CN212277203U - 短波红外接收装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种短波红外接收装置，包括一半导体衬底；位于所述半导体衬底上的第一接触层；位于所述第一接触层上的倍增层；位于所述倍增层上的电场控制层；位于所述电场控制层上的吸收层；以及位于所述吸收层上的第二接触层。本实用新型短波红外接收装置具有良好的光穿透能力。

Description

短波红外接收装置

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，尤其涉及一种短波红外接收装置

背景技术

光电子装置由于其巨大的信息处理能力而广泛应用于通信网络，构成网络整体所必要的一部分就是半导体光电探测器，它可以将入射光转换成电信号。近些年光电探测器领域取得了巨大的进展，特别是在利用半导体材料的光电探测器领域，比如雪崩光电二极管(APD)。雪崩光电二极管通过激发态电荷载流子提供大增益，激发态电荷载流子从倍增层中产生大量的电子空穴对。雪崩光电二极管作为一种重要的光探测器元件，在通信、雷达以及在实验室中的生物分子发光探测和单光子探测等各方面有着广泛的应用。

短波红外范围为0.9～1.7um，短波红外波段的光对人眼来说是看不见的。可见光光谱从波长的0.4微米(靠近紫外光，对人眼来说是蓝色的)一直延伸到0.7微米(深红色)。比可见光波长长的波长只能用专用的传感器如InGaAs才能看得见。但是，虽然短波红外区的光对人眼来说是看不见的，这种光依然能以与可见光波长类似的方式与物体互相作用。也就是说，短波红外光是反射光；它从物体上的反射与可见光非常相似。由于具有这种反射性质，短波红外光在其图像上就会有阴影和反差。InGaAs相机的图像在分辨率和细节方面可以与可见光图像相媲美。由于短波红外图像的颜色不是实际颜色。这可以使物体变得更容易被识别，可以构成短波红外的战术优点之一，即物体或个体辨别，尤其可以应用于自动驾驶，对障碍物、雨、雾等天气具有很好的穿透能力，在白天和黑夜都能精确导航。

发明内容

如下内容描述给出了本实用新型所做出的贡献。

为解决上述问题，本实用新型提供一种在各种环境中具有良好穿透能力的短波红外接收装置

本实用新型提供一种短波红外接收装置，包括：

一半导体衬底；

位于所述半导体衬底上的第一接触层；

位于所述第一接触层上的倍增层；

位于所述倍增层上的电场控制层；

位于所述电场控制层上的吸收层；以及

位于所述吸收层上的第二接触层。

优选地，所述第一接触层为N+型接触层。

优选地，所述第二接触层为P+型接触层。

优选地，所述倍增层的厚度为150～250nm。

优选地，所述倍增层的厚度为210nm。

优选地，所述吸收层的厚度为550～650nm。

优选地，所述吸收层的厚度为600nm。

优选地，还包括一第一缓冲层，位于所述倍增层与所述第一接触层之间。

优选地，还包括一第一分级层和第二分级层，所述第一分级层位于所述电场控制层上，所述第二分级层位于所述吸收层上。

优选地，还包括一第二缓冲层，所述第二缓冲层位于所述第二分级层和第二接触层之间。

本实用新型一种短波红外接收装置，通过各种层间结构设置和材料选择，具有良好的光穿透能力，可应用于各种环境中进行网络通信。

结合附图，通过以下更详细的描述，本实用新型的其它特征和优点将变得更为明显，附图通过示例的方式示出了本实用新型的有点。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例中的TOF测距装置的结构示意图；以及

图2为本实用新型一个实施例中的短波红外接收装置的结构示意图。

具体实施方式

上述附图示出了本实用新型，一种短波红外接收装置及其制作方法。本文揭示了不同的实施例。在以下描述中，阐述了众多具体的细节以便更透彻的理解本实用新型。然而，相关领域的技术人员应当得知，本实用新型所记载的技术内容能够在没有一个或更多具体细节，或者其他方法、组件、材料等的情况下得以实施。在其它示例中，众所周知的结构、材料或者操作未作详细展示或者描述，以避免模糊特定的内容。

