CN116504856A - 具有低暗电流的光侦测装置 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种具有低暗电流的光侦测装置。光侦测装置包含一光侦测组件，光侦测组件包含：一基底，包含一导通区；一吸收区，接触导通区，且配置以接收一光信号于接收光信号后产生多个光载子。其中，吸收区掺杂具有一第一导电类型及一第一峰值掺杂浓度的一第一掺杂物；导通区掺杂具有一第二导电类型及一第二峰值掺杂浓度的一第二掺杂物；导通区包含与吸收区的一材料不同的一材料；导通区与吸收区接触以形成至少一异质界面；吸收区的第一峰值掺杂浓度与导通区的第二峰值掺杂浓度间的一比例等于或大于10；基底包含多个第一接触区；吸收区包含一第二接触区；基底包含多个第三接触区；多个第三接触区及多个第一接触区是一交错状的排列。

Description

具有低暗电流的光侦测装置
本申请是国家申请号为202080060687.1(国际申请号PCT/US2020/048292，国际申请日2020年8月27日，发明名称“具有低暗电流的光侦测装置”)之申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请主张2019年8月28日提交的美国临时申请案62/892,551、2019年9月12日提交的美国临时申请案62/899,153、2019年10月31日提交的美国临时申请案62/929,089和2020年7月20日提交的美国临时申请案63/053,723的优先权，于文中将其并入作为参考。
技术领域
本申请关于一光侦测装置及包含其的一影像系统。
背景技术
光侦测器可被用于侦测光信号并转换光信号为电信号，以进一步被另一电路处理。光侦测器可被用于消费性电子产品、影像传感器、高速光接收器、数据传输、直接/间接飞行时间(time-of-flight，TOF)测距或影像传感器、医疗组件及其他许多合适的应用。
发明内容
根据本申请的另一实施方式提供一种光侦测装置。光侦测装置包含：一吸收区，其包含具有一第一峰值掺杂浓度的一第一掺杂物；一基底，其支撑吸收区，基底包含具有低于第一峰值掺杂浓度的一第二峰值掺杂浓度的一第二掺杂物；吸收区具有与基底的一材料不同的一材料。
根据本申请的一实施方式提供一种光侦测装置。光侦测装置包含一光侦测组件，光侦测组件包含：载子导通层，其具有一第一表面及一第二表面；吸收区，其接触载子导通层，且配置以接收一光信号并于接收光信号后产生多个光载子；吸收区掺杂具有一第一导电类型及一第一峰值掺杂浓度的一第一掺杂物；载子导通层掺杂具有一第二导电类型及一第二峰值掺杂浓度的一第二掺杂物；载子导通层包含与吸收区的一材料不同的一材料；载子导通层与吸收区接触以形成至少一异质界面；吸收区的一掺杂浓度与载子导通层的一掺杂浓度间在至少一异质界面的一比例等于或大于10；一第一电极与一第二电极形成于载子导通层的一相同侧之上。
根据本申请的一实施方式提供一种光侦测装置。光侦测装置包含一光侦测组件，光侦测组件包含：载子导通层，其具有一第一表面及一第二表面；吸收区，其接触载子导通层，且配置以接收一光信号于接收光信号后产生多个光载子；吸收区掺杂具有一第一导电类型及一第一峰值掺杂浓度的一第一掺杂物；载子导通层掺杂具有一第二导电类型及一第二峰值掺杂浓度的一第二掺杂物；载子导通层包含与吸收区的一材料不同的一材料；载子导通层与吸收区接触以形成至少一异质界面；吸收区的一掺杂浓度与载子导通层的一掺杂浓度间在至少一异质界面的一比例等于或大于10、或吸收区的第一峰值掺杂浓度与载子导通层的第二峰值掺杂浓度间的一比例等于或大于10；及一第二掺杂区，其在载子导通层中并与吸收区接触；第二掺杂区掺杂一第四掺杂物，第四掺杂物具有与第一导电类型相同的一导电类型，并具有高于第一峰值掺杂浓度的一第四峰值掺杂浓度。
根据本申请的一实施方式提供一种光侦测装置。光侦测装置包含一光侦测组件，光侦测组件包含：载子导通层，其具有一第一表面及一第二表面；吸收区，其接触载子导通层，且配置以接收一光信号并于接收光信号后产生多个光载子；吸收区掺杂具有一第一导电类型及一第一峰值掺杂浓度的一第一掺杂物；载子导通层掺杂具有一第二导电类型及一第二峰值掺杂浓度的一第二掺杂物；载子导通层包含与吸收区的一材料不同的一材料；载子导通层与吸收区接触以形成至少一异质界面；吸收区的一掺杂浓度与载子导通层的一掺杂浓度间在至少一异质界面的一比例等于或大于10；吸收区的第一峰值掺杂浓度与载子导通层的第二峰值掺杂浓度间的一比例等于或大于10，且吸收区的至少50％掺杂有第一掺杂物，且掺杂浓度等于或大于1×1016cm-3。
根据本申请的一实施方式提供一种光侦测装置。光侦测装置包含一光侦测组件，光侦测组件包含：载子导通层，其具有一第一表面及一第二表面；吸收区，其接触载子导通层，且配置以接收一光信号并于接收光信号后产生多个光载子；吸收区掺杂具有一第一导电类型及一第一峰值掺杂浓度的一第一掺杂物；载子导通层掺杂具有一第二导电类型及一第二峰值掺杂浓度的一第二掺杂物；载子导通层包含与吸收区的一材料不同的一材料；载子导通层与吸收区接触以形成至少一异质界面；吸收区的第一峰值掺杂浓度与载子导通层的第二峰值掺杂浓度间的一比例等于或大于10；一第一电极，其形成在载子导通层的第一表面之上，且电耦合至载子导通层，其中第一电极与吸收区分离，第一电极配置以收集光载子的一部分；一第二电极，其形成在载子导通层的第一表面之上，且电耦合至吸收区。
根据本申请的另一实施方式提供一种光侦测装置。光侦测装置包含一光侦测组件，光侦测组件包含：基底，其具有一第一表面及一第二表面；吸收区，其设置于基底的第一表面上且配置以接收一光信号并于接收光信号后产生多个光载子，其中吸收区掺杂具有一第一导电类型及一第一峰值掺杂浓度的一第一掺杂物，基底掺杂具有一第二导电类型及一第二峰值掺杂浓度的一第二掺杂物；基底包含与吸收区的一材料不同的一材料；基底与吸收区接触以形成至少一异质界面；吸收区的第一峰值掺杂浓度与基底的第二峰值掺杂浓度间的一比例等于或大于10、或吸收区的一掺杂浓度与基底的一掺杂浓度间在至少一异质界面的一比例等于或大于10；一第一电极，其形成在基底的第一表面之上，且电耦合至基底，其中第一电极与吸收区分离，第一电极配置以收集光载子的一部分；一第二电极，其形成在基底的第一表面之上，且电耦合至吸收区。
根据本申请的另一实施方式提供一种光侦测装置。光侦测装置包含一光侦测组件，光侦测组件包含：吸收区，其配置以接收一光信号并于接收光信号后产生多个光载子；吸收区掺杂具有一第一导电类型及一第一峰值掺杂浓度的一第一掺杂物；一钝化层，其在吸收区之上，并具有一第一表面及相对于第一表面的一第二表面；钝化层掺杂具有一第二导电类型及一第二峰值掺杂浓度的一第二掺杂物；钝化层包含与吸收区的一材料不同的一材料；钝化层与吸收区接触以形成至少一异质界面；基底与吸收区接触以形成至少一异质界面；吸收区的第一峰值掺杂浓度与钝化层的第二峰值掺杂浓度间的一比例等于或大于10、或吸收区的一掺杂浓度与钝化层的一掺杂浓度间在至少一异质界面的一比例等于或大于10；一第一电极，其形成在钝化层的第一表面之上，且电耦合至钝化层，其中第一电极与吸收区分离，第一电极配置以收集光载子的一部分；一第二电极，其形成在钝化层的第一表面之上，且电耦合至吸收区。
根据本申请的另一实施方式提供一种光侦测装置。光侦测装置包含一光侦测组件，光侦测组件包含：载子导通层，其具有一第一表面及一第二表面；吸收区，其接触载子导通层，且配置以接收一光信号并于接收光信号后产生多个光载子；吸收区掺杂具有一第一导电类型及一第一峰值掺杂浓度的一第一掺杂物；载子导通层掺杂具有一第二导电类型及一第二峰值掺杂浓度的一第二掺杂物；载子导通层包含与吸收区的一材料不同的一材料，其中载子导通层与吸收区接触以形成至少一异质界面，吸收区的一掺杂浓度与载子导通层的一掺杂浓度间在至少一异质界面的一比例等于或大于10、或吸收区的第一峰值掺杂浓度与载子导通层的第二峰值掺杂浓度间的一比例等于或大于10；一或多个开关，其电耦合至吸收区，且部分地形成在载子导通层中；一或多个开关的各者包含形成在第一表面之上且与吸收区分离的一控制电极及一读出电极；一电极，其形成在第一表面之上，且电耦合至吸收区。
根据本申请的另一实施方式提供一种光侦测装置。光侦测装置包含一光侦测组件，光侦测组件包含：载子导通层，其具有一第一表面及一第二表面；吸收区，其接触载子导通层，且配置以接收一光信号并于接收光信号后产生多个光载子；吸收区掺杂具有一第一导电类型及一第一峰值掺杂浓度的一第一掺杂物；载子导通层掺杂具有一第二导电类型及一第二峰值掺杂浓度的一第二掺杂物；载子导通层包含与吸收区的一材料不同的一材料；载子导通层与吸收区接触以形成至少一异质界面；吸收区的一掺杂浓度与载子导通层的一掺杂浓度间在至少一异质界面的一比例等于或大于10、或吸收区的第一峰值掺杂浓度与载子导通层的第二峰值掺杂浓度间的一比例等于或大于10；一或多个开关，其电耦合至吸收区，且部分地形成在载子导通层中；一或多个开关的各者包含形成在载子导通层的同一侧的一控制电极及一读出电极；一第二掺杂区，其在载子导通层中并与吸收区接触，其中第二掺杂区掺杂一第四掺杂物，第四掺杂物具有与第一导电类型相同的一导电类型，并具有高于第一峰值掺杂浓度的一第四峰值掺杂浓度；一电极，其电耦合至第二掺杂区。
根据本申请的另一实施方式提供一种光侦测装置。光侦测装置包含一光侦测组件，光侦测组件包含：载子导通层，其具有一第一表面及一第二表面；吸收区，其接触载子导通层，且配置以接收一光信号并于接收光信号后产生多个光载子；吸收区掺杂具有一第一导电类型及一第一峰值掺杂浓度的一第一掺杂物；载子导通层掺杂具有一第二导电类型及一第二峰值掺杂浓度的一第二掺杂物；载子导通层包含与吸收区的一材料不同的一材料；载子导通层与吸收区接触以形成至少一异质界面；吸收区的一掺杂浓度与载子导通层的一掺杂浓度间在至少一异质界面的一比例等于或大于10、或吸收区的第一峰值掺杂浓度与载子导通层的第二峰值掺杂浓度间的一比例等于或大于10；一或多个开关，其电耦合至吸收区，且部分地形成在载子导通层中；光侦测装置还包含一或多个读出电路，其电连接至各开关，且一或多个读出电路包含在一传输晶体管与一电容间的一电压控制晶体管。
根据本申请的另一实施方式提供一种光侦测装置。光侦测装置包含：一吸收区，其具有一导电类型，并包含具有一第一峰值掺杂浓度的一第一掺杂物；载子导通层，其接触吸收区；载子导通层包含掺杂有一导电类型的一导通区，且导通区包含具有低于第一峰值掺杂浓度的一第二峰值掺杂浓度的一第二掺杂物；载子导通层包含或由一材料构成，其与吸收区的一材料不同，且导通区具有小于5μm的一深度。
根据本申请的另一实施方式提供一种光侦测装置。光侦测装置包含：一吸收区，其包含具有一第一峰值掺杂浓度的一第一掺杂物；一第一接触区，其具有一导电类型；一第二接触区，其具有与第一接触区的导电类型不同的一导电类型；一电荷区，其具有与第二接触区的导电类型相同的一导电类型，电荷区的一部分在第一接触区与第二接触区之间；一基底，其支撑吸收区；基底具有一第二掺杂物，其具有低于第一峰值掺杂浓度的一第二峰值掺杂浓度；吸收区具有与基底的一材料不同的一材料。
根据本申请的另一实施方式提供一种光侦测装置。光侦测装置包含：一基底；一吸收区，其由基底所支撑，并掺杂具有一第一导电类型的一第一掺杂物；多个第一接触区，各具有与第一导电类型不同的一导电类型，并形成于基底；一第二接触区，其形成于吸收区，并具有与第一导电类型相同的一导电类型；多个第三接触区，各具有与第一导电类型相同的一导电类型，并形成于基底；第一接触区沿一第一平面配置，而第三接触区沿与第一平面不同的一第二平面配置。在一些实施方式中，多个倍增区形成在多个第三接触区与多个第一接触区间。
根据本申请的另一实施方式提供一种光侦测装置。光侦测装置包含：一吸收区；一第一接触区，其具有一导电类型；一第二接触区，其在吸收区中，并具有与第一接触区的导电类型不同的一导电类型；一电荷区，其具有与第二接触区的导电类型相同的一导电类型，电荷区比第一接触区更接近第二接触区；一基底，其支撑吸收区，电荷区及第一接触区形成于基底。光侦测装置还包含：一调整件，其与基底整合，用来调整倍增发生于基底的位置。
根据本申请的另一实施方式提供一种光侦测装置。光侦测装置包含：一基底；一吸收区，其由基底所支撑；一第一接触区，其具有一导电类型且形成于基底；一第二接触区，其形成于吸收区，并具有与第一接触区的导电类型不同的一导电类型；一电荷区，其形成于基底，并具有与第二接触区的导电类型相同的一导电类型；电荷区的一深度小于第一接触区的一深度。在一些实施方式中，电荷区的深度在第二接触区的深度与第一接触区的深度之间。
根据本申请的另一实施方式提供一种光侦测装置。光侦测装置包含一光侦测组件，光侦测组件包含：基底，其具有一第一表面及一第二表面；吸收区，其在基底的第一表面之上，且配置以接收一光信号并于接收光信号后产生多个光载子；吸收区掺杂具有一第一导电类型及一第一峰值掺杂浓度的一第一掺杂物；基底掺杂具有一第二导电类型及一第二峰值掺杂浓度的一第二掺杂物；基底包含与吸收区的一材料不同的一材料；基底与吸收区接触以形成至少一异质界面；吸收区的一掺杂浓度与基底的一掺杂浓度间在至少一异质界面的一比例等于或大于10、或吸收区的第一峰值掺杂浓度与基底的第二峰值掺杂浓度间的一比例等于或大于10；基底还包含一波导，其配置以导引及限制光信号传送过基底的一定义区，以耦接光信号至吸收区。
根据本申请的另一实施方式提供一种光侦测装置。光侦测装置包含一光侦测组件，光侦测组件包含：载子导通层，其具有一第一表面及一第二表面；吸收区，其接触载子导通层，且配置以接收一光信号并于接收光信号后产生多个光载子；吸收区掺杂具有一第一导电类型及一第一峰值掺杂浓度的一第一掺杂物；载子导通层掺杂具有一第二导电类型及一第二峰值掺杂浓度的一第二掺杂物；载子导通层包含与吸收区的一材料不同的一材料；载子导通层与吸收区接触以形成至少一异质界面；吸收区的一掺杂浓度与载子导通层的一掺杂浓度间在至少一异质界面的一比例等于或大于10；N个开关，其等电耦合至吸收区且部分地形成于载子导通层。光侦测装置还包含：Y个彼此不同的控制信号，并电耦接至光侦测组件，Y≦N且Y是正整数。控制信号的各者控制一或多个光侦测组件的开关。
根据本申请的另一实施方式提供一种光侦测装置。光侦测装置包含：一吸收区，其具有一第一峰值掺杂浓度的一第一掺杂物；一基底，其支撑吸收区，基底具有低于第一峰值掺杂浓度的一第二峰值掺杂浓度的一第二掺杂物；吸收区包含一材料，其能隙小于基底的一材料的能隙；一内建电场区跨过在基底与吸收区间的一界面，基底中的内建电场区的一第一宽度大于吸收区中的内建电场区的一第二宽度，由此暗电流大部分由基底产生。
根据本申请的另一实施方式提供一种光侦测装置。光侦测装置包含：一吸收区，其配置以接收一光信号并产生具有一第一极性及一第二极性的多个光载子；一轻度掺杂区，其配置以接收来自吸收区的具有第一极性的光载子的一部分；一增益组件，其配置以接收来自轻度掺杂区的具有第一极性的光载子的一部分，并产生具有第二极性的一电信号；增益组件所产生的具有第二极性的电信号的电荷的一数量大于吸收区所产生的光载子的电荷的一数量。
根据本申请的另一实施方式提供一种光侦测装置。光侦测装置包含：一吸收区，其掺杂具有一第一峰值掺杂浓度的一第一掺杂物型，吸收区配置以接收一光信号并产生具有一第一极性及一第二极性的多个光载子；一轻度掺杂区，其掺杂具有一第二峰值掺杂浓度的一第二掺杂物型，轻度掺杂区配置以接收来自吸收区的具有第一极性的光载子的一部分，第一掺杂物型与第二掺杂物型不同；一增益组件，其配置以接收来自轻度掺杂区的具有第一极性的光载子的一部分，并产生具有第二极性的一电信号，吸收区的第一峰值掺杂浓度对轻度掺杂区的第二峰值掺杂浓度的一比例等于或大于10，增益组件所产生的具有第二极性的电信号的电荷的一数量大于吸收区所产生的光载子的电荷的一数量。
根据本申请的另一实施方式提供一种放大具有一增益组件的光侦测装置所接收的光载子的方法。此方法包含：于一吸收区接收一光信号以产生具有一第一及一第二型的多个光载子；将第一型的光载子导至一倍增区；产生一具有第二型的放大的电信号，产生放大的电信号包含以下步骤：施加一第一电压至增益组件的一发射极电极；施加一第二电压至增益组件的一集电极电极，由此产生一顺向偏压跨过增益组件的一发射极区与增益组件的一轻度掺杂区间的一p-n结，且产生一逆向偏压跨过增益组件的一集电极区与增益组件的轻度掺杂区间的一p-n结；在增益组件的轻度掺杂区接收一第一型的载子，以增加发射极区与轻度掺杂区间的顺向偏压；通过集电极区收集由发射极区射出的一第二型载子作为一放大的电信号。
根据本申请的另一实施方式提供一种光侦测装置。光侦测装置包含：一吸收区，其配置以接收一光信号并产生具有一第一极性及一第二极性的多个光载子；一基底，其配置以接收来自吸收区的具有第一极性的光载子的一部分；一或多个开关，其电耦合至吸收区，且至少一部分形成在基底中，开关的各者包含一增益组件，其配置以接收来自吸收区的具有第一极性的光载子的一部分，并产生具有第二极性的一电信号，增益组件所产生的具有第二极性的电信号的电荷的一数量大于吸收区所产生的光载子的电荷的一数量。
根据本申请的一实施方式提供一种影像系统。影像系统包含可发射光的一发射器单元、及具有一影像传感器的接收器单元，此影像传感器包含一光侦测装置。
在阅读了在各附图和图中示出的优选实施例的以下详细描述之后，本申请的这些和其他目的对于本领域技术人员毫无疑问地将会变得更加显而易见。
附图说明
