TW201824569A - 具有降低暗計數率之單光子雪崩光電二極體探測器的裝置和方法 - Google Patents

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Abstract

雪崩光電二極體具有第一擴散類型的第一擴散區域，至少部分地覆蓋第二擴散類型的第二擴散區域，以及佈置在第一擴散區域內的第一少數載流子溝槽區域，第一少數載流子溝槽區域是第二擴散類型並電連接至第一擴散區域。在特定的實施例中，第一擴散類型是N型且第二擴散類型是P型，且設備被偏置以便在第一擴散區域與第二擴散區域之間存在具有雪崩倍增的耗盡區。

Description

具有降低暗計數率之單光子雪崩光電二極體探測器的裝置和方法
本發明涉及單光子雪崩光電二極體(Single-photon avalanche photodiode,SPAD)和使用單光子雪崩光電二極體(SPAD)以在弱光條件下檢測圖像的光電探測器陣列。
單光子雪崩光電二極體100(Single-photon avalanche photodiode,SPAD)(圖1)通常是在高偏置(high bias)下操作的P-I-N型二極體；這樣的二極體具有在半導體材料中彼此相鄰形成的P摻雜(P)區104和N摻雜(N)區106，或具有位於其之間的薄本質(thin intrinsic)(I)區。P區104和N區106足夠靠近彼此，使得在施加的反向電壓偏置下，多數載流子漂移出在N區與P區之間的區域中形成的耗盡區(depletion zone)102；隨著多數載流子漂移出耗盡區，在N區與P區之間只有小電流或沒有電流流過。
光子通過光電二極體的前表面或背表面而進入光電二極體。光電二極體中光子的吸收(無論是在耗盡區102中還是在與耗盡區相鄰的N區106或P區104中)通過光電效應引起至少一電子-電洞載流子對(electron-hole carrier pair)的釋放而被吸引至光電二極體的耗盡區102中。N區或P區可以具有不同摻雜濃度的子區域(未示出)以增強光子吸收。施加足夠高的電壓偏置，使得載流子(例如光電性之電子-電洞對)增強而如在雪崩擊穿(avalanche breakdown)中觸發更多電子-電洞對釋放的載流子，並在P區104與N區106之間形成浪湧電流(surge of current)。互連體(interconnect)108耦合至N區106且互連體110耦合至P區104，以將光電二極體連接至其他電路(例如，偏置電路或感測 電路(未示出))；N區104和P區106中的一個可以常見於多種光電二極體。
使用如此配置的電路對雪崩光電二極體偏置，以便此浪湧電流典型地使偏置電壓足夠降低以“淬熄(quench)”或截止(stop)電流，或一旦檢測到電流，偏置電路取消偏置以淬熄電流，在電流被淬熄之後對於光子檢測進一步進行重置偏置。由每個吸收的光子觸發的每個浪湧電流所產生的信號被放大作為光子吸收的電性指示。
單光子雪崩光電二極體(SPAD)可能在非期望的光的光子吸收的情況下發生雪崩，進而給出額外的、非期望的電流浪湧，稱為暗計數(dark count)，其可能被錯誤地解釋為指示光子吸收。由於單光子雪崩光電二極體(SPAD)可以響應高能量光子，例如宇宙射線、伽馬和X射線輻射，一部分的暗計數是表示對非期望的輻射的回應。當P區104和N區106中的少數載流子被吸入至耗盡區102中並在耗盡區102中增強時，也會引起一部分的暗計數。
已知一些少數載流子在氧化物-矽介面的裂紋處(flaws)被引入。在N區106與上覆的電介質氧化物114之間的介面便是此介面的示例。
光電二極體100典型地具有前側115，在製造期間執行至前側115中的擴散和植入步驟，且在此基礎上，在電介質氧化物114中形成互連金屬化，例如金屬108、110。儘管可以存在金屬遮罩或安裝層，光電二極體典型地還具有沒有金屬互連線108、110的背側117。背側117典型地以矽或其它半導體基板開始，基於此形成光電二極體的主動層。在背側照明的設備中，移除大部分的半導體基板，且在移除基板後典型地沉積保護性且穩定的背側氧化物或其它透明鈍化塗層。因此，前側和背側照明的光電感測器陣列覆蓋包括氧化物、基板或非氧化物透明鈍化塗層的層116。
