55.根据权利要求37所述的方法，其中所述光电检测器或所述衬底的一个或更多个区域使用刻蚀来限定。
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