在以下附图以及说明中阐述了本说明书中所描述的主题的一或多个实施例的细节。从说明、附图和申请专利范围，本说明书的主题的其他特征、态样与优点将显得明了，其中：
图1A-1D显示依据一些实施方式中的光侦测组件的剖视图。
图2A-2D显示依据一些实施方式中的光侦测组件的剖视图。
图2E-2F显示依据一些实施方式的光侦测装置的电路的示意图。
图3A显示依据一些实施方式的光侦测组件的俯视图。
图3B显示依据一些实施方式的沿图3A的A-A’直线的剖视图。
图4A显示依据一些实施方式的光侦测组件的俯视图。
图4B显示依据一些实施方式的沿图4A的A-A’直线的剖视图。
图4C显示依据一些实施方式的沿图4A的B-B’直线的剖视图。
图5A显示依据一些实施方式的光侦测组件的俯视图。
图5B显示依据一些实施方式的沿图5A的A-A’直线的剖视图。
图5C显示依据一些实施方式的沿图5A的B-B’直线的剖视图。
图6A显示依据一些实施方式的光侦测组件的俯视图。
图6B显示依据一些实施方式的沿图6A的A-A’直线的剖视图。
图6C显示依据一些实施方式的光侦测组件的俯视图。
图6D显示依据一些实施方式的沿图6C的A-A’直线的剖视图。
图6E显示依据一些实施方式的沿图6C的B-B’直线的剖视图。
图6F显示依据一些实施方式的光侦测组件的俯视图。
图6G显示依据一些实施方式的光侦测组件的俯视图。
图7A显示依据一些实施方式的光侦测组件的俯视图。
图7B显示依据一些实施方式的沿图7A的A-A’直线的剖视图。
图7C-7E显示依据一些实施方式的光侦测组件的俯视图。
图8A显示依据一些实施方式的光侦测组件的俯视图。
图8B显示依据一些实施方式的沿图8A的A-A’直线的剖视图。
图8C-8E显示依据一些实施方式的光侦测组件的俯视图。
图9A-9B显示依据一些实施方式的光侦测装置的电路的示意图。
图10A显示依据一些实施方式的光侦测组件的剖视图。
图10B显示依据一些实施方式的光侦测组件的俯视图。
图10C显示依据一些实施方式的沿图10B的A-A’直线的剖视图。
图10D显示依据一些实施方式的光侦测组件的俯视图。
图10E显示依据一些实施方式的沿图10D的A-A’直线的剖视图。
图10F显示依据一些实施方式的沿图10D的B-B’直线的剖视图。
图10G显示依据一些实施方式的光侦测组件的剖视图。
图10H显示依据一些实施方式的光侦测组件的剖视图。
图10I显示依据一些实施方式的光侦测组件的剖视图。
图11A显示依据一些实施方式的光侦测组件的剖视图。
图11B显示依据一些实施方式的光侦测组件的俯视图。
图11C显示依据一些实施方式的沿图11B的A-A’直线的剖视图。
图11D显示依据一些实施方式的光侦测组件的俯视图。
图11E显示依据一些实施方式的沿图11D的A-A’直线的剖视图。
图12A-12C显示依据一些实施方式中的光侦测组件的吸收区的剖视图。
图13A显示依据一些实施方式的光侦测组件的俯视图。
图13B显示依据一些实施方式的光侦测组件的俯视图。
图14A显示依据一些实施方式中的光侦测组件的一部分的剖视图。
图14B显示依据一些实施方式的沿通过光侦测组件的第二掺杂区108的一线的剖视图。
图14C显示依据一些实施方式的光侦测组件的俯视图。
图14D显示依据一些实施方式的沿图14B的A-A’直线的剖视图。
图14E显示依据一些实施方式的沿图14B的B-B’直线的剖视图。
图14F显示依据一些实施方式中的光侦测组件的剖视图。
图14G显示依据一些实施方式的光侦测组件的俯视图。
图14H显示依据一些实施方式的沿图14G的A-A’直线的剖视图。
图14I显示依据一些实施方式的沿图14G的B-B’直线的剖视图。
图14J显示依据一些实施方式的光侦测组件的俯视图。
图14K显示依据一些实施方式的沿图14J的A-A’直线的剖视图。
图14L显示依据一些实施方式的沿图14J的B-B’直线的剖视图。
图15A-15D显示具有二端子的一增益组件的例示。
图16A-16D显示具有三端子的一增益组件的例示。
图17A-17C显示可被作为一CMOS影像传感器的光侦测装置的例示。
图18A-18C显示可被作为一CMOS影像传感器的光侦测装置的例示。
图19A显示具有增益的一光侦测装置。
图19B显示具有增益的一光侦测装置。
图20A显示具有增益的一光侦测装置的一例示俯视图。
图20B显示具有增益的一光侦测装置的一例示俯视图。
图21显示具有增益的一光侦测装置。
图22A显示具有增益的一光侦测装置的一例示俯视图。
图22B显示具有增益的一光侦测装置的一例示俯视图。
图23A显示具有增益的一光侦测装置的一例示俯视图。
图23B显示具有增益的一光侦测装置的另一例示俯视图。
图24A显示具有增益的一光侦测装置的一例示俯视图。
图24B显示具有增益的一光侦测装置的另一例示俯视图。
图25A-25C显示依据一些实施方式中的光侦测组件的一部分的剖视图。
图26A-26D显示依据一些实施方式中的光侦测组件的控制区的例示。
图27A是一影像系统的一实施方式的一方块图。
图27B是一例示的接收器单元或控制器的一方块图。
具体实施方式
如本文中所使用的，诸如“第一”、“第二”、“第三”、“第四”及“第五”等用语描述了各种组件、组件、区域、层及/或部分，这些组件、组件、区域、层及/或部分不应受这些术语的限制。这些术语仅可用于将一个元素、组件、区域、层或部分与另一个做区分。除非上下文明确指出，否则本文中使用的诸如“第一”、“第二”、“第三”、“第四”及“第五”的用语并不暗示顺序或次序。诸如“光侦测(photo-detecting)”、“光感测(photo-sensing)”、“光线侦测(light-detecting)”、“光线感测(light-sensing)”及其他类似用语可互换的使用。
此外，为了便于描述图式中方向，在本文中可以使用诸如“在...上方”、“在…上面”及“在...下面”的类的空间相对用语。需注意的是，该等空间相对用语仅为例示用，在不会脱离本文实施例的优点的前提下，本文所公开的结构的实际实现可以以任何方向或方式在空间上安排。
在本文中使用如“本征”指半导体材料未刻意添加掺杂物。
图1A显示依据一些实施方式中的光侦测组件的剖视图。光侦测组件100a包含一吸收区10及支撑吸收区10的一基底20。在一些实施方式中，整个吸收区10嵌入基底20中。在一些实施方式中，吸收区10部分嵌入基底20中。在一些实施方式中，光侦测组件100a包含在吸收区10及一载子导通层间的至少一异质界面，载子导通层包含与吸收区10不同的材料或是由与吸收区10不同的材料组成。在一些实施方式中，载子导通层即为基底20。例如，在一些实施方式中，基底20包含一第一表面21及与第一表面21相对的一第二表面22。在一些实施方式中，吸收区10包含一第一表面11、一第二表面12及一或多个侧表面13。第二表面12是在吸收区10的第一表面11及基底20的第二表面22之间。侧表面13位于吸收区10的第一表面11及吸收区10的第二表面12之间。吸收区10的第一表面11、第二表面12及侧表面13中的至少一个至少部分与基底20直接接触，因此异质界面位于吸收区10及基底20之间。
在一些实施方式中，吸收区10掺杂一导电类型，且包含一第一掺杂物，其具有一第一峰值掺杂浓度。在一些实施方式中，吸收区10配置以转换一光信号(例如一入射光)成为一电信号。在一些实施方式中，光信号从基底20的第一表面21进入吸收区10。在一些实施方式中，光信号从基底20的第二表面22进入吸收区10。在一些实施方式中，吸收区10包含一吸光区AR，其由包含一光学窗口的一光屏蔽(未显示)所定义。吸光区AR是一虚拟区域，其接收通过光学窗口射入的光信号。
在一些实施方式中，载子导通层(也即在一些实施方式中的基底20)掺杂一导电类型，且包含一第二掺杂物，此第二掺杂物具有低于第一峰值掺杂浓度的一第二峰值掺杂浓度，藉以减少光侦测组件100a的暗电流，进而可改善光侦测组件100a的信号噪声比、灵敏度、动态范围特性。
在一些实施方式中，第一峰值掺杂浓度等于或大于1×1016cm-3。在一些实施方式中，第一峰值掺杂浓度可在1×1016cm-3与1×1020cm-3之间。在一些实施方式中，第一峰值掺杂浓度可在1×1017cm-3与1×1020cm-3之间。在一些实施方式中，第一峰值掺杂浓度对第二峰值掺杂浓度的一比例等于或大于10，由此光侦测组件100a可进一步达到低暗电流。在一些实施方式中，第一峰值掺杂浓度对第二峰值掺杂浓度的一比例等于或大于100，由此光侦测组件100a可同时达到更低暗电流及高量子效率。在一些实施方式中，基底20的导电类型p型或n型。在一些实施方式中，若基底20的导电类型为p型，例如利用硼(B)及/或镓(Ga)作为掺杂物，第二峰值掺杂浓度可在1×1012cm-3与1×1016cm-3之间，由此光侦测组件100a可同时达到低暗电流及高量子效率。在一些实施方式中，若基底20的导电类型为n型，例如利用磷(P)及/或砷(As)作为掺杂物，第二峰值掺杂浓度可在1×1014cm-3与1×1018cm-3之间，由此光侦测组件100a可同时达到低暗电流及高量子效率。
在一些实施方式中，当载子导通层，即在一些实施方式中的基底20，的导电类型与吸收区10的导电类型不同时，且通过使基底20的第二峰值掺杂浓度低于吸收区10的第一峰值掺杂浓度，一空乏区跨过在基底20与吸收区10间的异质界面。当光侦测组件运作时，空乏区的一主要部分位于基底20。换言之，空乏区在基底20中的一第一宽度大于空乏区在吸收区10中的一第二宽度。在一些实施方式中，第一宽度对第二宽度的一比例大于10。在一些实施方式中，一内建电场区跨过在基底20与吸收区10间的一异质界面，其中内建电场区在基底20中的一第一宽度大于内建电场区在吸收区10中的一第二宽度，由此暗电流大部分从基底20产生。因此，光侦测组件可达成低暗电流。在一些实施方式中，载子导通层(也即基底20)的能隙大于吸收区10的能隙。
在一些实施方式中，当载子导通层(也即在一些实施方式中的基底20)的导电类型与吸收区10的导电类型相同时，例如当基底20p型及吸收区10p型，通过使基底20的第二峰值掺杂浓度低于吸收区10的第一峰值掺杂浓度，跨过吸收区10的电场可被减少，由此跨过基底20的电场增加。也即，出现跨过吸收区10的电场与跨过基底20的电场之间的差异。其结果是，光侦测组件的暗电流进一步降低。在一些实施方式中，载子导通层(也即基底20)的一能隙大于吸收区10的一能隙。
在一些实施方式中，载子导通层(也即在一些实施方式中的基底20)包含与吸收区10分离的一第一掺杂区102。第一掺杂区102掺杂一导电类型，且包含一第三掺杂物，此第三掺杂物具有一第三峰值掺杂浓度。第一掺杂区102的导电类型与吸收区10的导电类型不同。在一些实施方式中，第三峰值掺杂浓度高于第二峰值掺杂浓度。在一些实施方式中，第一掺杂区102的第三峰值掺杂浓度可在1×1018cm-3与5×1020cm-3之间。
在一些实施方式中，吸收区10的至少50％掺杂第一掺杂物，且掺杂浓度等于或大于1×1016cm-3。换言之，吸收区10的至少一半刻意地掺杂具有一掺杂浓度等于或大于1×1016cm-3的第一掺杂物。例如，掺杂区在吸收区10中的深度对吸收区10的厚度等于或大于1/2。在一些实施方式中，吸收区10的至少80％刻意地掺杂具有一掺杂浓度等于或大于1×1016cm-3的第一掺杂物以进一步降低光侦测组件的暗电流。例如，掺杂区在吸收区10中的深度对吸收区10的厚度等于或大于4/5。
在一些实施方式中，大部分的载子导通层可被掺杂第二掺杂物。例如，载子导通层(也即在一些实施方式中的基底20)的至少50％具有第二掺杂物且掺杂浓度等于或大于1×1012cm-3。换言之，载子导通层的至少一半刻意地掺杂具有一掺杂浓度等于或大于1×1012cm-3的第二掺杂物。例如，掺杂区在基底20中的深度对基底20的厚度等于或大于1/2。在一些实施方式中，载子导通层的至少80％刻意地掺杂具有一掺杂浓度等于或大于1×1012cm-3的第二掺杂物。例如，掺杂区在基底20中的深度对基底20的厚度等于或大于4/5。
在一些实施方式中，载子导通层可被区域性地掺杂第二掺杂物。例如，载子导通层(也即在一些实施方式中的基底20)包含一导通区201。导通区201的至少一部分在第一掺杂区102与吸收区10之间。在一些实施方式中，导通区201部分地与吸收区10及第一掺杂区102重叠，用以限制吸收区10所产生的载子的往第一掺杂区102移动的路径。在一些实施方式中，导通区201具有从基底20的第一表面21沿一方向D1量测的一深度，方向D1实质上垂直于基底20的第一表面21。深度第二掺杂物的掺杂曲线到达一特定的浓度的一位置，例如在1×1014cm-3与1×1015cm-3之间的浓度。在一些实施方式中，导通区201的深度小于5μm而较有效率地传送载子。在一些实施方式中，导通区201可与全部的第一掺杂区10重叠。在一些实施方式中，导通区201具有一宽度大于吸收区10的一宽度。
在一些实施方式中，第一掺杂物与第二掺杂物不同，例如，第一掺杂物硼，而第二掺杂物磷。在一些实施方式中，第一掺杂物在吸收区10及载子导通层(也即在一些实施方式中的基底20)之间的异质界面的一掺杂浓度等于或大于1×1016cm-3。在一些实施方式中，第一掺杂物在异质界面的掺杂浓度可在1×1016cm-3与1×1020cm-3间、或1×1017cm-3与1×1020cm-3间。在一些实施方式中，第二掺杂物在异质界面的一掺杂浓度低于第一掺杂物在异质界面的掺杂浓度。在一些实施方式中，第二掺杂物在异质界面的一掺杂浓度在1×1012cm-3与1×1017cm-3间。
在一些实施方式中，由于第一掺杂物在异质界面的掺杂浓度充分地高，其可减少在异质界面的界面暗电流的产生。其结果是，界面复合速度可被降低，由此在异质界面的暗电流可下降。在一些实施方式中，由于第二掺杂物在异质界面的掺杂浓度低于第一掺杂物在异质界面的掺杂浓度，在吸收区10中的体暗电流(bulk dark current)的产生也降低。在一些实施方式中，光侦测组件100a可具有小于104cm/s的一界面复合速度。
在一些实施方式中，在异质界面的第一掺杂物的掺杂浓度对第二掺杂物的掺杂浓度一的比例等于或大于10，由此光侦测组件100a可同时达成于异质界面的低暗电流及高量子效率。在一些实施方式中，在异质界面的第一掺杂物的掺杂浓度对第二掺杂物的掺杂浓度的一比例等于或大于100，由此光侦测组件100a可同时展现于异质界面的更低暗电流及高量子效率。
在一些实施方式中，第二掺杂物可在吸收区10中，但也可因为热扩散或注入残留等原因出现于吸收区10外。在一些实施方式中，第一掺杂物可在载子导通层中，即在一些实施方式中的基底20中，但也可因为热扩散或注入残留等原因出现于基底20外。
在一些实施方式中，第一掺杂物可通过任何合适的制程被导入至吸收区10，例如，原位生长(in-situ growth)、离子注入(ion implantation)、及/或热扩散(thermaldiffusion)等。
在一些实施方式中，第二掺杂物可通过任何合适的制程被导入至基底20，例如，原位生长、离子注入、及/或热扩散等。
在一些实施方式中，吸收区10由一第一材料或一第一复合材料构成。载子导通层(也即在一些实施方式中的基底20)由一第二材料或一第二复合材料构成。第二材料或一第二复合材料与第一材料或一第一复合材料不同。例如，在一些实施方式中，第二材料或一第二复合材料的元素的组合与第一材料或一第一复合材料的元素的组合不同。
在一些实施方式中，载子导通层(也即在一些实施方式中的基底20)的一能隙大于吸收区10的一能隙。在一些实施方式中，吸收区10包含或由一半导体材料组成。在一些实施方式中，基底20包含或由一半导体材料组成。在一些实施方式中，吸收区10包含或由III-V族半导体材料组成。在一些实施方式中，基底20包含或由III-V族半导体材料组成。III-V族半导体材料可包含，但不限于，砷化镓/砷化铝(GaAs/AlAs)、磷化铟/铟镓砷(InP/InGaAs)、锑化镓/砷化铟(GaSb/InAs)、或锑化铟(InSb)。例如，在一些实施方式中，吸收区10包含或由InGaAs组成，且基底20包含或由InP组成。在一些实施方式中，吸收区10包含或由包含IV族元素的半导体材料组成。例如，锗(Ge)、硅(Si)或锡(Sn)。在一些实施方式中，吸收区10包含或由SixGeySn1-x-y组成，其中0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1。在一些实施方式中，吸收区10包含或由Ge1-aSna组成，其中0≦a≦0.1。在一些实施方式中，吸收区10包含或由GexSi1-x组成，其中0≦x≦1。在一些实施方式中，吸收区10由p型的本征锗组成，p型的原因为在吸收区形成时所形成的材料缺陷，其中缺陷密度从1×1014cm-3至1×1016cm-3。在一些实施方式中，载子导通层，即在一些实施方式中的基底20，包含或由包含IV族元素的半导体材料组成。例如，锗(Ge)、硅(Si)或锡(Sn)。在一些实施方式中，基底20包含或由SixGeySn1-x-y组成，其中0≦x≦1,0≦y≦1,0≦x+y≦1。在一些实施方式中，基底20包含或由Ge1-aSna组成，其中0≦a≦0.1。在一些实施方式中，基底20包含或由GexSi1-x组成，其中0≦x≦1。在一些实施方式中，基底20由p型本征锗组成，p型的原因为在吸收区形成时所形成的材料缺陷，其中缺陷密度从1×1014cm-3至1×1016cm-3。例如，在一些实施方式中，吸收区10包含或由锗组成，且基底20包含或由硅组成。