在實施例中，雪崩光電二極體具有第一擴散類型的第一擴散區域以至少部分地覆蓋第二擴散類型的第二擴散區域，以及佈置在第一擴散區域內 的第一少數載流子溝槽區域，第二擴散類型的第一少數載流子溝槽區域電連接至第一擴散區域。第一擴散區域和第二擴散區域是配置成當處於偏置時，在第一擴散區域與第二擴散區域之間形成具有雪崩倍增特性的耗盡區。在特定的實施例中，第一擴散類型是N型且第二擴散類型是P型，且設備被偏置以便在第一擴散區域和第二擴散區域之間存在具有雪崩倍增的耗盡區。
檢測光子的方法包括為具有N區和P區的雪崩光電二極體提供反向偏置，以便在N區與P區之間形成耗盡區。此方法包括將少數載流子從相對遠離耗盡區之部分N區和部分P區吸引至多個少數載流子溝槽；以及接受光子以光電性地形成載流子對，載流子在耗盡區中被增強以產生可檢測電流。然後淬熄電流並恢復N區與P區之間的偏置。
100‧‧‧光電二極體
102‧‧‧耗盡區/雪崩耗盡&吸收區
104‧‧‧P區
106‧‧‧N區
108、110‧‧‧互連體/金屬/金屬互連線
114‧‧‧氧化物
115‧‧‧前側
116‧‧‧層
117‧‧‧背側
200、250、260、270、280‧‧‧雪崩光電二極體探測器/光電二極體
202‧‧‧耗盡區/雪崩耗盡&吸收區
204‧‧‧P區
206‧‧‧N區
208、210‧‧‧金屬互連體/互連體
212‧‧‧少數載流子溝槽
214‧‧‧少數載流子溝槽
216‧‧‧基板
240、242‧‧‧擴散
252‧‧‧N
254‧‧‧P
256‧‧‧雪崩耗盡區域
258、260‧‧‧溝槽能級
262‧‧‧少數載流子溝槽
264‧‧‧透明氧化物
272‧‧‧電極
274‧‧‧氧化物
276‧‧‧互連體
278‧‧‧區域
282‧‧‧少數載流子溝槽
292‧‧‧少數載流子溝槽
300‧‧‧光電二極體
302、304‧‧‧電極/形狀/區域
306‧‧‧區域
308‧‧‧少數載流子溝槽網格
310‧‧‧網格行
312‧‧‧網格列
314‧‧‧金屬接觸
316‧‧‧金屬互連體
318‧‧‧金屬接觸
320‧‧‧開口
330‧‧‧區域
332‧‧‧少數載流子溝槽網格
334‧‧‧網格行
336‧‧‧網格列
338‧‧‧開口
340、342‧‧‧擴散
344、348‧‧‧金屬接觸
346‧‧‧金屬互連體
400‧‧‧操作
402、404、406、408、410‧‧‧步驟
圖1是習知設計的雪崩光電二極體的現有技術示意性圖示。
圖2A是實施例中在N區和P區兩者中均具有網格形狀的少數載流子溝槽的雪崩光電二極體的示意性剖視圖。
圖2B是實施例中用於前側照明的在P區中具有分離植入的矩形少數載流子溝槽並在N區中具有網格形狀載流子溝槽的雪崩光電二極體的示意性剖視圖。
圖2C是實施例中用於前側照明的在橫跨光電感測器陣列的全部背側具有植入的矩形少數載流子溝槽，並在N區中具有網格形狀載流子溝槽的雪崩光電二極體的示意性剖視圖。
圖2D是實施例中具有背側少數載流子溝槽網格的雪崩光電二極體的示意性剖視圖。
圖2E是具有由偏置的透明電極激發的反轉層少數載流子溝槽的 雪崩光電二極體的示意性剖視圖。
圖3是實施例中雪崩光電二極體的帶隙圖。
圖4是示出實施例中少數載流子溝槽分佈的佈局圖。
圖5是示出圖4的實施例的頂層的佈局圖。
圖6是示出圖4的實施例的底層的佈局圖。
圖7是實施例中檢測低水準的光的方法的流程圖。
此討論自始至終，參考本質(I)區、N區或N+區，和P區或P+區。P區、P+區或P型區是，如在半導體工藝的領域中已知的，“摻雜(doped)”(具有低雜質等級)有相比於電子施體材料過量的電子受體材料的半導體材料的部分(典型地但不必須是單晶體)。P+區具有在特定電路中P區的高範圍的電子受體材料的濃度。相似地，N區、N+區或N型區是，如在半導體工藝的領域中已知的，摻雜有包括相比於電子受體材料過量的電子施體材料的雜質的半導體材料的部分(典型地但不必須是單晶體)。N+區具有在特定電路中N區的高範圍的電子施體材料的濃度。本質區或I區是低或無淨摻雜的區域。半導體材料可以是矽、鍺、砷化鎵、或光電二極體領域中已知的其他半導體或是根據期望檢測的光的波長選擇的。可用作矽中摻雜物的電子受體材料包括硼、鎵和銦。可用作矽中摻雜物的電子施體材料包括磷、砷、銻和鋰。N型材料中的多數載流子是電子，具有晶體中電子可以匹配而不作為少數載流子存在的電洞位置；多數載流子負責半導體中大多數電流。P型材料中多數載流子是電洞，而少數載流子是電子。