本实用新型提供一种短波红外接收装置，采用InGaAs材料作为吸收层，采用InAIAs材料作为倍增层，并通过各种层间结构设置和材料选择，具有良好的光穿透能力，可应用于各种环境中进行网络通信。

图1为本实用新型短波红外接收装置的一种应用场景，应用于一种TOF测距装置100中。所述TOF测距装置100包括发射模块110以及接收模块120。所述接收模块120即为一种短波红外接收装置。所述发射模块110用于向目标物10发射光信号。所述接收模块120用于接收由所述目标物10反射回的所述光信号。如图1所示，发射模块110发射激光束11至目标物10，经目标物10反射的光束12返回至接收模块120，通过计算发射光与反射光的时间差，根据光传播速度不变的定理，便可求得目标物10与TOF测距装置100的距离13。

图2为本实用新型一个实施例中的短波红外接收装置的结构示意图。本实用新型提供一种短波红外接收装置，包括半导体衬底200、第一接触层210、第一缓冲层220、倍增层230、电场控制层240、第一分级层250、吸收层260、第二分级层270、第二缓冲层280、以及第二接触层290。所述第一接触层210位于所述半导体衬底200上；所述倍增层230位于所述第一接触层210上；所述电场控制层240位于所述倍增层230上；所述吸收层260位于所述电场控制层240上；所述第二接触层290位于所述吸收层260上。其中，所述第一接触层210为N+型接触层，所述第二接触层290为P+型接触层。在一个实施例中，还包括所述第一缓冲层220，位于所述倍增层230与所述第一接触层210之间。在一个实施例中，还包括所述第一分级层250和第二分级层270，所述第一分级层250位于所述电场控制层240上，所述第二分级层270位于所述吸收层260上。在一个实施例中，还包括一第二缓冲层280，所述第二缓冲层280位于所述第二分级层270和第二接触层290之间。

其中，所述吸收层260用于吸收短波红外光以产生光电流。所述倍增层230用于通过雪崩倍增来倍增该光电流，从而实现雪崩增益，使得电子的电流密度被放大。所述电场控制层240用于控制吸收层260和倍增层230中的电场，实现各个层之间的电场的增加，同时维持倍增层230中的高电场以及维持吸收层260中的低电场，从而使得倍增层230电场强度足够高以引起碰撞电离，以及保持吸收层260中的电场较低以防止隧道崩溃。所述第一缓冲层220和第二缓冲层280用以调节半导体衬底200以及其他层之间的晶格失配，以使任何结构缺陷或者化学缺陷与其余的结构隔离。所述第一分级层250和第二分级层270用以促进吸收层260和倍增层230之间的电流，使异质界面的能带隙产生的任何载流子俘获最小化。所述第一接触层210用作收集电子的N+型接触层，所述第二接触层290用作收集空穴的P+型接触层。

在一个实施例中，所述第一接触层210为N+型InGaAs材料，所述第二接触层290的材料为P+型InGaAs材料。所述半导体衬底200的材料为InP。所述倍增层230的材料为InAIAs。在一个实施例中，所述倍增层230的厚度为150～250nm。在一个实施例中，所述倍增层230的厚度为210nm。所述电场控制层240的材料为P+型InAIAs。所述吸收层260的材料为InGaAs，可使通过光激发产生的电子空穴对数量最大。在一个实施例中，所述吸收层260的厚度为550～650nm。在一个实施例中，所述吸收层260的厚度为600nm。所述第一缓冲层220的材料为N+型InAIAs。所述第一分级层250和第二分级层270的材料为InAIGaAs。所述第二缓冲层280的材料为P+型InAIAs。其中，InGaAs/InP材料是最适合短波红外的半导体材料，本实用新型选择用它来替代传统的si材料，因此本实用新型短波红外接收装置的接收光波段会在0.85～1.7um之间。在一个实施方式中，本实用新型短波红外接收装置的像素阵列为64*24或640*4。