在一些实施方式中，吸收区10的导电类型p型。在一些实施方式中，第一掺杂物是一III族元素。在一些实施方式中，基底20的导电类型n型。第二掺杂物是一V族元素。
在一些实施方式中，光侦测组件包含电耦合至第一掺杂区102的一第一电极30。第一电极30与吸收区10分离。根据第一电极30的材料及第一掺杂区102的第三峰值掺杂浓度，一欧姆接触可形成于第一电极30及第一掺杂区102之间。在一些实施方式中，第一电极30与吸收区的多个侧表面13的一者之间的最近距离d可在0.1微米(μm)与20μm之间。在一些实施方式中，第一电极30与吸收区的多个侧表面13的一者之间的最近距离d可在0.1μm与5μm之间。在一些实施方式中，距离可在0.5μm与3μm之间。若第一电极30与侧表面13之间的距离d大于20μm，光侦测组件100a的速度较低。若第一电极30与侧表面13之间的距离d小于0.1μm，光侦测组件的暗电流可能增加。
在一些实施方式中，光侦测组件100a包含一第二掺杂区108，此第二掺杂区108在吸收区10中且靠近吸收区10的第一表面11。第二掺杂区108掺杂具有一导电类型，其与吸收区10的导电类型相同。在一些实施方式中，第二掺杂区108包含一第四掺杂物，其具有高于第一峰值掺杂浓度的一第四峰值掺杂浓度。例如，第二掺杂区108的第四峰值掺杂浓度可在1×1018cm-3与5×1020cm-3之间。在一些实施方式中，第二掺杂区108沿方向D1未被配置于第一掺杂区102之上。
在一些实施方式中，光侦测组件100a还包含电耦合至第二掺杂区108的第二电极60。根据第二电极60的材料及第二掺杂区108的第四峰值掺杂浓度，一欧姆接触可形成于第二电极60及第二掺杂区108之间。第二电极60在吸收区10的第一表面11之上。
在一些实施方式中，载子导通层包含一第一表面及一相对于第一表面21的一第二表面。第一电极30及第二电极60都设置于载子导通层的第一表面之上。也即，第一电极30及第二电极60设置于载子导通层(也即在一些实施方式中的基底20)的一相同侧，由此有利于之后的后端加工制程。
第一掺杂区102及第二掺杂区108可为半导体接触区。在一些实施方式中，取决于电耦合至第一掺杂区102及第二掺杂区108的电路，由第一掺杂区102及第二掺杂区108的一者所收集的具有一第一型的载子可进一步被处理，及由第一掺杂区102及第二掺杂区108的另一者所收集的具有一第二型的载子可被排除。因此，光侦测组件可具有改善的信赖度及量子效率。
在一些实施方式中，吸收区10掺杂一渐变的掺杂曲线。在一些实施方式中，渐变的掺杂曲线的最大浓度高于第二掺杂物的第二峰值掺杂浓度。在一些实施方式中，渐变的掺杂曲线的最小浓度高于第二掺杂物的第二峰值掺杂浓度。在一些实施方式中，渐变的掺杂曲线可自吸收区10的第一表面11或自第二掺杂区108渐变至吸收区10的第二表面12。在一些实施方式中，根据载子的移动方向，渐变的掺杂曲线可为一逐渐减少/增加或一阶状减少/增加。在一些实施方式中，根据载子的移动方向，渐变的掺杂曲线的浓度自吸收区10的第一表面11或第二掺杂区108至吸收区10的第二表面12逐渐地减少/增加。在一些实施方式中，根据载子的移动方向，渐变的掺杂曲线的浓度自吸收区10的第一表面11的中心或第二掺杂区108至吸收区10的第二表面12及侧表面13逐渐地且放射状地减少/增加。例如，若吸收区10完全地位于基底20之上，具有第一型的载子(例如当第一掺杂区102为n型时，此第一型的载子为电子)在吸收区10中实质上沿着自第一表面11至第二表面的一方向移动，第一掺杂物(例如硼)的渐变的掺杂曲线的浓度自吸收区10的第一表面11或自第二掺杂区108至吸收区10的第二表面12逐渐地减少。在一些实施方式中，根据载子的移动方向，渐变的掺杂曲线的浓度自吸收区10的第一表面11的一侧缘或第二掺杂区108至吸收区10的侧表面13逐渐地且侧向地减少/增加。
在一些实施方式中，光侦测组件的暗电流约数皮安(pA，pico-ampere)或更低，例如，低于1×10-12安培(A)。
图1B显示依据一些实施方式中的光侦测组件的剖视图。图1B的光侦测组件100b类似于图1A的光侦测组件100a。其差异说明如下。
光侦测组件100b还包含于基底20中的另一第一掺杂区104。第一掺杂区104类似于如图1A所述的第一掺杂区102。第一掺杂区104与吸收区10分离。导通区201的至少一部分也位于第一掺杂区104与吸收区10之间。在一些实施方式中，导通区201部分地与吸收区10及第一掺杂区104重叠，用以限制吸收区10所产生的具有一第一型的载子的往第一掺杂区104移动的路径。
在一些实施方式中，两个第一掺杂区104、102彼此分离。在一些实施方式中，两个第一掺杂区104、102可为一连续区，例如，一环形。光侦测组件100b还包含一第三电极40电耦合至第一掺杂区104。在一些实施方式中，第一电极30及第三电极40可电耦合至相同电路。
在一些实施方式中，光侦测组件100b的暗电流约数pA或更低，例如，低于1×10- 12A。
一对比例的一光侦测组件包含与如图1B的光侦测组件100b实质相同的结构。其差异在于，在对比例的光侦测组件中，吸收区10的掺杂浓度不高于基底20的第二峰值掺杂浓度，且第二掺杂物在异质界面的掺杂浓度不低于第一掺杂物在异质界面的掺杂浓度。
依据一对比例的光侦测组件及光侦测组件100b的详细内容表列于表1及表2。
表1对比例的光侦测组件的详细内容
吸收区的导电类型 p型
第一峰值掺杂浓度 1×1015cm-3
基底的导电类型 n型
第二峰值掺杂浓度 1×1015cm-3
参考暗电流 100％
表2光侦测组件100b的详细内容
吸收区的导电类型 p型
第一峰值掺杂浓度 参考表3
基底的导电类型 n型
第二峰值掺杂浓度 1×1015cm-3
暗电流 参考表3
参考表3，相较于对比例，由于光侦测组件100b中的吸收区10的第一峰值掺杂浓度高于基底20的第二峰值掺杂浓度，光侦测组件100b可具有较低的暗电流，例如，至少低2倍。
表3依据不同实施例的暗电流与光侦测组件100b的第一峰值掺杂浓度的对比
第一峰值掺杂浓度 暗电流(相较于对比例的参考暗电流)
1.00E+16 42％
1.00E+17 0.29％
1.00E+18 0.0052％
1.00E+19 0.001％
另一对比例的光侦测组件包含与如图1B的光侦测组件100b实质相同的结构。其差异在于，在另一对比例的光侦测组件中，吸收区10的掺杂浓度不高于基底20的第二峰值掺杂浓度，且第二掺杂物在异质界面的掺杂浓度不低于第一掺杂物在异质界面的掺杂浓度。依据另一对比例的光侦测组件及光侦测组件100b的详细内容表列于表4及表5。
表4另一对比例的光侦测组件的详细内容
吸收区的导电类型 p型
第一峰值掺杂浓度 1×1015cm-3
基底的导电类型 p型
第二峰值掺杂浓度 1×1015cm-3
暗电流 100％
表5光侦测组件100b的详细内容
吸收区的导电类型 p型
第一峰值掺杂浓度 参考表6
基底的导电类型 p型
第二峰值掺杂浓度 1×1015cm-3
暗电流 参考表6
参考表6，相较于对比例，由于光侦测组件100b中的吸收区10的第一峰值掺杂浓度高于基底20的第二峰值掺杂浓度，光侦测组件100b可具有较低的暗电流，例如，至少低20倍。
表6依据不同实施例的暗电流与光侦测组件100b的第一峰值掺杂浓度的对比
第一峰值掺杂浓度 暗电流(相较于对比例的参考暗电流)
1.00E+16 4.6％
1.00E+17 0.1％
1.00E+18 0.01％
1.00E+19 0.0017％
图1C显示依据一些实施方式的光侦测组件的剖视图。图1C的光侦测组件100c类似于图1A的光侦测组件100a。其差异说明如下。
基底20包含一基座部分20a及由基座部分20a支撑的一上部部分20b。上部部分20b具有一宽度小于基座部分20a的一宽度。吸收区10被基底20之上部部分20b所支撑。导通区201在上部部分20b中。第一掺杂区102在基座部分20a中。第一掺杂区102具有一宽度大于基底20之上部部分20b的宽度，由此第一掺杂区102的一部分不被上部部分20b所覆盖。第二掺杂区108沿方向D1配置于第一掺杂区102之上，且导通区201在第一掺杂区102与第二掺杂区108之间。吸收区10所产生的具有第一型的载子，例如电子，会沿方向D1通过导通区201移向第一掺杂区102。
在一些实施方式中，第一电极30可为任何适合的形状，例如从光侦测组件的一俯视图为一环形。在一些实施方式中，光侦测组件100c包含电耦合至第一掺杂区102且彼此分离的两个第一电极30。在一些实施方式中，两个第一电极30分别设置在吸收区10的相对侧。
在一些实施方式中，根据施加至第二掺杂区108及第一掺杂区102的反向偏压，若产生一碰撞游离(impact ionization)，光侦测组件100c可为操作于线性(linear)模式(反向偏压<崩溃电压)或盖格(Geiger)模式(反向偏压>崩溃电压)的一雪崩光电二极管，而导通区201在吸收区10与第一掺杂区102间的部分可为一倍增区。倍增区于接收从吸收区10产生的一或多个载子后，可回应而产生一或多个额外的电荷载子。
图1D显示依据一些实施方式的光侦测组件的剖视图。图1D的光侦测组件100d类似于图1C的光侦测组件100c。其差异说明如下。
光侦测组件100d还包含于基底20之上部部分20b中的一电荷层202。电荷层202与吸收区10直接接触、或与吸收区10的一部分重叠。电荷层202具有一导电类型，其与吸收区10的导电类型相同。例如，若吸收区10的导电类型为p，电荷层202的导电类型为p。电荷层202具有一峰值掺杂浓度高于导通区201的第二峰值掺杂浓度，且低于吸收区10的第一峰值掺杂浓度。在一些实施方式中，电荷层202具有一在10纳米(nm)与500nm之间的厚度。电荷层可降低横跨吸收区10的电场，由此增加横跨导通区201的电场。也即，会出现横跨吸收区10的电场及横跨导通区201的电场之间的差异。其结果是，光侦测组件100d的速度及响应度(responsivity)较高，且光侦测组件100d的暗电流也较低。
图2A显示依据一些实施方式的光侦测组件的剖视图。图2A的光侦测组件200a类似于图1A的光侦测组件100a。其差异说明如下。第二掺杂区108在基底20中。换言之，第二掺杂区108的第四峰值掺杂浓度位在基底20中。在一些实施方式中，第二掺杂区108在基底20的第一表面21之下且与吸收区10直接接触，例如，第二掺杂区108可与吸收区10的多个侧表面13的一者接触或重叠。其结果是，吸收区10所产生的载子可通过吸收区10与基底20间的异质界面从吸收区10往第二掺杂区108移动。第二电极60在基底20的第一表面21之上。
通过使第二掺杂区108在基底20中，而非在吸收区10中，第二电极60及第一电极30都可形成在基底20的第一表面21之上。因此，第二电极60与第一电极30间的高度差可被减少，由此之后的加工制程可因此种设计而受益。除此之外，吸收区10的吸收光信号的区域可较大。
图2B显示依据一些实施方式的光侦测组件的剖视图。图2B的光侦测组件200b类似于图2A的光侦测组件200a。其差异说明如下。第二掺杂区108也可与吸收区10的第二表面12接触或重叠。
图2C显示依据一些实施方式的光侦测组件的剖视图。图2C的光侦测组件200c类似于图2B的光侦测组件200b。其差异说明如下。吸收区10完全地在基底20之上。第二掺杂区108的一部分被吸收区10所覆盖。在一些实施方式中，第二掺杂区108被吸收区10覆盖的一宽度w2可大于0.2μm。在一些实施方式中，吸收区10具有一宽度w1。宽度w2不大于0.5倍的宽度w1。通过此设计，两种不同的载子可分别从吸收区10移动至第一掺杂区102、及从吸收区10移动至第二掺杂区108而不产生干扰。
图2D显示依据一些实施方式的光侦测组件的剖视图。图2D的光侦测组件200d类似于图2A的光侦测组件200a。其差异说明如下。吸收区10完全地嵌入基底20中。在一些实施方式中，第一掺杂物的渐变的掺杂曲线自靠近第二掺杂区108的侧表面13往靠近导通区201的侧表面13逐渐地且侧向地减少。
图2E显示依据一些实施方式的光侦测装置的示意图。光侦测装置200e包含一像素(未标示)及电耦合至像素的一行汇流排。像素包含一光侦测组件及电耦合至光侦测组件及行汇流排的一读出电路(未标示)。光侦测组件可为图1A至图1D及图2A至图2D的任一光侦测组件，例如，图1A的光侦测组件100a。在一些实施方式中，读出电路(未标示)及行汇流排可被制作于另一基底，且通过芯片/晶圆接合或堆叠与光侦测组件整合/共同封装。在一些实施方式中，光侦测装置200e包含在读出电路与光侦测组件间的一接合层(未显示)。接合层可包含任何合适的材料，例如氧化物、或半导体、或金属、或合金。
在一些实施方式中，读出电路可电耦合至第一掺杂区102或第二掺杂区108以处理收集到的具有一第一型的载子，而一供给电压或一接地电压可被施加至另一掺杂区以排除其他具有相反于第一型的一第二型的载子。
例如，若第一掺杂区102n型且第二掺杂区108p型，读出电路可电耦合至第一掺杂区102来处理收集到的电子作进一步应用，且一接地电压可被施加至第二掺杂区108以排除空穴。又例如，读出电路也可电耦合至第二掺杂区108来处理收集到的空穴作进一步应用，且一供给电压可被施加至第一掺杂区102以排除电子。
在一些实施方式中，读出电路可为一三晶体管组态，此组态由一重置门、一源极随耦器及一选择门所组成，或者还包含一额外的传输门的一四晶体管组态，或者任何适合用于处理收集到的电荷的电路。例如，读出电路包含一传输晶体管171A、一重置晶体管141A、耦合至重置晶体管141A的一电容150A、一源极随耦器142A、及一列选择晶体管143A。电容150A的例示包含，但不限于，浮置扩散电容、金属-氧化层-金属(MOM)电容、金属-绝缘层-金属(MIM)电容、及金属-氧化物-半导体(MOS)电容。
传输晶体管171A自光侦测组件100a传输载子至电容150A。换言之，传输晶体管171A配置为根据一开关信号TG1以输出光电流IA1。当开关信号TG1开启传输晶体管171A时，光电流IA1会被产生。
一开始，重置信号RST重置输出电压VOUT1至VDD。接着，当开关信号TG1开启传输晶体管171A时，光电流IA1被产生，在电容150A的输出电压VOUT1会下降直至开关信号TG1关闭传输晶体管171A。
在一些实施方式中，读出电路可被制作于另一基底，且通过芯片/晶圆接合或堆叠与光侦测组件100a整合/共同封装。
在一些实施方式中，光侦测装置操作于一帧率不超过每秒1000帧(FPS)的一CMOS影像传感器。
图2F显示依据一些实施方式的光侦测装置的电路的示意图。图2F的光侦测装置200f类似于图2E的光侦测装置200e。其差异说明如下。
光侦测装置200f的读出电路还包含在传输晶体管171A及电容150A间的一电压控制晶体管130A。电压控制晶体管130A配置为一电流缓冲器。具体而言，电压控制晶体管130A的一输出端子耦合至电容150A的输入端子，且电压控制晶体管130A的一输入端子耦合至传输晶体管171A的输出端子。电压控制晶体管130A的控制端子耦合至控制电压VC1。
由于电压控制晶体管130A耦接在传输晶体管171A及电容150A之间，传输晶体管171A的输出端子及电容150A的输入端子分开的。当电压控制晶体管130A被操作于次临界或饱和区时，传输晶体管171A的输出端子可被控制或被偏压于一定电压VA1以降低光侦测组件100a所产生的暗电流。
图3A显示依据一些实施方式的光侦测组件的俯视图。图3B显示依据一些实施方式的沿图3A的A-A’直线的剖视图。光侦测组件包含一吸收区10及支撑吸收区10的一基底20。吸收区10类似于图1A所示的吸收区10。基底20类似于图1A所示的基底20。图3A的光侦测组件300a与图1A的光侦测组件100a的差异说明如下。光侦测组件300a包含电耦合至吸收区10且部分地形成于载子导通层(也即在一些实施方式中的基底20)中的一第一开关(未标示)及一第二开关(未标示)。第一开关包含一控制区C1，此控制区C1包含一控制电极340a。第一开关还包含与控制电极340a分离的一读出电极330a。第二开关包含一控制区C2，此控制区C2包含一控制电极340b。第二开关还包含与控制电极340b分离的一读出电极330b。在一些实施方式中，读出电极330a、330b及控制电极340a、340b形成于基底20的第一表面21之上且与吸收区10分离。在一些实施方式中，读出电极330a及读出电极330b设置于吸收区10的相对侧。在一些实施方式中，多个控制电极的一者与吸收区的一或多个侧表面之间的最近距离在0.1μm与20μm之间。
在一些实施方式中，一光侦测装置包含一像素，此像素包含如上述的光侦测组件300a，且像素还包含两个控制信号，例如一第一控制信号及一第二控制信号，分别控制控制区C1、C2以用来控制吸收区10中已吸收的光子所产生的电子或空穴的移动方向。在一些实施方式中，第一控制信号与第二控制信号不同。例如，当电压被使用时，若多个控制信号的一者相对于控制信号的另一者被偏压，一电场产生于控制电极340a、340b正下方的两个部分之间以及吸收区10中，且根据电场的方向，吸收区10中的自由载子会往两个读出电极330b、330a正下方部分的一者漂移。在一些实施方式中，第一控制信号包含一第一相位，第二控制信号包含一第二相位，其中第一控制相位与第二控制相位不重叠。在一些实施方式中，第一控制信号固定在一电压值V，而第二控制信号交替变化在电压值V±△V之间。在一些实施方式中，△V由一变化电压信号所产生，例如操作在0V与3V之间的正弦波信号、频率信号或脉冲信号。偏压值的方向决定吸收区10所产生的载子的漂移方向。控制信号调制(modulated)信号。