N區、N+區、N型區、P區、P+區或P型區(無論其如何形成，還可以被稱為擴散區域(diffused region))可以利用多種方法形成；形成N區、 N+區、P區和P+區的已知方法包括離子植入、在高溫下暴露於氣態摻雜物材料以許可摻雜物擴散進入半導體中，使用摻雜物材料塗覆並暴露於高溫下以許可摻雜物擴散進入半導體中、或通過從對生長晶體貢獻半導體和摻雜物的氣體或液體混合物的半導體晶體生長。形成摻雜區域的多種方法可以用於形成相同的電路；例如但不限於，第一摻雜類型的基板可以具有從氣態源擴散進入其的第二摻雜類型的第一區域、包括使用生長氣體混合中的摻雜物向外生長的第二區域的層、和通過第二區域中的離子植入形成的第三區域。
申請人已經發現，當P區104或N區106中的少數載流子被吸入至高偏置的耗盡區102內並在高偏置的摻雜區102內增強時，導致圖1的習知雪崩光電二極體中的一些暗計數。申請人已經發現這些少數載流子的一些源於擴散區域(例如N區106)與氧化物114之間的界線處的晶體缺陷。在其中有氧化物或基板116是氧化物的背側照明的光電二極體中，申請人已經發現這些少數載流子的一些源於此氧化物與P區104之間；然後，這些少數載流子被P區104和N區106內的電場吸入耗盡區102。一旦在耗盡區中，這些載流子被增強以產生不能與由光子吸收刺激的電流區分的電流。
申請人已經確定，位於氧化物-矽介面附近的光電二極體的N區和P區中的少數載流子溝槽(sink)可以俘獲(trap)源於矽-氧化物介面的非光電性少數載流子。這樣的非光電性少數載流子的俘獲阻止其進入高偏置的雪崩區域102而不顯著降低對光電性光子的靈敏度。
為減少源於擴散區域與氧化物之間的界線的少數載流子，申請人已經使用少數載流子溝槽以重設計如圖2A至2E示出的實施例中的雪崩光電二極體。
在具有降低的暗計數率的雪崩光電二極體探測器200、250、260、270、280的實施例中，在P區204和N區206之間形成耗盡區202。在一些實施例中，耗盡區202可以包括本質半導體的薄層。當在偏置下，耗盡區202具有雪崩倍增特性。金屬互連體208耦接至N區206且金屬互連體210耦接至 P區204，以將光電二極體200連接至其他電路，例如偏置電路或傳感電路(未示出)。
在雪崩光電二極體探測器200、280、250(圖2A、2B、2C)的實施例中，淺P+少數載流子溝槽212嵌入在N區206的氧化物表面中，P+少數載流子溝槽212位於金屬互連體208、210嵌入其中的氧化物114下方。P+少數載流子溝槽212可以具有網格形狀，如進一步示於圖4和6中的。網格形狀其中具有提供比片狀(sheet shape)提供的(例如圖2D的實施例260中示出的P+少數載流子溝槽262提供的)對短波長藍光更少衰減的範圍。
相似地，N型少數載流子溝槽214嵌入在至N區206遠側的P區204的表面中。N型少數載流子溝槽214可以具有如雪崩光電二極體探測器200、260(圖2A、2D)示出的網格形狀。
N少數載流子溝槽212和P少數載流子溝槽214都是分散式的，以便其可以吸收來自大部分N區206和P區204的少數載流子。在雪崩光電二極體探測器260(圖2D)的一些實施例中，其中基板已經在製造背側照明光電感測器陣列中變薄，而在與透明氧化物264或其它透明鈍化塗層相鄰的P區204中佈置溝槽。在前側照明的光電感測器陣列中，P區204可以位於氧化物或半導體(典型地矽)基板216之上。
在許多實施例中，如圖2A-2D所示，這些少數載流子溝槽被形成為P區204和N區206的每個中、具有與那些區域相反的極性、位於這些區域的氧化物-矽或矽-基板介面附近的淺擴散區域。
在許多實施例中，每個少數載流子溝槽電耦接至其所在的P區204或N區206；在可選的實施例中，少數載流子溝槽通過分離的互連體被引出(brought out)以允許以其他電壓(而不是通過將其電耦接至其所在的區域隱含的零電壓)反向偏置。
在許多實施例中，提供深P型擴散240和N型擴散242(圖2A、2B、2C、2D、2E)以允許從互連體210至P電極區域204和至N少數載流子溝槽214的電接觸。
在可選的實施例280(圖2B)中，嵌入至P區204中的N型少數載流子溝槽282是在P區204中限制的片狀植入的矩形，如所示出的N型少數載流子溝槽282電連接至P區204。