本实用新型提供一种短波红外接收装置，采用InGaAs材料作为吸收层，采用InAIAs材料作为倍增层，并通过各种层间结构设置和材料选择，具有良好的光穿透能力，可应用于各种环境中进行网络通信。

在整个说明书中对“一个实施例”，“实施例”，“一个示例”或“示例”的引用意味着结合该实施例或示例描述的特定特征，结构或特性包括在至少一个实施例中。或者本实用新型的例子。因此，在整个说明书中各处出现的诸如“在一个实施例中”或“在一个示例中”的短语不一定都指代相同的实施例或示例。此外，特定特征，结构或特性可以在一个或多个实施例或示例中以任何合适的方式组合。诸如“顶部”，“向下”，“上方”，“下方”的方向术语用于参考所描述的附图的方向。此外，除非另外特别说明，否则术语“具有”，“包括”，“含有”和类似术语被定义为表示“包含”。特定特征，结构或特性可以包括在集成电路，电子电路，组合逻辑电路或提供所描述的功能的其他合适的组件中。另外，应当理解，此处提供的附图仅用于解释本领域普通技术人员的目的，并且附图不一定按比例绘制。

本实用新型的所示示例的以上描述(包括摘要中所描述的内容)并非旨在穷举或限于所公开的精确形式。尽管出于说明性目的在本文中描述了本实用新型的特定实施例和示例，但是在不脱离本实用新型的更广泛的精神和范围的情况下，可以进行各种等同修改。实际上，应当理解，提供具体的示例结构和材料是出于解释的目的，并且根据本实用新型的教导，其他结构和材料也可以用于其他实施例和示例中。根据以上详细描述，可以对本实用新型的实施例进行这些修改。以下权利要求中使用的术语不应被解释为将本实用新型限制于说明书和权利要求中公开的特定实施例。相反，范围完全由以下权利要求确定，所述权利要求应根据权利要求解释的既定原则来解释。

本实用新型实施方案中给出的各实施例，包含但不限于对本实用新型所提出的发明内容的解释和说明。上述实施例仅用于解释之目的，并不构成对本实用新型的限制。对本实用新型各实施例进行的合理的修订或调整均落入本实用新型所保护的内容范围。

Claims (10)

1.一种短波红外接收装置，其特征在于，包括：

一半导体衬底；

位于所述半导体衬底上的第一接触层；

位于所述第一接触层上的倍增层；

位于所述倍增层上的电场控制层；

位于所述电场控制层上的吸收层；以及

位于所述吸收层上的第二接触层。

2.根据权利要求1所述的短波红外接收装置，其特征在于，所述第一接触层为N+型接触层。

3.根据权利要求1所述的短波红外接收装置，其特征在于，所述第二接触层为P+型接触层。

4.根据权利要求1所述的短波红外接收装置，其特征在于，所述倍增层的厚度为150～250nm。

5.根据权利要求4所述的短波红外接收装置，其特征在于，所述倍增层的厚度为210nm。

6.根据权利要求1所述的短波红外接收装置，其特征在于，所述吸收层的厚度为550～650nm。

7.根据权利要求6所述的短波红外接收装置，其特征在于，所述吸收层的厚度为600nm。

8.根据权利要求1所述的短波红外接收装置，其特征在于，还包括一第一缓冲层，位于所述倍增层与所述第一接触层之间。

9.根据权利要求1所述的短波红外接收装置，其特征在于，还包括一第一分级层和第二分级层，所述第一分级层位于所述电场控制层上，所述第二分级层位于所述吸收层上。

10.根据权利要求9所述的短波红外接收装置，其特征在于，还包括一第二缓冲层，所述第二缓冲层位于所述第二分级层和第二接触层之间。

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