在一些实施方式中，第一开关包含位在读出电极330a之下的一第一掺杂区302a。第二开关包含位在读出电极330b之下的一第一掺杂区302b。在一些实施方式中，第一掺杂区302a、302b具有与吸收区10的导电类型不同的一导电类型。在一些实施方式中，第一掺杂区302a、302b包含一掺杂物及具有一峰值掺杂浓度的一掺杂曲线。在一些实施方式中，第一掺杂区302a、302b的峰值掺杂浓度高于第二峰值掺杂浓度。在一些实施方式中，第一掺杂区302a、302b的峰值掺杂浓度取决于读出电极330a、330b的材料及基底20的材料，例如，峰值掺杂浓度可在5×1018cm-3至5×1020cm-3之间。第一掺杂区302a、302b载子收集区，用来收集根据两个控制信号的控制而从吸收区10产生的具有第一型的载子。
在一些实施方式中，吸收功能及载子控制功能，例如载子的解调制及载子的收集分别操作于吸收区10及载子导通层(也即在一些实施方式中的基底20)。
在一些实施方式中，光侦测组件300a可包含一第二掺杂区108及一第二电极60，其等分别类似于图1A的第二掺杂区108及第二电极60。第二掺杂区108用于排除具有第二型的载子，第二型相反于第一型，具有第二型载子在光侦测组件操作时，未被第一掺杂区302a、302b收集。在一些实施方式中，相对于通过第二电极60的一轴，控制电极340a对称于控制电极340b。在一些实施方式中，相对于通过第二电极60的一轴，读出电极330a对称于读出电极330b。控制电极340a、340b、读出电极330a、330b及第二电极60都设置载子导通层的第一表面之上。也即，控制电极340a、340b、读出电极330a、330b及第二电极60在载子导通层(也即在一些实施方式中的基底20)的相同侧之上。
在一些实施方式中，光侦测组件300a的基底20包含一导通区201，其类似于图1A所示的导通区201。其差异说明如下。在一些实施方式中，由光侦测组件300a的剖视图观之，导通区201的一宽度可大于两个读出电极330a、330b之间的一距离。在一些实施方式中，导通区201与整个第一掺杂区302a、302b重叠。在一些实施方式中，导通区201的一宽度可小于两个读出电极330a、330b之间的一距离，且大于两个控制电极340a、340b之间的一距离。在一些实施方式中，导通区201与第一掺杂区302a的一部分及第一掺杂区302b的一部分重叠。由于导通区201与第一掺杂区302a的至少一部分及第一掺杂区302b的至少一部分重叠，由吸收区10产生的具有第一型的载子可被限制于导通区201中且根据两个控制信号的控制往第一掺杂区302a、302b的一者移动。例如，若第一掺杂区302a、302b为n型，导通区201为n型，第二掺杂区108为p型，由吸收区10产生的电子可被限制于导通区201且根据两个控制信号的控制往第一掺杂区302a、302b的一者移动，而空穴可往第二掺杂区108移动且可进一步被一电路排除。
在一些实施方式中，光侦测装置包含一像素阵列，此像素阵列包含多个重复的像素。在一些实施方式中，像素阵列可为像素的一维或二维阵列。
一对比例的光侦测组件包含与如图3A的光侦测组件300a实质相同的结构。其差异在于，在对比例的光侦测组件中，吸收区10的掺杂浓度不高于基底20的第二峰值掺杂浓度，且第二掺杂物在异质界面的掺杂浓度不低于第一掺杂物在异质界面的掺杂浓度。
依据一对比例的光侦测组件及光侦测组件300a的详细内容表列于表7及表8。
表7依据一对比例的光侦测组件的详细内容
吸收区的导电类型 p型
第一峰值掺杂浓度 1×1015cm-3
基底的导电类型 n型
第二峰值掺杂浓度 1×1015cm-3
参考光电流 1×10-6A
表8光侦测组件300a的详细内容
参考表9及表10，相较于对比例，由于光侦测组件300a中的吸收区10的第一峰值掺杂浓度高于基底20的第二峰值掺杂浓度，光侦测组件300a可具有较低的暗电流，例如，至少低100倍。
表9对比例的结果
电流量测于： 第二电极60@0V 控制电极330b@3.2V 读出电极340b@3.3V
不具有入射光 ～L ～L ～D
具有入射光 ～L ～L ～P
单位：任意单位
表10光侦测组件300a的结果
电流量测于： 第二电极60@0V 控制电极330b@3.2V 读出电极340b@3.3V
不具有入射光 ～10L ～10L ～0.01D
具有入射光 ～10L ～10L ～0.9P
单位：任意单位
在一些实施方式中，一电压可被施加至第二电极60。在一些实施方式中，电压施加至第二电极60可降低第二掺杂区108与控制区C1、C2之间的一漏电流。在一些实施方式中，当操作光侦测组件300a时，上述电压在施加至控制电极340a的电压及施加至控制电极340b的电压之间。
图4A显示依据一些实施方式的光侦测组件的俯视图。图4B显示依据一些实施方式的沿图4A的A-A’直线的剖视图。图4C显示依据一些实施方式的沿图4A的B-B’直线的剖视图。图4A的光侦测组件400a类似于图3A的光侦测组件300a。其差异说明如下。
参考图4A及图4B所示，第二掺杂区108在基底20中。换言之，第二掺杂区108的第四峰值掺杂浓度位在基底20中。第二掺杂区108在基底20的第一表面21之下且与吸收区10直接接触，例如，第二掺杂区108可与吸收区10的多个侧表面13的一者接触或重叠。其结果是，未被第一掺杂区302a、302b收集的具有第二型的载子可通过吸收区10与基底20间的异质界面从吸收区10往第二掺杂区108移动。
例如，若第一掺杂区302a、302b为n型，导通区201为n型，第二掺杂区108为p型，由吸收区10产生的电子可被限制于导通区201且根据两个控制信号的控制往第一掺杂区302a、302b的一者移动，而空穴可通过吸收区10及基底20间的异质界面往第二掺杂区108移动且可进一步被一电路排除。
第二电极60在基底20的第一表面21之上。通过使第二掺杂区108在基底20中，而非在吸收区10中，第二电极60、读出电极330a、330b及控制电极340a、340b都可共平面地形成在基底20的第一表面21之上。因此，第二电极60与四个电极330a、330b、340a、340b任二者间的高度差可被减少，由此之后的制作制程可因此种设计而受益。除此之外，吸收区10的吸收光信号的区域可较大。
图5A显示依据一些实施方式的光侦测组件的俯视图。图5B显示依据一些实施方式的沿图5A的A-A’直线的剖视图。图5C显示依据一些实施方式的沿图5A的B-B’直线的剖视图。图5A的光侦测组件500a类似于图4A的光侦测组件400a。其差异说明如下。读出电极330a、330b及控制电极340a、340b设置于吸收区10的相同侧，由于载子被强制通过多个侧表面13的一者从吸收区10移出，因而可改善光侦测组件400a的对比度。在一些实施方式中，读出电极330a、330b间的沿一方向Y的一距离可大于控制电极340a、340b间的沿一方向Y的一距离。在一些实施方式中，读出电极330a、330b间的沿一方向Y的一距离可实质上等于控制电极340a、340b间的沿一方向Y的一距离。
图6A显示依据一些实施方式的光侦测组件的俯视图。图6B显示依据一些实施方式的沿图6A的A-A’直线的剖视图。图6A的光侦测组件600a类似于图5A的光侦测组件500a，例如，读出电极330a、330b及控制电极340a、340b设置于吸收区10的相同侧。其差异说明如下。
参考图6A及图6B所示，第二掺杂区108在基底20中。换言之，第二掺杂区108的第四峰值掺杂浓度位在基底20中。第二掺杂区108在基底20的第一表面21之下且与吸收区10直接接触，例如，第二掺杂区108可与吸收区10的多个侧表面13的一者接触或重叠。其结果是，未被第一掺杂区302a、302b收集的具有第二型的载子可通过吸收区10与基底20间的异质界面从吸收区10往第二掺杂区108移动。第二电极60在基底20的第一表面21之上。吸收区10在第二电极60及四个电极330a、330b、340a、340b之间。
通过使第二掺杂区108在基底20中，而非在吸收区10中，第二电极60及四个电极330a、330b、340a、340b都可共平面地形成在基底20的第一表面21之上。因此，第二电极60与四个电极330a、330b、340a、340b任二者间的高度差可被减少，由此之后的制作制程可因此设计而受益。除此之外，吸收区10的吸收光信号的区域可较大。
在一些实施方式中，导通区201可与整个第一掺杂区302a、302b重叠。
图6C显示依据一些实施方式的光侦测组件的俯视图。图6D显示依据一些实施方式的沿图6C的A-A’直线的剖视图。图6E显示依据一些实施方式的沿图6C的B-B’直线的剖视图。图6C的光侦测组件600c类似于图6A的光侦测组件600a。其差异说明如下。光侦测组件600c还包含一限制区180，此限制区180在吸收区10及第一掺杂区302a、302b之间以覆盖吸收区10与基底20间的异质界面的至少一部分。限制区180具有一导电类型，其与第一掺杂区302a、302b的导电类型不同。在一些实施方式中，限制区180包含一掺杂物，其具有一峰值掺杂浓度。峰值掺杂浓度等于或大于1×1016cm-3。导通区201具有一通道181，其穿透限制区180，藉以保持导通区201的一部分与吸收区10直接接触而让光载子从吸收区10往第一掺杂区302a、302b移动。也即，通道181未被限制区180覆盖。在一些实施方式中，限制区180的峰值掺杂浓度低于导通区201的第二峰值掺杂浓度。在一些实施方式中，限制区180的峰值掺杂浓度高于导通区201的第二峰值掺杂浓度。例如，当光侦测组件配置以收集电子时，限制区180为p型，第一掺杂区302a、302b为n型。在光载子从吸收区10被产生后，空穴会通过第二掺杂区108及第二电极60被排除，且电子会被限制区180所限制而通过通道181从吸收区10往第一掺杂区302a、302b的一者移动，而不是从吸收区10及基底20间的整个异质界面移出。因此，光侦测组件600c通过包含在吸收区10与第一掺杂区302a、302b间的限制区180可具有改善的解调制对比。
图6F显示依据一些实施方式的光侦测组件的俯视图。图6F的光侦测组件600f类似于图6C的光侦测组件600c。其差异在于，限制区180延伸以覆盖吸收区10的两个其他侧表面13，由此更限制载子于吸收区10的多个侧表面13的一者通过通道181，而不是从吸收区10的其他侧表面13移出。在一些实施方式中，限制区180的峰值掺杂浓度低于第二掺杂区108的峰值掺杂浓度。在一些实施方式中，限制区180及第二掺杂区108由两个不同的制作制程步骤形成，例如利用不同的屏蔽。
图6G显示依据一些实施方式的光侦测组件的俯视图。图6G的光侦测组件600g类似于图6F的光侦测组件600f。其差异在于，第二掺杂区108可作用如图6F的限制区180。换言之，第二掺杂区108可排除未被第一掺杂区302a、302b收集的载子，且可同时限制欲被收集的载子经过位于吸收区10的多个侧表面13的一者的通道181往第一掺杂区302a、302b的一者，而不是从吸收区10的其他侧表面13移出。
图7A显示依据一些实施方式的光侦测组件的俯视图。图7B显示依据一些实施方式的沿图7A的A-A’直线的剖视图。光侦测组件700a类似于图3A的光侦测组件300a。其差异说明如下。在一些实施方式中，光侦测组件包含电耦合至吸收区10且部分地形成于基底20的N个开关，其中N正整数且≥3。例如，N可为3、4、5等。在一些实施方式中，光侦测装置的像素还包含Y个彼此不同的控制信号，其中3≦Y≦N且Y是正整数，控制信号的各者控制一或多个光侦测组件700a的控制区。在一些实施方式中，控制信号的各者包含一相位，其中多个控制信号的一者的相位不与控制信号的另一者的相位重叠。参考图7A及图7B所示，在一些实施方式中，光侦测组件700a包含电耦合至吸收区10且部分地形成于基底20的四个开关(未标示)。开关的各者包含一控制区C1、C2、C3、C4，各控制区包含一控制电极340a、340b、340c、340d。开关的各者还包含与控制电极340a、340b、340c、340d分离的一读出电极330a、330b、330c、330d。在一些实施方式中，读出电极330a、330b、330c、330d及控制电极340a、340b、340c、340d形成于基底20的一第一表面21之上，且与吸收区10分离。
在一些实施方式中，四个开关分别设置于四个侧表面13处。
在一些实施方式中，开关的各者分别包含位于读出电极330a、330b、330c、330d之下的一第一掺杂区(未显示)，第一掺杂区类似于如图3A所示的第一掺杂区302a、302b。
在一些实施方式中，光侦测装置的像素包含四个控制信号用来分别控制控制区C1、C2、C3、C4，藉以控制吸收区10产生的电子或空穴的移动方向。例如，当电压被使用，若控制控制区C1的控制信号相对于其他控制信号被偏压，一电场产生于控制电极340a、340b、340c、340d正下方的四个部分之间以及吸收区10中，且根据电场的方向，吸收区10中的自由载子往位于读出电极330b、330a、340c、340d之下的多个第一掺杂区的一者漂移。在一些实施方式中，控制信号的各者具有彼此不重叠的一相位。
在一些实施方式中，导通区201可为任何合适的形状，例如矩形或正方形。
图7C显示依据一些实施方式的光侦测组件的俯视图。光侦测组件700c类似于图7A的光侦测组件700a。其差异说明如下。读出电极330a、330b、330c、330d及控制电极340a、340b、340c、340d的排列方式不同。例如，四个开关分别设置于吸收区10的四个角落。
图7D显示依据一些实施方式的光侦测组件的俯视图。光侦测组件700d类似于图7A的光侦测组件700a。其差异说明如下。光侦测组件700d包含电耦合至吸收区10且部分地形成于基底20的八个开关(未标示)。类似地，开关的各者包含控制区(未标示)，各控制区包含一控制电极340a、340b、340c、340d、340e、340f、340g、340h，且开关的各者包含与控制电极340a、340b、340c、340d、340e、340f、340g、340h分离的一读出电极330a、330b、330c、330d、340e、340f、340g、340h。
在一些实施方式中，一光侦测装置包含一像素，此像素包含如上述的光侦测组件700d，而像素包含彼此不同的多个控制信号且控制光侦测组件700d的多个开关。也即，在一相同的像素中，控制信号的一数量小于开关的一数量。例如，像素可包含彼此不同的两个控制信号，且控制信号的各者控制两个开关。例如，控制电极340a及控制电极340b可电耦合至相同的控制信号且被相同的控制信号所控制。在一些实施方式中，像素可包含多个控制信号分别控制各个开关。也即，在一相同的像素中，控制信号的一数量等于开关的一数量。例如，光侦测装置的像素包含彼此不同的八个控制信号，且分别控制光侦测组件700d的各个开关。
图7E显示依据一些实施方式的光侦测组件的俯视图。光侦测组件700e类似于图7D的光侦测组件700d。其差异说明如下。读出电极330a、330b、330c、330d、340e、340f、340g、340h及控制电极340a、340b、340c、340d、340e、340f、340g、340h的排列方式不同。例如，八个开关的每两个开关分别设置于吸收区10的四个角落。导通区201可以是，但不限于，八边形。
图8A显示依据一些实施方式的光侦测组件的俯视图。图8B显示依据一些实施方式的沿图8A的A-A’直线的剖视图。图8A的光侦测组件800a类似于图7A的光侦测组件700a。其差异说明如下。第二掺杂区108在基底20中。换言之，第二掺杂区108的第四峰值掺杂浓度位在基底20中。在一些实施方式中，第二掺杂区108包含彼此分离且与吸收区10直接接触的多个子区108a、108b、108c、108d，例如，子区108a、108b、108c、108d可与吸收区10的侧表面13的至少一部分接触或重叠。其结果是，吸收区10所产生且未被第一掺杂区收集的载子，可通过吸收区10与基底20间的异质界面从吸收区10往多个子区108a、108b、108c、108d的一者或多者移动。在一些实施方式中，子区108a、108b、108c、108d不在吸收区10与任何开关的第一掺杂区间，由此避免阻碍欲被收集的载子从吸收区10往多个第一掺杂区的一者移动的路径。例如，在一些实施方式中，多个子区108a、108b、108c、108d分别设置于吸收区10的四个角落，且四个开关分别设置于四个侧表面13，由此空穴从吸收区10往多个子区108a、108b、108c、108d的一者或多者移动的路径、及电子从吸收区10往多个第一掺杂区的一者移动的路径不同的路径。
在一些实施方式中，第二电极60包含分别电耦合至子区108a、108b、108c、108d的子电极60a、60b、60c、60d。子电极60a、60b、60c、60d设置于基底20的第一表面21之上。
通过使第二掺杂区108在基底20中，而非在吸收区10中，子电极60a、60b、60c、60d、读出电极330a、330b、330c、330d及控制电极340a、340b、340c、340d都可共平面地形成在基底20的第一表面21之上。因此，在子电极60a、60b、60c、60d、读出电极330a、330b、330c、330d及控制电极340a、340b、340c、340d中，任二者间的高度差可被减少，由此之后的制作制程可因此种设计而受益。除此之外，吸收区10的吸收光信号的区域可较大。
图8C显示依据一些实施方式的光侦测组件的俯视图。图8C的光侦测组件800c类似于图8A的光侦测组件800a。其差异说明如下。读出电极330a、330b、330c、330d及控制电极340a、340b、340c、340d的排列方式不同，子电极60a、60b、60c、60d的排列方式不同，以及子区108a、108b、108c、108d的排列方式不同。例如，四个开关分别设置于吸收区10的四个角，而子区108a、108b、108c、108d及子电极60a、60b、60c、60d分别设置于吸收区10的各个侧表面13。
图8D显示依据一些实施方式的光侦测组件的俯视图。光侦测组件800d类似于图8A的光侦测组件800a。其差异说明如下。光侦测组件800d包含电耦合至吸收区10且部分地形成于基底20的八个开关(未标示)，其类似于图7D的光侦测组件700d。光侦测装置的像素也包含如图7D所述的多个控制信号。
图8E显示依据一些实施方式的光侦测组件的俯视图。光侦测组件800e类似于图8D的光侦测组件800d。其差异说明如下。读出电极330a、330b、330c、330d、340e、340f、340g、340h及控制电极340a、340b、340c、340d、340e、340f、340g、340h的排列方式不同，子电极60a、60b、60c、60d的排列方式不同，子区108a、108b、108c、108d的排列方式不同。例如，八个开关的每两个开关分别设置于吸收区10的四个角，子区108a、108b、108c、108d及子电极60a、60b、60c、60d分别设置于吸收区10的各个侧表面13。
图9A显示依据一些实施方式的光侦测装置的示意图。光侦测装置900a包含一像素(未标示)及电耦合至像素的一行汇流排。像素包含一光侦测组件及电耦合至光侦测组件及行汇流排的多个读出电路(未标示)。光侦测组件可为图3A至图3B、图4A至图4C、图5A至图5C、图6A至图6G、图7A至图7E及图8A至图8E的任一光侦测组件，例如，图3B的光侦测组件300a表示于图9A。多个读出电路的各者类似于如图2E所述的读出电路。其差异说明如下。多个读出电路的各者分别电耦合至光侦测组件的多个开关的各个第一掺杂区以处理具有第一型的载子。例如，若第一掺杂区n型，读出电路处理由各个第一掺杂区收集到的电子作进一步应用。
读出电路的数量与开关的数量相同。也即，光侦测组件包含电耦合至吸收区10且部分地形成于基底20的N个开关，光侦测装置的像素还包含耦合至光侦测组件的Z个读出电路，其中Z＝N。例如，图3A至图3B、图4A至图4C、图5A至图5C、图6A至图6G的光侦测组件的开关的数量为两个，读出电路的数量即为两个。又例如，图7A至图7C及图8A至图8C的光侦测组件的开关的数量为四个，读出电路的数量即为四个。另一例，图7D至图7E及图8D至图8E的光侦测组件的开关的数量为八个，读出电路的数量即为八个。
图9B显示依据一些实施方式的光侦测装置的示意图。光侦测装置900b类似于如图9A的光侦测装置900a。其差异说明如下。类似于如图2F所述的读出电路，光侦测装置900b的读出电路还包含在光侦测组件300a的第一/第二开关与电容150A间的一电压控制晶体管130A。
图10A显示依据一些实施方式中的光侦测组件的剖视图。光侦测组件包含一吸收区10及支撑吸收区10的基底20。吸收区10类似于如图1A的吸收区10。基底20类似于如图1A的基底20。图10A的1000a与图1A的光侦测组件100a的差异说明如下。在一些实施方式中，光侦测组件1000a还包含与吸收区10分离且在基底20中的一第一接触区204。光侦测组件1000a还包含在吸收区10中的一第二接触区103。
在一些实施方式中，第二接触区103具有一导电类型。第一接触区204具有一导电类型，其与第二接触区103的导电类型不同。在一些实施方式中，第二接触区103包含一掺杂物，此掺杂物具有一峰值掺杂浓度，其高于吸收区10的第一峰值掺杂浓度，例如，其可介于1×1018cm-3与5×1020cm-3。在一些实施方式中，第一接触区204包含一掺杂物，此掺杂物具有一峰值掺杂浓度，其高于基底20的第二峰值掺杂浓度，例如，其可介于1×1018cm-3与5×1020cm-3。在一些实施方式中，第二接触区103沿方向D1不配置在第一接触区204之上，此方向D1实质上垂直于基底20的第一表面21。
光侦测组件包含耦合至第一接触区204的一第一电极140及耦合至第二接触区103的一第二电极160。第二电极160在吸收区10的第一表面11之上。第一电极140在基底20的第一表面21之上。在一些实施方式中，光侦测组件1000a的基底20包含类似于图1A的导通区201的一导通区201。
在一些实施方式中，光侦测组件1000a还包含在基底20中的一第三接触区208。在一些实施方式中，第三接触区208在第二接触区103与第一接触区204间。第三接触区208具有一导电类型，其与第二接触区103的导电类型相同。第三接触区208包含与第一接触区204的导电类型不同的一导电类型。在一些实施方式中，第三接触区208包含一掺杂物，此掺杂物具有一峰值掺杂浓度，其高于导通区201的第二峰值掺杂浓度，例如，其可在1×1018cm-3与5×1020cm-3之间。
在一些实施方式中，基底20的第一表面21与第一接触区204具有峰值掺杂浓度的一位置间的一距离小于30nm。在一些实施方式中，基底20的第一表面21与第三接触区208具有峰值掺杂浓度的一位置间的一距离小于30nm。
在一些实施方式中，第三接触区208可与导通区201完全地重叠。第三接触区208及第一接触区204都在基底20的第一表面21之下。
在一些实施方式中，光侦测组件还包含电耦合至第三接触区208的一第三电极130。第三电极130及第一电极140共平面地形成于基底20的第一表面21之上，由此第三电极130与第一电极140间的一高度差可被减少，之后的制作制程可因而受益。
根据电耦合至光侦测组件1000a的电路及/或光侦测组件1000a的操作方式，光侦测组件1000a可为一锁定像素(lock-in pixel)或一雪崩光敏晶体管。
例如，若光侦测组件1000a作为锁定像素，第三接触区208及第一接触区204可被视为一开关。一读出电路通过第一电极140电耦合至第一接触区204，用来控制开关的开启与关闭状态的一控制信号(也即一调制信号)通过第三电极130电耦合至第三接触区208，且一电压或接地可被施加至第二接触区103以用来排除未被第一接触区204收集的载子。锁定像素可被包含于一间接飞行时间系统(indirect TOF system)中。
在一些实施方式中，若光侦测组件1000a作为雪崩光敏晶体管，第三接触区208与第一接触区204间的基底20的部分或导通区201的部分(即载子通过的部分)在光侦测组件1000a操作时作为倍增区M。在倍增区M中，光载子通过开始雪崩倍增(avalanchemultiplication)的连锁反应的碰撞游离来产生额外的电子及空穴。其结果是，光侦测组件1000a具有一增益值。在一些实施方式中，基底20同时支撑吸收区10且可通过雪崩倍增放大载子。在一些实施方式中，第三接触区208可为一电荷区。雪崩光敏晶体管可被包含于一直接飞行时间系统(direct TOF system)中。
一种用于操作如图10A的可收集电子的光侦测组件1000a的方法包含以下步骤。施加一第一电压至一第一电极140，施加一第二电压至一第二电极160，及施加一第三电压至一第三电极130以产生一第一总电流，并在第一电极140及第三电极130间形成一反向偏压p-n结，以及在吸收区10接收一入射光以产生一第二总电流，其中第二总电流大于第一总电流。
在一些实施方式中，第一电压大于第二电压。在一些实施方式中，第三电压在第一电压与第二电压之间。
在一些实施方式中，第一总电流包含一第一电流及一第二电流。第一电流自第一电极140流往第三电极130。第二电流自第一电极140流往第二电极160。
在一些实施方式中，第二总电流包含一第三电流。第三电流自第一电极140流往第二电极160。
在一些实施方式中，第二总电流包含第三电流及一第四电流。第四电流自第一电极140流往第三电极130。
在一些实施方式中，施加至第一电极的第二电压例如为0伏特。
在一些实施方式中，第三电压可被选择以将光载子自吸收区10扫至倍增区(也即在第三接触区208与第一接触区204间的基底20的部分或导通区201的部分)。在一些实施方式中，第二电压及第三电压间的一电压差小于第一电压及第三电压间的一电压差，以促进光载子自吸收区10移动至基底20中的倍增区，藉以倍增光载子。例如，当施加至第二电极160的第二电压为0伏特，施加至第三电极130的第三电压为1伏特时，施加至第一电极140的第一电压可为7伏特。
在一些实施方式中，第一电压及第三电压间的一电压差小于光侦测组件1000a的雪崩崩溃电压，在此电压差下光侦测组件1000a开始雪崩倍增的连锁反应，以在一线性模式操作倍增区。
在一些实施方式中，第一电压及第三电压间的一电压差大于光侦测组件1000a的雪崩崩溃电压，在此电压差下光侦测组件1000a开始雪崩倍增的连锁反应，以在一盖格模式操作倍增区。
在一些实施方式中，第一接触区204所收集的载子可进一步由电耦合至光侦测组件1000a的一电路来处理。
在一些实施方式中，第一接触区204未收集的载子可往第二接触区103移动，且可进一步由电耦合至光侦测组件1000a的一电路来排除。
类似地，通过吸收区10及载子导通层(也即在一些实施方式中的基底20)的浓度与材料的设计，光侦测组件1000a可具有低暗电流。
图10B显示依据一些实施方式中的光侦测组件的俯视图。图10C显示依据一些实施方式中的沿图10B的A-A’直线的剖视图。图10B的光侦测组件1000b类似于图10A的光侦测组件1000a。其差异说明如下。较佳地，光侦测组件1000b作为雪崩光敏晶体管。光侦测组件1000b还包含与基底20整合的一调整件203。调整件203用来调整倍增发生于基底20的位置。在一些实施方式中，调整件203的电阻率高于基底20的电阻率以调整倍增发生于基底20的位置。因此，更多载子可通过最强电场所在处，以增加雪崩倍增增益值。
例如，调整件203形成于基底20的第一表面21的一沟槽。沟槽可阻挡载子通过基底20的一定义区，由此减少载子在基板通过的区域。沟槽具有一深度，且深度对基底20的厚度的比例可在10％与90％之间。第一接触区204于沟槽中外露以电耦合至第一电极140。在一些实施方式中，沟槽的一宽度可大于、实质上等于或小于第一接触区204的一宽度。在一些实施方式中，沟槽的一宽度可大于第一接触区204的一宽度以迫使载子通过邻近第一接触区204的高电场区。
通过调整件203，载子(例如，电子)被迫通过倍增区(最强电场所在处，例如邻近第一接触区204的区)而增加雪崩倍增增益值。
在一些实施方式中，第一电极140形成于沟槽中。第三电极130与第一电极140间有一高度差。
在一些实施方式中，导通区201可与第三接触区208分离、可与第三接触区208的一部分重叠、可与整个第三接触区208重叠、接触沟槽的角落、或者与第二接触区204部分地重叠。
在一些实施方式中，一绝缘材料可被填充于沟槽中。
图10D显示依据一些实施方式中的光侦测组件的俯视图。图10E显示依据一些实施方式中的沿图10D的A-A’直线的剖视图。图10F显示依据一些实施方式中的沿图10D的B-B’直线的剖视图。图10D的光侦测组件1000d类似于图10B的光侦测组件1000b。其差异说明如下。在一些实施方式中，基底20的第一表面21与第三接触区208具有峰值掺杂浓度的一位置间的一距离大于30nm。在一些实施方式中，光侦测组件1000d还包含形成于基底20的第一表面21且将第三接触区208外露的一凹部205。第三电极130形成于凹部205中，并电耦合至第三接触区208。由于基底20的第一表面21与第三接触区208具有峰值掺杂浓度的一位置间的距离大于30nm，第三接触区208与第一接触区204间的一距离较短，因而进一步地限制载子的行经距离，由此迫使得更多载子通过最强电场所在处。因此，雪崩倍增增益值进一步增加。在一些实施方式中，一绝缘材料可填充至凹部205中。第一电极可包含互连件(interconnects)或插塞。
图10G显示依据一些实施方式中的光侦测组件的剖视图。图10G的光侦测组件1000g类似于图10D的光侦测组件1000d。其差异说明如下。在一些实施方式中，光侦测组件1000g包含多个第三接触区208及多个第一接触区204。第三接触区208及多个第一接触区204是一交错状的排列。通过此种设计，多个倍增区可被形成在多个第三接触区208及多个第一接触区204之间，相比于光侦测组件1000d可提供一较均匀的电场曲线。更甚者，载子主要沿实质上垂直基底20的第一表面21的方向D1漂移，因垂直的传输距离通常较短，故光侦测组件1000g的速度可增加。
在一些实施方式中，第二接触区103沿实质上垂直基底20的第一表面21的方向D1配置于第一接触区204之上。在一些实施方式中，两个最外侧的第三接触区208间的一最大距离d2大于导通区201的一宽度w3，因而迫使由吸收区10产生载子通过多个第三接触区208及多个第一接触区204间的多个倍增区，而非往其他基底20中的非期望区移动。
在一些实施方式中，多个第三接触区208可彼此分离。在一些实施方式中，多个第一接触区204可彼此分离。在一些实施方式中，多个第三接触区208可为一连续区。在一些实施方式中，多个第一接触区204可为一连续区。
在一些实施方式中，由一第一平面(未显示)的一俯视图观之，第一接触区204可为一指叉状的排列。在一些实施方式中，由与第一平面不同的一第二平面(未显示)的一俯视图观之，第三接触区208可为一指叉状的排列。
在一些实施方式中，由光侦测组件1000g的沿另一平面的另一剖视图观之，一或多个第三电极130可通过任何合适的结构(例如，导通孔)电耦合至第三接触区208。在一些实施方式中，由光侦测组件1000g的沿另一平面的另一剖视图观之，一或多个第一电极140可通过任何合适的结构(例如，导通孔)电耦合至第一接触区204。
图10H显示依据一些实施方式中的光侦测组件的剖视图。图10H的光侦测组件1000h类似于图10A的光侦测组件1000a。其差异说明如下。
光侦测组件1000h还包含一中间掺杂区210，其在基底20中且可与导通区201部分地重叠。中间掺杂区210具有一导电类型，其与第三接触区208的导电类型相同。中间掺杂区210包含一掺杂物，此掺杂物具有一峰值掺杂浓度，其低于第三接触区208的峰值掺杂浓度，例如，其可在1×1016cm-3与1×1018cm-3之间。
光侦测组件1000h还包含在基底20中的一下部掺杂区212。下部掺杂区212具有与第一接触区204的导电类型相同的一导电类型。下部掺杂区212包含一掺杂物，此掺杂物具有一峰值掺杂浓度，其低于第一接触区204的峰值掺杂浓度，例如，其可在1×1018cm-3与1×1020cm-3之间。
沿实质上垂直于基底20的第一表面21的一方向，中间掺杂区210在下部掺杂区212与第二掺杂区103之间。在一些实施方式中，下部掺杂区212的峰值掺杂浓度所在的一位置深于中间掺杂区210的峰值掺杂浓度的所在位置。
在一些实施方式中，第三接触区208的深度小于第一接触区204的深度。深度沿实质上垂直于基底20的第一表面21的一方向来量测。深度至掺杂物的掺杂曲线到达一特定的浓度的一位置，例如一浓度1×1015cm-3。
在光侦测组件1000h的操作时，一倍增区M可被形成在下部掺杂区212与中间掺杂区210之间。倍增区M配置以自中间掺杂区210接收一或多个电荷载子，且产生一或多个额外的电荷载子。倍增区M具有正交于第一表面21的一厚度，且此厚度足以自吸收区10中产生的一或多个电荷载子再产生一或多个额外的电荷载子。倍增区M的厚度可介于，例如，100-500纳米(nm)之间。厚度可决定倍增区M达到雪崩崩溃的压降。例如，100nm的厚度，其所对应的于倍增区M中到达雪崩崩溃所需的压降约为5-6伏特。另一例，300nm的厚度，其所对应的于倍增区M中到达雪崩崩溃所需的压降约为13-14伏特。
在一些实施方式中，第三接触区208的形状、第一接触区204的形状、第三电极130的形状及第一电极140的形状可以为但不限于一环形。
相比于图10C的光侦测组件1000c，光侦测组件1000h中的倍增区M可被形成于基底20的块体(bulk)区域，如此避免缺陷可能出现于如图10C所示的沟槽表面的情形。其结果是，暗电流可进一步降低。更甚者，第三电极130与第一电极140的一高度差可被减少，由此之后的制作制程可因此种设计而受益。
图10I显示依据一些实施方式中的光侦测组件的剖视图。图10I的光侦测组件1000i类似于图10H的光侦测组件1000h。其差异说明如下。基底20包含一基座部分20a、一上部部分20b及一中间部分20c。中间部分20c在基座部分20a与上部部分20b间。吸收区10、第二接触区103及导通区201在上部部分20b中。第三接触区208在中间部分20c中。第一接触区204在基座部分20a中。上部部分20b具有一宽度，其小于中间部分20c的一宽度，且第三接触区208外露以电耦合至第三电极130。中间部分20c具有一宽度，其小于基座部分20a的一宽度，且第一接触区204外露以电耦合至第一电极140。
中间掺杂区210在中间部分20c中。下部掺杂区212在基座部分20a中。相比于图10C的光侦测组件1000c，光侦测组件1000h中的倍增区M可被形成于中间部分20c的块体区域，如此避免缺陷可能出现于如图10C所示的沟槽表面的情形。其结果是，暗电流进一步降低。
图11A显示依据一些实施方式中的光侦测组件的剖视图。图11A的光侦测组件1100a类似于图10A的光侦测组件1000a。其差异说明如下。
第二掺杂区103在基底20中。换言之，第二掺杂区103的峰值掺杂浓度位在基底20中。在一些实施方式中，第二掺杂区103在基底20的第一表面21之下，且与吸收区10直接接触，例如，第二掺杂区103可与相对于第三接触区208及/或第一接触区204的吸收区10的侧表面13的一者接触或重叠。其结果是，由吸收区10所产生的载子可通过吸收区10与基底20间的异质界面自吸收区10往第二接触区103移动。第二电极160在基底20的第一表面21之上。
通过使第二掺杂区103在基底20中，而非在吸收区10中，第二电极160、第一电极140及第三电极130都可共平面地形成在基底20的第一表面21之上。因此，第二电极160、第三电极130及第一电极140任两者间的高度差可被减少，由此之后的制作制程可因此设计而受益。除此之外，吸收区10的吸收光信号的区域可较大。
图11B显示依据一些实施方式中的光侦测组件的俯视图。图11C显示依据一些实施方式中的沿图11B的A-A’直线的剖视图。图11B的光侦测组件1100b类似于图11A的光侦测组件1100a。其差异说明如下。光侦测组件1100b还包含与基底20整合的一调整件203。调整件203类似于图10B及图10C所述的调整件203。
图11D显示依据一些实施方式中的光侦测组件的俯视图。图11E显示依据一些实施方式中的沿图11D的A-A’直线的剖视图。沿图11D的B-B’直线的剖视图与图10F相同。图11D的光侦测组件1100d类似于图11B的光侦测组件1100b。其差异说明如下。第三接触区208类似于图10D及图10E的第三接触区208。除此之外，光侦测组件1100d还包含一凹部205，其类似于如图10D及图10F所示的凹部205，以及第三电极130形成于凹部205以电耦合至第三接触区208。
图12A显示依据一些实施方式中的光侦测组件的剖视图。图12A的光侦测组件1200a类似于图10C的光侦测组件1000c。其差异说明如下。从光侦测组件的剖视图观之，光侦测组件1200a包含两个第三接触区208、两个第一接触区204、两个第三电极130及两个第一电极140。第三接触区208设置于吸收区10的两个相对侧，两个第三电极130分别电耦合至各个第三接触区208。第一接触区204设置于吸收区10的两个相对侧，多个第一电极140分别电耦合至各个第一接触区204。多个第三接触区208间的一距离小于多个第一接触区204间的一距离。基底20还包含关连于吸收区10的一波导206，以用来导引及/或限制入射光信号通过基底20的一定义区。例如，波导206可为由两个沟槽207所定义的脊部。脊部具有一宽度大于吸收区10的宽度。一入射光信号可被限制并沿脊部传送。沟槽可类似于如图10B及图10C所示的沟槽，也可为如图10B及图10C所示的一调整件203。例如，载子被迫通过最强电场所在的倍增区(例如靠近沟槽各者的角落的区块)，以增加雪崩倍增增益值。类似于图10B及图10C，第一接触区204的各者外露于各个沟槽206中以电耦合至各个第一电极140。
图12B显示依据一些实施方式中的光侦测组件的剖视图。图12B的光侦测组件1200b类似于图12A的光侦测组件1100a。其差异说明如下。第三接触区208类似于如图10D及图10E的第三接触区208。例如，基底20的第一表面21与各第三接触区208具有峰值掺杂浓度的一位置间的一距离大于30nm。
图12C显示依据一些实施方式中的光侦测组件的剖视图。图12C的光侦测组件1200c类似于图10G的光侦测组件1000g。其差异说明如下。光侦测组件1200c还包含与基底20整合的一波导206。波导206类似于图12A所示的波导206。
图13A显示依据一些实施方式中的光侦测组件的剖视图。光侦测组件包含一吸收区10及支撑吸收区10的一基底20。吸收区10类似于如图1A所示的吸收区10。基底20类似于如图1A所示的基底20。图13A的光侦测组件1300a与图1A的光侦测组件100a的差异说明如下。
光侦测组件1300a包含一集电极区1302及与集电极区1302分离的一发射极区1304。在一些实施方式中，集电极区1302在吸收区10中。发射极区1304在吸收区10的外侧并在基底20中。集电极区1302用来收集吸收区10所产生的放大的光载子。集电极区1302具有一导电类型。发射极区1304具有一导电类型，其与集电极区1302的导电类型相同。吸收区10的导电类型与集电极区1302的导电类型相同。例如，吸收区10的导电类型为p型，集电极区1302的导电类型及发射极区1304的导电类型为p型。在一些实施方式中，集电极区1302包含一掺杂物，并具有一掺杂曲线，此掺杂曲线具有一峰值掺杂浓度高于吸收区10的第一峰值掺杂浓度，例如，可介于自5×1018cm-3至5×1020cm-3。
在一些实施方式中，发射极区1304包含一掺杂物，并具有一掺杂曲线，此掺杂曲线具有一峰值掺杂浓度，其高于基底20的第二掺杂物的第二峰值掺杂浓度，例如，可介于自1×1017cm-3至5×1018cm-3。
光侦测组件1300a包含一第一电极1330电耦合至集电极区1302，并包含一第二电极1340电耦合至发射极区1304。第一电极1330作为一集电极电极。第二电极1340作为一发射极电极。
在一些实施方式中，类似于图1A所示的导通区，一导通区(未显示)可形成于载子导通层(也即在一些实施方式中的基底20)。导通区201在发射极区1304与吸收区10之间。在一些实施方式中，导通区201与吸收区10及发射极区1304部分地重叠，以用来限制吸收区10所产生的载子往发射极区1304移动的路径。在一些实施方式中，导通区201具有的一深度，其沿实质上垂直于基底20的第一表面21的一方向从基底20的第一表面21量测。深度第二掺杂物的掺杂曲线到达一特定的浓度的一位置，例如1×1015cm-3。
相似地，通过吸收区10及载子导通层(也即在一些实施方式中的基底20)的材料与浓度的设计，光侦测组件1300a可具有低暗电流。
在一些实施方式中，一种用于操作光侦测组件1300a的方法包含以下步骤。在吸收区10与基底20间产生一反向偏压的PN结，在基底20与发射极区1304间产生一顺向偏压的PN结，并在吸收区10中接收一入射光以产生一放大的光电流。
例如，光侦测组件1300a可包含一p掺杂发射极区1304、一n掺杂基底20、一p掺杂吸收区10及一p掺杂集电极区1302。在p掺杂发射极区1304与n掺杂基底20间的PN结顺向偏压，由此一空穴电流射入n掺杂基底20。在p掺杂吸收区10与n掺杂基底20间的PN结反向偏压，由此射出的空穴电流被第一电极1330收集。当光(例如，在940nm、1310nm或任何合适波长的光)入射于光侦测组件1300a，包含电子及空穴的光载子产生于吸收区10中。光产生的空穴被第一电极1330收集。光产生的电子被导向n掺杂基底20，由于电中性而使得顺向偏压增加。增加的顺向偏压更增加第一电极1330收集的空穴电流，而导致光侦测组件1300a产生的一放大的空穴电流的结果。
因此，集电极区1302所收集的一第二电信号大于吸收区10所产生的第一电信号。由此，光侦测组件1300a具有增益值，因而具有改善的信号噪声比。
在一些实施方式中，一种用于操作可收集空穴的光侦测组件1300a的方法包含以下步骤：施加一第一电压V1至第一电极1330及施加一第二电压V2至第二电极1340以产生自第二电极1340流至第一电极1330的一第一电流，其中第二电压V2高于第一电压V1；以及在吸收区10中接收一入射光，当吸收区10从入射光产生光载子后，产生自第二电极1340流至第一电极1330的一第二电流，其中第二电流大于第一电流。
在一些实施方式中，在一些实施方式中，一种用于操作可收集空穴的光侦测组件1300a的方法包含以下步骤：施加一第二电压V2至第二电极1340以在发射极区1304与基底20间形成一顺向偏压，并形成一第一空穴电流，以及施加一第一电压至第一电极1330以在基底20与吸收区10间形成一反向偏压，并收集一部分的第一空穴电流，其中第二电压V2高于第一电压V1；在吸收区10中接收一入射光以产生包含电子与空穴的光载子；放大一部分的光载子的空穴以产生一第二空穴电流；通过集电极区1302收集一部分的第二空穴电流，其中第二空穴电流大于第一空穴电流。
图13B显示依据一些实施方式中的光侦测组件的剖视图。图13B的光侦测组件1300b类似于图13A的光侦测组件1300a。其差异说明如下。光侦测组件还包含一基极区1308及电耦合至基极区1308的一第三电极1360。第三电极1360作为一基极电极。在一些实施方式中，基极区1308在集电极区1302与发射极区1304之间。基极区1308具有一导电类型，其与集电极区1302的导电类型不同。在一些实施方式中，基极区1308在基底20中。
在一些实施方式中，基极区1308包含一掺杂物，并具有一掺杂曲线，此掺杂曲线具有一峰值掺杂浓度，其高于基底20的第二掺杂物的第二峰值掺杂浓度，例如，可介于自1×1017cm-3至5×1018cm-3。
第三电极1360用于使基极接触区1308偏压。在一些实施方式中，第三电极1360用于排除具有相反型、且在光侦测组件1300b的操作中未被第一电极1330收集的光载子。例如，若光侦测组件1300b配置以收集空穴(进一步由例如电路进行处理)，第三电极1360用于排除电子。因此，光侦测组件1300b可具有改善的信赖度。
在一些实施方式中，一种用于操作可收集空穴的光侦测组件1300b的方法包含以下步骤：施加一第二电压V2至第二电极1340以在发射极区1304与基底20间形成一顺向偏压，并形成一第一空穴电流，以及施加一第一电压至第一电极1330以在基底20与吸收区10间形成一反向偏压，并收集一部分的第一空穴电流，其中第二电压V2高于第一电压V1；施加一第三电压至电耦合至光侦测组件的一基极接触区1308的第三电极60；在吸收区10中接收一入射光以产生包含电子与空穴的光载子；放大一部分的光载子的空穴以产生一第二空穴电流；通过集电极区1302收集一部分的第二空穴电流，其中第三电压V3在第一电压V1与第二电压V2之间。
一反向偏压形成跨过集电极区1302及基极区1308间的p-n结，一顺向偏压形成跨过发射极区1304及基极区1308间的p-n结。在一些实施方式中，施加第三电压V3至第三电极1360的步骤、及施加第一电压V1至第一电极30与施加第二电压V2至第二电极1340的步骤同时操作。
在一些实施方式中，第三电极1360、第一电极1330及第二电极1340的排列方式及基极区1308、集电极区1302及发射极区1304的排列方式可不相同。例如，在一些实施方式中，第二电极1340在第一电极1330与第三电极1360之间。发射极区1304在集电极区1302与基极区1308之间。
图14A显示依据一些实施方式中的光侦测组件的剖视图。光侦测组件可为如上述的任一光侦测组件。光侦测组件还包含在吸收区10的一第一表面11之上的一钝化层1400。在一些实施方式中，钝化层1400还覆盖吸收区10的第一表面11的一部分，且读出电极330a、330b及控制电极340a、340b可在或不在钝化层1400的一第一表面1401之上。在一些实施方式中，吸收区10自基底20的第一表面21突出，且钝化层1400还覆盖吸收区10的自基底20外露的侧表面13。也即，钝化层1400可如图14B所示共形地形成于吸收区10及基底20上。在一些实施方式中，第二电极60形成在钝化层1400的一表面，此表面高于读出电极330a、330b及控制电极340a、340b形成在钝化层1400的一表面。在一些实施方式中，控制电极340a、340b、读出电极330a、330b及第二电极60都设置于载子导通层的第一表面之上。也即，控制电极340a、340b、读出电极330a、330b及第二电极60在载子导通层(也即在一些实施方式中的钝化层1400)的一相同侧，之后的后端制作制程可因此种设计而受益。
钝化层1400可包含非晶硅、多晶硅、外延硅、氧化铝(例如，AlxOy)、氧化硅(例如，SixOy)、氧化锗(例如，GexOy)、硅化锗(例如，GeSi)、氮化硅家族(例如，SixNy)、高介电系数材料(例如，氧化铪(HfOx)，氧化锌(ZnOx)，氧化镧(LaOx)，硅酸镧(LaSiOx)及其任何组合)。钝化层1400的存在可具有各种功效。例如，钝化层1400可作用为吸收区10的一表面钝化层，而可减少由发生在吸收区10的外露表面的缺陷所产生的暗电流或漏电流。在一些实施方式中，钝化层1400可具有在20nm与100nm间的一厚度。图14B显示依据一些实施方式中的沿通过光侦测组件的第二掺杂区108的一线的剖视图。在一些实施方式中，吸收区10中的掺杂区的一部分，例如第二掺杂区108或第二接触区103可形成于钝化层1400的对应部分。也即，掺杂区(例如第二掺杂区108或第二接触区103)的掺杂物可在吸收区10与各个电极间的钝化层1400的对应部分中。
图14C显示依据一些实施方式中的光侦测组件的俯视图。图14D显示依据一些实施方式中的沿图14C的A-A’直线的剖视图。图14E显示依据一些实施方式中的沿图14C的B-B’直线的剖视图。图14C的光侦测组件1400c类似于图3A的光侦测组件300a。其差异说明如下。吸收区10全部嵌入基底20中。光侦测组件1400c包含在吸收区10及基底20上的一钝化层1400，钝化层1400类似于如图14A所示的钝化层1400。在一些实施方式中，钝化层1400的厚度可在100nm与500nm之间。读出电极330a、330b及控制电极340a、340b在钝化层1400的第一表面1401之上，且与吸收区10分离。在一些实施方式中，控制电极340a、340b、读出电极330a、330b及第二电极60共平面地形成在钝化层1400上，由此电极间的高度差可被减少。载子导通层在钝化层1400中，而非在基底20中。也即，异质界面在钝化层1400与吸收区10之间。在一些实施方式中，至少部分地吸收区10的第一表面11与钝化层1400直接接触，由此异质界面形成在吸收区10与钝化层1400间。基底20可为本征材料，且可不限于如图1A的实施方式。
在一些实施方式中，第二掺杂区108类似于如图3A所示的第二掺杂区108。其差异说明如下。第二掺杂区108在钝化层1400中及在吸收区10中。在一些实施方式中，第二掺杂区108具有一深度等于或大于钝化层1400的一厚度，由此以导引具有第二型的载子往第二电极60移动，并进一步由一电路排除。深度沿实质上垂直于钝化层1400的第一表面1401的一方向，从钝化层1400的第一表面1401开始量测。深度至第四掺杂物的掺杂曲线到达一特定的浓度的一位置，例如1×1015cm-3。
类似于如图1A的光侦测组件100a，在一些实施方式中，在吸收区10与载子导通层(也即在一些实施方式中的钝化层1400)间的异质界面的第一掺杂物的一掺杂浓度等于或大于1×1016cm-3。在一些实施方式中，在异质界面的第一掺杂物的掺杂浓度可在1×1016cm-3与1×1020cm-3间或在1×1017cm-3与1×1020cm-3间。在一些实施方式中，在异质界面的第二掺杂物的一掺杂浓度小于在异质界面的第一掺杂物的掺杂浓度。在一些实施方式中，在异质界面的第二掺杂物的掺杂浓度在1×1012cm-3与1×1017cm-3间。
在一些实施方式中，第一掺杂物的渐变的掺杂曲线的浓度从吸收区10的第二表面12至第一表面11逐渐地减少，藉以促进载子(例如电子，若第一掺杂区302a、302b为n型)的移动。
在一些实施方式中，第一开关(未标示)及第二开关(未标示)部分地形成在载子导通层(也即在一些实施方式中的钝化层1400)。在一些实施方式中，第一掺杂区302a、302b在钝化层1400中。在一些实施方式中，第一掺杂区302a、302b的第三峰值掺杂浓度位在钝化层1400中。
在一些实施方式中，第一掺杂区302a、302b各者的深度小于钝化层1400的厚度。深度从钝化层1400的第一表面1401量测至掺杂曲线到达一特定的浓度的一位置，例如1×1015cm-3。
在一些实施方式中，吸收功能及载子控制功能(例如，载子的解调制及载子的收集)分别操作于吸收区10及载子导通层(也即在一些实施方式中的钝化层1400)。
在一些实施方式中，一导通区201可被形成于载子导通层(也即在一些实施方式中的钝化层1400)中。导通区201可类似于如图3A的导通区201，例如导通区201与钝化层1400中的第一掺杂区302a、302b的一部分重叠。其差异说明如下。在一些实施方式中，导通区201具有一深度等于或大于钝化层1400的一厚度，由此以限制并导引具有第一型的载子往第一掺杂区302a、302b的一者移动。深度沿实质上垂直于钝化层1400的第一表面1401的一方向，从钝化层1400的第一表面1401开始量测。深度至第二掺杂物的掺杂曲线到达一特定的浓度的一位置，例如1×1015cm-3。
在一些实施方式中，吸收区10的一宽度小于两个控制电极340a、340b间的一距离，由此可减少两个控制电极340a、340b间的漏电流。图14F显示依据一些实施方式中的光侦测组件的剖视图。图14F的光侦测组件1400f类似于图14E的光侦测组件1400e。其差异说明如下。吸收区10部分地嵌入于基底20中。钝化层1400共形地形成在吸收区10及基底20上以覆盖吸收区10的外露侧表面13。导通区201可包围吸收区10、或与吸收区10的全部表面重叠，也即，与吸收区10的第一表面11、第二表面12及全部侧表面13重叠。
在一些实施方式中，第一掺杂区302a、302b各者的深度大于钝化层1400的一厚度。深度从钝化层1400的第一表面1401起量测至掺杂曲线到达一特定的浓度的一位置，例如1×1015cm-3。在一些实施方式中，第一掺杂区302a、302b各者的深度小于钝化层1400的一厚度。深度从钝化层1400的第一表面1401起量测至掺杂曲线到达一特定的浓度的一位置，例如1×1015cm-3。
图14G显示依据一些实施方式中的光侦测组件的俯视图。图14H显示依据一些实施方式中的沿图14G的A-A’直线的剖视图。图14I显示依据一些实施方式中的沿图14G的B-B’直线的剖视图。图14G的光侦测组件1400g类似于图14C的光侦测组件1400c。其差异说明如下。第二掺杂区108在基底20中。换言之，第二掺杂区108的第四峰值掺杂浓度位在基底20中。在一些实施方式中，第二掺杂区108在钝化层1400的第一表面1401之下，且与吸收区10直接接触，例如，第二掺杂区108可与吸收区10的侧表面13的一者接触或重叠。其结果是，吸收区10所产生的载子可通过吸收区10与基底20间的异质界面自吸收区10往第二掺杂区108移动。第二电极60在钝化层1400的第一表面1401之上。
图14J显示依据一些实施方式中的光侦测组件的俯视图。图14K显示依据一些实施方式中的沿图14J的A-A’直线的剖视图。图14K显示依据一些实施方式中的沿图14J的B-B’直线的剖视图。图14J的光侦测组件1400j类似于图14G的光侦测组件1400g。其差异说明如下。在一些实施方式中，导通区201的一宽度小于两个控制电极340a、340b间的一距离。第二掺杂区108可包围吸收区10的至少一部分。第二掺杂区108可阻碍吸收区10中的光产生的载子到达基底20，以增加光侦测组件1400f的光产生的载子的收集效率。第二掺杂区108也可阻碍基底20中的光产生的载子到达吸收区10，以增加光侦测组件1400j的光产生的载子的速度。第二掺杂区108可包含与吸收区10的材料相同的一材料、与基底20的材料相同的一材料、与吸收区10的材料及基底20的材料的一组合相同的一材料、或与吸收区10的材料及基底20的材料不同的一材料。在一些实施方式中，第二掺杂区108的形状可以但不限于一环形。在一些实施方式中，第二掺杂区108可减少光侦测装置的两个相邻的像素之间的串扰。在一些实施方式中，第二掺杂区108延伸至到达基底20的第一表面21。
图15A显示具有二端子的一增益组件1500a。增益组件1500a包含一轻度掺杂区1510(例如，n区，例如，1e14至1e17 cm-3)、一发射极区1520及一集电极区1530。
集电极区1530用于收集载子，并耦合至一集电极电极(C)。集电极区1530具有一导电类型，例如，重度p掺杂(p++，例如，1e18至1e21 cm-3)。发射极区1520用于发射载子，并耦合至一发射极电极(E)。发射极区1520具有一导电类型，例如，重度p掺杂(p++)。
轻度掺杂区1510、发射极区1520、集电极区1530的材料可为硅、锗、硅锗、或III-V族材料。
一种用于放大增益组件1500a所接收的光载子的方法包含以下步骤：施加一第一电压(例如，一正电压)至发射极电极E；施加一第二电压(例如，一接地)至集电极电极C；一顺向偏压由此被产生跨过发射极区1520与轻度掺杂区1510间的p-n结，一反向偏压由此被产生跨过集电极区1530与轻度掺杂区1510间的p-n结，以自发射极收集一电信号(例如，空穴电流)；在轻度掺杂区1510接收一第一型的载子(例如，来自增益组件1500a外部的电子)，以增加发射极区1520与轻度掺杂区1510间的顺向偏压；通过集电极区1530收集自发射极区1520射出的一第二型的载子(例如，空穴)作为一放大的电信号(例如，一放大的空穴电流)。
其结果是，增益组件根据于轻度掺杂区1510接收的载子于集电极区提供一放大的电信号，以改善信号噪声比。
图15B显示增益组件1500b的另一实施方式，其中发射极区1520由中度掺杂区1540(例如，n+区，例如，1e16至1e19 cm-3)所包围。
图15C显示增益组件1500c的另一实施方式，其中集电极区1530由中度掺杂区1540(例如，n+区，例如，1e16至1e19 cm-3)所包围。
图15D显示增益组件1500d的另一实施方式，其中发射极区1520及集电极区1540由中度掺杂区(例如，n+区，例如，1e16至1e19 cm-3)所包围。
图16A显示具有三端子的一增益组件1600a。增益组件1600a具有一轻度掺杂区1610(例如，n-区)、一发射极区1620、一基极区1640及一集电极区1630。
集电极区1630用于收集载子，且耦合至一集电极电极(C)。集电极区1630具有一导电类型，例如，重度p掺杂(p++)。基极区1640耦合至一基极电极(B)，且具有一导电类型，例如，重度n掺杂(n++)。发射极区1620用于发射载子，且耦合至一发射极电极(E)。发射极区1620具有一导电类型，例如，重度p掺杂(p++)。
轻度掺杂区1610、发射极区1620、基极区1640及集电极区1630的材料可为硅、锗、硅锗、或III-V族材料。
一种用于放大增益组件所接收的光载子的方法包含以下步骤：在发射极电极E与基极电极B间建立一第一电压差以形成一顺向偏压p-n结；在集电极电极C与基极电极B间建立一第二电压差以形成一反向偏压p-n结；在轻度掺杂区1610接收一第一型的载子(例如，来自增益组件1600a外部的电子)；增加第一电压差以形成另一顺向偏压p-n结；通过集电极区1630收集自发射极区1620射出的一第二型的载子(例如，空穴)作为一放大的电信号。
其结果是，增益组件1600a根据于轻度掺杂区1610所接收的载子于集电极区1630提供一放大的电信号，以改善信号噪声比。
图16B显示增益组件1600b的另一实施方式，其中发射极区1620及基极区1640由中度掺杂区1650(例如，n+区)所包围。
图16C显示增益组件1600c的另一实施方式，其中集电极区1630及基极区1640由中度掺杂区1650(例如，n+区)所包围。
图16D显示增益组件1600d的另一实施方式，其中发射极区1620、基极区1640及集电极区1630由中度掺杂区1610(例如，n+区)所包围。
图17A显示一CMOS影像传感器1700a(或一影像侦测设备)，其包含一轻度掺杂区1710(例如，n-硅)，一吸收区1720(例如，p-锗)及增益组件1730(例如，硅)。增益组件1730可如图15A-图15D及图16A-图16D所示的一二端子或一三端子增益组件。
吸收区1720或轻度掺杂区1730可为一III-V族半导体材料(例如，InGaAs、GaAs/AlAs、InP/InGaAs、GaSb/InAs或InSb)、包含一IV族元素(例如，锗、硅或锡)的一半导体材料、一化合物例如SixGeySn1-x-y，(0≦x≦1，0≦y≦1)、或Ge1-aSna(0≦a≦0.1)、或Ge1-xSix(0≦x≦0.1)。
在一些实施方式中，轻度掺杂区1710(例如，n-硅)的一能隙大于吸收区1720(例如，p-锗)的一能隙。增益组件1730用于收集光载子以产生一放大的电信号。吸收区1720包含具有一第一峰值掺杂浓度的一第一掺杂物。轻度掺杂区1710包含一第二掺杂物，其具有低于第一峰值掺杂浓度的一第二峰值掺杂浓度，以减少CMOS影像传感器1700a的暗电流(例如，10pA之下)。
第一峰值掺杂浓度可在1×1017cm-3与1×1020cm-3之间。在一些实施方式中，第一峰值掺杂浓度对第二峰值掺杂浓度的一比例等于或大于10，由此CMOS影像传感器1701展现低暗电流(例如，小于或等于10pA)及高量子效率。吸收区1720可具有一渐变的掺杂曲线，第一峰值掺杂远离吸收区1720与轻度掺杂区1710间的界面。
吸收区1720可具有一重度掺杂区1722(例如，p++)耦接至一电压(例如，接地)。轻度掺杂区1710可接收一第一型的光载子(例如，电子)，而重度掺杂区1722可接收一第二型的光载子(例如，空穴)。
一种用于放大增益组件1730所接收的光载子的方法包含以下步骤：在一吸收区1720(例如，p-锗)接收一光信号以产生具有一第一型及一第二型的光载子(例如，电子及空穴)；将第一型的光载子(例如，电子)引导至一倍增区1730；以及产生具有第二型(例如，空穴)的一放大的电信号。
因此，CMOS影像传感器1710根据光信号提供一放大的电信号，以改善信号噪声比。
在一些实施方式中，光吸收区可被一不同的材料1750(例如，多晶硅)所覆盖(如虚线所示)。
图17B显示CMOS影像传感器1700b的一实施方式，其中光吸收区1720部分地嵌入于轻度掺杂区1710。
图17C显示CMOS影像传感器1700c的一实施方式，其中光吸收区1720完全地嵌入于轻度掺杂区1710。
类似于图17A，图18A显示一CMOS影像传感器1800a，其包含一轻度掺杂区1810(例如，n-硅)、一吸收区1820(例如，p-锗)及增益组件1830(例如，硅)。增益组件1830可如图15A-图15D及图16A-图16D所示的一二端子或一三端子增益组件。
轻度掺杂区1810可包含耦接至一电压(例如，接地)的一重度掺杂区1822(例如，p++)。轻度掺杂区1810可接收一第一型的光载子(例如，电子)及一第二型的光载子(例如，空穴)两者。第二型的光载子由重度掺杂区1822收集，而第一型的光载子被导向增益组件1830。
一种用于放大增益组件1830所接收的光载子的方法包含以下步骤：在一吸收区1820(例如，p-锗)接收一光信号以产生具有一第一型及一第二型的光载子(例如，电子及空穴)；将第一型的光载子(例如，电子)引导至一倍增区1830；以及产生具有第二型(例如，空穴)的一放大的电信号。
由此，CMOS影像传感器1800a根据光信号提供一放大的电信号，并改善信号噪声比。
在一些实施方式中，光吸收区1820可被一不同的材料(例如，多晶硅)所覆盖(如虚线所示)。
图18B显示CMOS影像传感器1800b的一实施方式，其中光吸收区部分地嵌入于轻度掺杂区1810。
图18C显示CMOS影像传感器1800c的一实施方式，其中光吸收区完全地嵌入于轻度掺杂区1810。
图19A显示具有增益的一光侦测装置1900a。光侦测装置1900a包含一轻度掺杂区1910(例如，n-硅)、一吸收区1920(例如，p-锗)、两个增益组件1930a及1930b、以及分别与一控制端子(M1与M2)耦合的两个控制区1940a及1940b(显示为p++，但可未掺杂或轻度掺杂)。增益组件1930a及1930b可如图15A-图15D及图16A-图16D所示的一二端子或一三端子增益组件。
吸收区1920或轻度掺杂区1910可为一III-V族半导体材料(例如，InGaAs、GaAs/AlAs、InP/InGaAs、GaSb/InAs或InSb)、包含一IV族元素(例如，锗、硅或锡)的一半导体材料、一化合物例如SixGeySn1-x-y，(0≦x≦1，0≦y≦1)、或Ge1-aSna(0≦a≦0.1)。
在一些实施方式中，轻度掺杂区1910(例如，n-硅)的一能隙大于吸收区1920(例如，p-锗)的一能隙。增益组件1930a、1930b用于收集光载子以产生一放大的电信号。吸收区1920包含具有一第一峰值掺杂浓度的一第一掺杂物。轻度掺杂区1910包含一第二掺杂物，其具有低于第一峰值掺杂浓度的一第二峰值掺杂浓度，以减少光侦测装置1900a的暗电流(例如，10pA之下)。
第一峰值掺杂浓度与第二峰值掺杂浓度可类似于如图17A所示的例示。
吸收区1920可具有一重度掺杂区1922(例如，p++)耦接至一电压V0(例如，接地)。轻度掺杂区1910可接收一第一型的光载子(例如，电子)，而重度掺杂区1922可接收一第二型的光载子(例如，空穴)。
控制信号M1及M2可导引第一型的光载子往增益组件1930a或1930b的一者。
一种用于放大增益组件所接收的光载子的方法包含以下步骤：在一吸收区1920(例如，p-锗)接收一光信号以产生具有一第一型及一第二型的光载子(例如，电子及空穴)；将第一型的光载子(例如，电子)导至一倍增区1930a或1930b；以及产生具有第二型(例如，空穴)的一放大的电信号。
由此，光侦测装置1900a根据光信号提供一放大的电信号，并改善信号噪声比。
在一些实施方式中，光吸收区1920可被一不同的材料(例如，多晶硅)所覆盖(于此图未示)。
在一些实施方式中，光吸收区1920可部分地(例如，类似于如图17B所示的吸收区1720)或完全地(例如，类似于如图17C所示的吸收区1730)嵌入于轻度掺杂区1910。
图19B显示具有增益的一光侦测装置1900b。光侦测装置1900b类似于如图19A的光侦测装置1900a，然而控制区与发射极区结合，由此发射极信号(E)可被用以导引载子并放大载子。
图20A显示具有增益的一光侦测装置2000a的一例示俯视图，如图19A或图19B所示，轻度掺杂区在基底2010中。
图20B显示具有增益的一光侦测装置2000b的一例示俯视图，如图19A或图19B所示，基底2010可为本征材料(例如，i-硅)、轻度p掺杂(p-硅)、或轻度n掺杂(n-硅)。轻度掺杂区2012(例如，n-硅)通过注入、或扩散、或其他适合的制造方法可被形成在基底2010中。在一些实施方式中，吸收区2020(例如，p-锗)的一部分可被形成于基底2010的非轻度掺杂区2012的一区上。吸收区2020可经由形成在吸收区2020及基底2010间的轻度掺杂路径2030(例如，n-硅)耦合至轻度掺杂区2012。吸收区2020所产生的光载子(例如，电子)可从吸收区2020漂移至轻度掺杂区2012，由此多个增益组件的一者可依据控制信号产生一放大的电信号。因此，光侦测装置2000b可被形成于具有本征材料、轻度p掺杂、及轻度n掺杂的一基底中。
图21显示具有增益的一光侦测装置2100a。光侦测装置2100a包含形成于一基底2150(例如，n-硅、p-硅或本征硅)中的一轻度掺杂区2110(例如，n-硅)、一吸收区2120(例如，p-锗)、两个增益组件2130a及2130b、以及分别与一控制端子(M1与M2)耦合的两个控制区2140a及2140b(显示为p++，但可未掺杂或轻度掺杂)。增益组件2130a、2130b可如图15A-图15D及图16A-图16D所示的一二端子或一三端子增益组件。
因此，光侦测装置2100b可被形成于具有本征材料、轻度p掺杂、及轻度n掺杂的一基底2150中。
吸收区2120或轻度掺杂区2110可利用如图19A所述的材料来形成。
在一些实施方式中，轻度掺杂区2110可与两个控制区2140a及2140b部分地或全部地重叠。
吸收区可具有一重度掺杂区2122(例如，p++)耦接至一电压V0(例如，接地)。轻度掺杂区2110可接收一第一型的光载子(例如，电子)，而重度掺杂区2122可接收一第二型的光载子(例如，空穴)。
控制信号M1及M2，如图19A所述，可导引第一型的光载子往多个增益组件2130a或2130b的一者。
在一些实施方式中，光吸收区2120可被一不同的材料(例如，多晶硅)所覆盖(于此未图示)。
在一些实施方式中，光吸收区2120可部分地(例如，类似于如图17B所示的吸收区1720)、或完全地嵌入(例如，类似于如图17C所示的吸收区1720)于轻度掺杂区2110。
在一些实施方式中，类似于图19B，控制区2140a及2140b可与发射极区结合，由此发射极信号(E)可被用于导引载子并放大载子。
图22A显示具有增益的一光侦测装置2200a的一例示俯视图，例如图21所述的光侦测装置2100a。图22B显示具有增益的一光侦测装置2200b的一例示俯视图，例如图21所述的光侦测装置2100a，其中吸收区2120(例如，p-锗)可被形成于基底2150的非轻度掺杂区2110的一区之上。轻度掺杂区2110(例如，n-硅)通过注入、或扩散、或其他适合的制造方法可被形成在基底2150中。吸收区2120可经由形成在吸收区2120及基底2150间的轻度掺杂路径2230(例如，n-硅)耦合至轻度掺杂区2110。吸收区2120所产生的光载子(例如，电子)可自吸收区2120漂移至轻度掺杂区2110，由此多个增益组件的一者可依据控制信号产生一放大的电信号(例如，空穴电流)。
图23A显示具有增益的一光侦测装置2300a的一例示俯视图，类似于图18A-图18C，重度掺杂区2322(例如，p++)形成于轻度掺杂区2310(n-硅)中，而非于吸收区2320(例如，p-锗)中。轻度掺杂区2310可接收一第一型的光载子(例如，电子)及一第二型的光载子(例如，空穴)两者。第二型的光载子由重度掺杂区2322收集，而第一型的光载子根据控制信号2340a或2340b被导向增益组件2330a或2330b。
图23B显示类似于图23A的具有增益的一光侦测装置2300b的另一例示俯视图，但吸收区2320(例如，p-锗)的一部分可被形成于基底2312的非轻度掺杂区2310的一区之上。吸收区2320可经由形成在吸收区2320及基底2312间的轻度掺杂路径2350(例如，n-硅)耦合至轻度掺杂区2310。吸收区2320所产生的光载子(例如，电子)可自吸收区2320漂移至轻度掺杂区2310，由此多个增益组件2330a或2330b的一者可依据控制信号2340a或2340b产生一放大的电信号(例如，空穴电流)。
图24A显示具有增益的一光侦测装置2400a的一例示俯视图，类似于图22A，但重度掺杂区2422(例如，p++)形成于光吸收区2420(例如，p-锗)的外侧(类似于图18A-图18C所示)。吸收区2420(例如，p-锗)的一部分可被形成于基底2450的非轻度掺杂区2410的一区之上。轻度掺杂区2410可与相邻于增益组件2430a及2430b的两个控制区2440a及2440b(例如，p++)部分地重叠。由吸收区2420产生的光载子(例如，电子)可自吸收区2420漂移至轻度掺杂区2410，由此多个增益组件2430a或2430b的一者可依据控制信号产生一放大的电信号(例如，空穴电流)。
图24B显示具有增益的一光侦测装置2400b的另一例示俯视图，类似于图22B，其中重度掺杂区2422(例如，p++)形成于光吸收区2420(例如，p-锗)的外侧(类似于图18A-图18C所示)。吸收区2420可经由形成在吸收区2420与基底2450间的一轻度掺杂路径2460(例如，n-硅)耦合至轻度掺杂区2410。由吸收区2420产生的光载子(例如，电子)可从吸收区2420漂移至轻度掺杂区2410，由此多个增益组件2430a或2430b的一者可依据控制信号2440a及2440b产生一放大的电信号(例如，空穴电流)。
图25A-25C显示依据一些实施方式的一光侦测组件的剖视图。光侦测组件可包含一结构与上述实施方式任一者实质上相同。在一些实施方式中，若于上述实施方式中未特别说明，如图25A所示，吸收区10可完全地在基底20的第一表面21上。如图25B所示，吸收区10可部分地嵌入于基底20。换言之，多个侧表面各者的一部分与基底20接触。如图25C所示，吸收区10可完全地嵌入于基底20。换言之，侧表面与基底20接触。
图26A-26D显示依据一些实施方式的一光侦测组件的控制区C1、C2、C3、C4的一例。光侦测组件可包含一结构与上述实施方式任一者实质上相同。
如图26A所示，在一些实施方式中，控制电极340可在基底20的第一表面21之上，并在控制电极340之下具有一本征区。根据包含基底20的材料、或钝化层的材料、及/或控制电极340的材料、及/或基底20或钝化层1400的掺杂物或缺陷程度等不同的因素，控制电极340可能形成一肖特基接触、一欧姆接触、或两者间具有中间特性的组合。控制电极340可为控制电极340a、340b、340c、340d的任一者。
如图26B所示，在一些实施方式中，开关的控制区还包含在控制电极340之下且在基底20中的一掺杂区303。在一些实施方式中，掺杂区303具有与第一掺杂区302a、302b的导电类型不同的一导电类型。在一些实施方式中，掺杂区303包含一掺杂物及一掺杂曲线。掺杂区303的峰值掺杂浓度取决于控制电极340的材料、及/或基底20的材料、及/或基底20的掺杂物或缺陷程度，例如，在1×1017cm-3至5×1020cm-3间。掺杂区303与控制电极340形成一肖特基接触、或一欧姆接触、或其组合。掺杂区用于根据控制信号的控制，解调制吸收区10所产生的载子。控制电极340可为控制电极340a、340b、340c、340d的任一者。
如图26C所示，在一些实施方式中，开关的控制区还包含在基底20与控制电极340间的一介电层350。介电层350避免自控制电极340至基底204直接电流导通，但响应于施加至控制电极340的一电压，允许在基底20中产生一电场。在两个控制区间(例如，在控制区C1、C2间)产生的电场可吸引或排斥基底20中的电荷载子。控制电极340可为控制电极340a、340b、340c、340d的任一者。
如图26D所示，在一些实施方式中，开关的控制区还包含在控制电极340之下且在基底20中的一掺杂区303，并包含在基底20与控制电极340间的一介电层350。控制电极340可为控制电极340a、340b、340c、340d的任一者。
在一些实施方式中，载子导通层在读出电极之下的区块可为本征材料。例如，基底在开关各者的读出电极之下的区块可为本征材料。另一例，钝化层在开关各者的读出电极之下的区块可为本征材料。根据包含基底20的材料、或钝化层1400的材料、或钝化层的材料、及/或读出电极的材料、及/或基底20或钝化层1400的掺杂物或缺陷程度等不同的因素，读出电极可能形成一肖特基接触、一欧姆接触、或两者间具有中间特性的组合。
在一些实施方式中，介电层350可包含但不限于二氧化硅(SiO2)。在一些实施方式中，介电层350可包含高介电系数材料，此高介电系数材料包含但不限于氮化硅(Si3N4)、氮氧化硅(SiON)、氮化硅(SiNx)、氧化硅(SiOx)、氧化锗(GeOx)、氧化铝(Al2O3)、氧化钇(Y2O3)、二氧化钛(TiO2)、二氧化铪(HfO2)或二氧化锆(ZrO2)。在一些实施方式中，介电层350可包含半导体材料，但不限于非晶硅、多晶硅、结晶硅、硅化锗、或其组合。
在一些实施方式中，光侦测组件的导通区201可为任何合适的设计。以图3A-3B、图4A-4C、图5A-5C、图6A-6G、图7A-7E、图8A-8E、图14C-14L的光侦测组件的导通区201为例，导通区201的一宽度可小于控制电极340a、340b间的一距离。在一些实施方式中，导通区201可不与如图26B及图26D所示的两个掺杂区303的任一部分重叠。在一些实施方式中，导通区201可与如图26B及图26D所示的两个掺杂区303的一部分重叠。在一些实施方式中，导通区201可与如图26B及图26D所示的整个掺杂区303重叠。在一些实施方式中，导通区201可不与第一掺杂区302a、302b各者的任一部分重叠。在一些实施方式中，导通区201可与第一掺杂区302a、302b各者的一部分重叠。在一些实施方式中，导通区201可与整个第一掺杂区302a、302b重叠。
以图10A及图11A的光侦测组件的导通区201为另一例，导通区201可不与第三接触区208的任一部分重叠。在一些实施方式中，导通区201可与第三接触区208的一部分重叠。在一些实施方式中，导通区201可与整个第三接触区208重叠。在一些实施方式中，导通区201可不与第一接触区204的任一部分重叠。在一些实施方式中，导通区201可与第一接触区204的一部分重叠。在一些实施方式中，导通区201可与整个第一接触区204重叠。
以图1A-1D及图2A-2F的光侦测组件的导通区201为另一例，导通区201可不与第一掺杂区102的任一部分重叠。在一些实施方式中，导通区201可与第一掺杂区102的一部分重叠。在一些实施方式中，导通区201可与整个第一掺杂区102重叠。
在一些实施方式中，如上述的任一光侦测组件，例如，在图1A-11E、图13A-26D中的光侦测组件可包含一波导，其类似于如图12A-12C所示的波导206，藉以导引及/或限制入射光信号通过基底20的一定义区。图27A是一影像系统的一实施方式的一方块图。影像系统可包含一影像模块及一软件模块，软件模块配置以重建一受侦测对象的一三维模块。影像系统或影像模块可被实施于一行动式装置(例如，一智能型手机、一平板、汽车、无人机等)、用于一行动式装置的一辅助装置(例如，一穿戴式装置)、在一汽车或在一固定设施(例如，一工厂)的一计算系统、一机器人系统、一监控系统、或任何合适的装置及/或系统。
影像模块包含一发射器单元、一接收器单元及一控制器。在操作中，发射器单元可往一目标对象发射一发射光。接收器单元可接收从反射的反射光。控制器至少可驱动发射器单元及接收器单元。在一些实施方式中，接收器单元及控制器被实施于一个半导体芯片上，例如一系统单芯片(system-on-a-chip，SoC)。在一些实施方式中，发射器单元由两个不同半导体芯片实施，例如在III-V族基底的一激光发射器芯片及在硅基底的一硅激光驱动器芯片。
发射器单元可包含一或多个光源、控制一或多个光源的控制电路、及/或用以操控自一或多个光源发射的光的光学结构。在一些实施方式中，光源可包含一或多个发光二极管(light-emitting diode，LED)或垂直共振腔面射型激光器(vertical cavity surfaceemitting laser，VCSEL)，其发射的光可由光侦测组件中的吸收区吸收。例如，一或多个LED或VCSEL可发射具有一峰值波长在一可见光范围(例如，人眼可见的一波长)，例如，570nm、670nm、或任何其他适用的波长的光。另一例，一或多个LED或VCSEL可发射具有一峰值波长在一可见光范围之上，例如，850nm、940nm、1050nm、1064nm、1310nm、1350nm、1550nm、或任何其他适用的波长的光。
在一些实施方式中，来自光源的发射光可由一或多个光学结构对准。例如，光学结构可包含一或多个对准透镜。
接收器单元可包含根据如上述的任一实施方式的一或多个光侦测装置。接收器单元可还包含用来控制控制电路及/或光学结构的一控制电路，藉以用于调控由目标对象反射的光往一或多个光侦测装置。在一些实施方式中，光学结构包含接收一对准光并将对准光往一或多个光侦测装置聚焦的一或多个透镜。
在一些实施方式中，控制器包含一时序产生器及一处理单元。时序产生器接收一基准频率信号，并提供时序信号至发射器单元以调制发射光。时序信号也被提供至接收器单元以控制光载子的收集。处理单元处理由接收器单元产生及收集的光载子，并判定目标对象的原始数据。处理单元可包含控制电路、用来处理自光侦测装置输出的信息的一或多个信号处理器、及/或计算机储存介质，此计算机储存介质可储存用来判定目标对象的原始数据的指令、或储存目标对象的原始数据。作为一例，在一间接飞时测距(indirect TOF，i-ToF)传感器中的控制器通过利用发射器单元所发射的光与接收器单元所接收的光间的相位差，来判定两个点间的一距离。
软件模块可被实施以执行在例如，脸部辨识、眼球追踪、手势辨识、三维模块扫描/视讯录像、动作追踪、自驾车、及/或扩增/虚拟现实等应用中。
图27B是一例示的接收器单元或控制器的一方块图。于此，利用如图3A至图8E、图14C至图14L所示的光侦测组件的任一实施方式的一影像传感器阵列(例如，240×180)可被实施。一锁相回路(phase-locked loop，PLL)电路(例如，整数倍分频锁相回路(Integer-NPLL))可产生一频率信号(例如，四相系统频率)以调制及解调制。在发送至像素阵列及外部照明驱动器前，这些频率信号可由一时序产生器闸控及/或调节为一预设积分时间及不同的操作模式。一可编程的延迟线可被加入至照明驱动器路径以延迟频率信号。
一电压调节器可被利用以控制影像传感器的一操作电压。例如，多个电压域可被利用于一影像传感器。一温度传感器可被实施以可利用深度校准及电源控制。
光侦测装置的读出电路桥接影像传感器阵列的光侦测组件的各者至一行模拟-数字转换器(analog-to-digital converter，ADC)，其中模拟-数字转换器的输出可被进一步处理，并在到达输出接口前，由一信号处理器在数字域(digital domain)中整合。一内存可被利用以储存信号处理器的输出。在一些实施方式中，输出接口可利用一2通道(lane)、1.2Gb/s D-PHY MIPI发射器，或对低速/低成本系统利用CMOS输出来实施。
一积体总线电路(I2C)接口可被利用来存取于此所述的全部功能区块。
在一些实施方式中，本申请的光侦测装置还包含在像素之上的一光学组件(未显示)。在一些实施方式中，本申请的光侦测装置还包含在多个像素之上的多个光学组件(未显示)。光学组件汇聚一传入的光信号以使其进入吸光区。在一些实施方式中，光学组件包含多个透镜。
在一些实施方式中，p型掺杂物包含一III族元素。在一些实施方式中，p型掺杂物硼。在一些实施方式中，n型掺杂物包含一V族元素。在一些实施方式中，n型掺杂物磷。
在本申请中，若未特别说明，吸收区配置以吸收具有一峰值波长在一不可见波长范围中等于或大于800nm(例如，850nm、940nm、1050nm、1064nm、1310nm、1350nm、或1550nm、或任何合适的波长范围)的光子。在一些实施方式中，吸收区接收一光信号，并将光信号转换为电信号。吸收区可为任何合适的形状，例如但不限于，圆柱状、矩形棱柱。
在本申请中，若未特别说明，吸收区具有取决于欲侦测的光子的波长及吸收区的材料的一厚度。在一些实施方式中，当吸收区包含锗并设计为吸收具有一波长等于或大于800nm的光子，吸收区具有一厚度等于或大于0.1μm。在一些实施方式中，吸收区包含锗并设计为吸收具有一波长在800nm与2000nm间的光子，吸收区具有在0.1μm与2.5μm间的一厚度。在一些实施方式中，吸收区具有在1μm与2.5μm间的一厚度以取得较高的量子效率。在一些实施方式中，吸收区可利用一覆盖式外延(blanket epitaxy)、一选择性外延(selectiveepitaxy)或其他适用的技术来成长。
在本申请中，若未特别说明，光屏蔽具有用以定义吸收区中的吸光区的位置的光学窗口。换言之，光学窗口用以准许入射的光信号进入吸收区，并定义吸光区。在一些实施方式中，当一入射光从基底的远离吸收区的一第二表面进入吸收区，光屏蔽在基底的一第二表面之上。在一些实施方式中，由光学窗口的俯视图，光学窗口的形状可为椭圆形、圆形、矩形、正方形、菱形、八角形或其他任何合适的形状。
在本申请中，若未特别说明，在一相同的像素中，多个开关的一者的第一掺杂区所收集的载子的类型与多个开关的另一者的第一掺杂区所收集的载子的类型相同。例如，若光侦测装置配置以收集电子，当第一开关被开启且第二开关被关闭，第一开关中的第一掺杂区收集吸收区所产生的光载子的电子，而当第二开关被开启且第一开关被关闭，第二开关中的第一掺杂区也收集吸收区所产生的光载子的电子。
在本申请中，若未特别说明，第一电极、第二电极、读出电极及控制电极包含金属或合金。例如，第一电极、第二电极、读出电极及控制电极包含铝、铜、钨、钛、钽-氮化钽-铜堆叠、或钛-氮化钛-钨堆叠。
在一些实施方式中，若未特别说明，本申请所示的剖视图可为沿一光侦测装置或一光侦测组件的任何可能剖面线的一剖视图。
使用于此且未另外定义，“实质上”及“大约”等用语用于描述及叙述小变化。当结合于一事件或情况，该用语可包含事件或情况发生精确的当下、以及事件或情况发生至一接近的近似点。例如，当结合于一数值，该用语可包含一变化范围小于或等于该数值的±10％，如小于或等于±5％、小于或等于±4％、小于或等于±3％、小于或等于±2％、小于或等于±1％、小于或等于±0.5％、小于或等于±0.1％、或小于或等于±0.05％。
尽管已经通过示例的方式并且根据优选实施例描述了本申请，但是应当理解，本申请不限于此。相反地，其意图在于涵盖各种修改以及类似的布置和过程，因此，权利要求的范围应被赋予最宽泛的解释，以涵盖所有这样的修改以及类似的布置和过程。
本领域技术人员将容易地观察到，在保持本申请的教导的同时，可以对装置和方法进行多种修改和变更。因此，以上申请内容应被解释为仅受权利要求书的限制。

Claims (13)

1.一种光侦测装置，其特征在于，所述光侦测装置包含：
一光侦测组件，其包含：
一基底，其包含一导通区；
一吸收区，其接触所述导通区，且配置以接收一光信号于接收所述光信号后产生多个光载子；
其中，所述吸收区掺杂具有一第一导电类型及一第一峰值掺杂浓度的一第一掺杂物；
其中，所述导通区掺杂具有一第二导电类型及一第二峰值掺杂浓度的一第二掺杂物；
其中，所述导通区包含与所述吸收区的一材料不同的一材料；
其中，所述导通区与所述吸收区接触以形成至少一异质界面；
其中，所述吸收区的所述第一峰值掺杂浓度与所述导通区的所述第二峰值掺杂浓度间的一比例等于或大于10；
其中，所述基底包含多个第一接触区；
其中，所述吸收区包含一第二接触区；
其中，所述基底包含多个第三接触区；
其中，所述多个第三接触区及所述多个第一接触区是一交错状的排列。
2.如权利要求1所述的光侦测装置，其中，所述基底包含多个倍增区被形成在所述多个第三接触区及所述多个第一接触区之间。
3.如权利要求1所述的光侦测装置，其中，所述第二接触区沿实质上垂直所述基底的一第一表面的方向配置于所述多个第一接触区之上。
4.如权利要求1所述的光侦测装置，其中，所述多个第三接触区中的两个最外侧的第三接触区间的一最大距离大于所述导通区的一宽度。
5.如权利要求1所述的光侦测装置，其中，所述一光侦测组件包含一或多个第一电极电耦合至所述多个第一接触区。
6.如权利要求1所述的光侦测装置，其中，所述一光侦测组件包含一或多个第二电极电耦合至所述第二接触区。
7.如权利要求1所述的光侦测装置，其中，所述一光侦测组件包含一或多个第三电极电耦合至所述多个第三接触区。
8.如权利要求1所述的光侦测装置，其中，所述吸收区的至少一部分嵌入于所述基底。
9.如权利要求1所述的光侦测装置，其中，所述吸收区掺杂有一渐变的掺杂曲线。
10.如权利要求1所述的光侦测装置，其中，所述第一掺杂物在所述吸收区与所述导通区间的所述异质界面的一掺杂浓度等于或大于1×1016cm-3。
11.如权利要求1所述的光侦测装置，其中，所述第一导电类型为p型，且所述第二导电类型为n型。
12.如权利要求1所述的光侦测装置，其中，所述多个第一接触区具有所述第一导电类型，且所述第三接触区具有所述第二导电类型。
13.如权利要求1所述的光侦测装置，其中，所述基底包含硅，且所述吸收区包含锗。
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