在另一可選的實施例250(圖2C)中，N型少數載流子溝槽292是跨陣列的所有P區204的片植入，此實施例具有特定效用：陣列的所有P區204處於與片植入少數載流子溝槽292的電位接近的相同的參考電位。
在另一可選的實施例270(圖2E)中，P型少數載流子溝槽形成為由對電極272施加非零電壓偏置產生的反轉層，其在一些實施例中可以在與位於光電感測器陣列積體電路中的場效電晶體的閘極的形成相同的步驟中形成。此反轉層粗略地對應於MOS電晶體的溝道。在這些實施例中，電極272通過薄氧化物274而與N區206間隔開，在一些實施例中薄氧化物274可以在與用於形成相同的光電感測器陣列積體電路上的電晶體的閘極氧化層相同的步驟中形成。在實施例中，提供與場效電晶體的源極或汲極區域對應的連接區域278以將在電極272下方形成的反轉層電耦接至金屬接觸，其轉而將此反轉層電耦接至N區206。在前側照明專用的特定實施例中，電極272由透明導電體(例如銦錫氧化物)或電極272形成。在特定實施例中，電極272和薄氧化物274可以具有用於允許光子穿過電極272進入光電感測器的網格形狀。電極272可以耦接至分離的互連體276以許可以適合的電壓對電極272偏置。在背側照明專用的其他特定實施例中，前側電極272由多晶矽、鋁或其它金屬形成。在前側照明的實施例中，P電極區域204中的N少數載流子溝槽282可以具有片或矩形形狀，在背側照明的實施例中，N少數載流子溝槽282可以具有網格形狀或其它不連續的形狀。在透明導體上由電壓誘導的少數載流子溝槽的使用不限於前側照明，在可選的實施例中(未示出)，當在透明導體與P區204之間施加適合的偏置時，透明導體被應用至背側表面並形成P擴散電極區域204內的少 數載流子溝槽。
一些實施例可以具有在N和P電極中具有實體片或非網格的矩形形狀的少數載流子溝槽，包括對於長波長光子檢測優化的實施例(例如紅外成像儀)，和對於高能量X射線或伽馬射線檢測優化的實施例(例如X射線成像儀、CT掃描器、正電子發射斷層(PET)掃描器、伽馬照相機和固態蓋革計數器(Geiger-counter))。
對應於圖2A的雪崩光電二極體實施例的示例性佈局300示於圖4、5、6中，用於附屬結構(例如保護環)的遮蓋形狀被省略。
圖4示出與光電二極體300的N和P電極兩者相關的佈局平面圖中的遮蓋形狀。為清楚起見，相鄰的圖5僅示出與圖4的N電極相關的繪製形狀302，且相鄰的圖6僅示出與圖4的P電極相關的繪製形狀304，這些繪製形狀近似對應於設備上產生的N區和P區的平面圖。
N電極302具有N型擴散區域306，用作N區206(圖2)。淺P型少數載流子溝槽網格308在N型擴散區域306內，用作P型少數載流子溝槽212。P型少數載流子溝槽網格308包括網格行(grid line)310和網格列(grid column)312。網格行310和網格列312之間的間隙可以是這樣的以便，除對金屬接觸必要外，N型擴散區域306的部分距網格列310或網格行312的距離不大於N型擴散區域306的深度。在特定的實施例中，網格行310和網格列312寬度和間隙由經驗、平衡暗計數率和光學性能確定。提供金屬接觸314以將網格308耦接至上覆的N電極金屬互連體316，且金屬接觸318將N型擴散區域306耦接至N電極金屬互連體316。提供金屬互連體316以將雪崩光電二極體300的N電極耦接至積體電路光電感測器陣列的其他電路(未示出)，例如偏置電路、解碼器和傳感放大器。
在前側照明(frontside-illuminated,FSI)的實施例中，網格行310和網格列312之間的開口320相比於沒有開口的可選實施例促進藍光靈敏度。 在背側照明(backside-illuminated,BSI)實施例或其中對紅光或紅外光的靈敏度是最主要的的實施例中，可以省略開口320且淺網格變為嵌入至N型區306內的淺片狀P型少數載流子溝槽。
相似地，P電極304(圖6)具有埋置的、擔任P+電極區域204(圖2)的P型區域330，其大部分完全位於N型區域306的下方。N型少數載流子溝槽網格332在P型區330內且在其底部，用作N型少數載流子溝槽214。在實施例中，N型少數載流子溝槽網格具有網格行334和網格列336之間的間隙，以便原理上，除對金屬接觸必要之外，在耗盡和雪崩區以及N電極302下方的P型區330的部分距網格行334或網格列336的距離不大於P型擴散區域304的深度。
雖然在一些實施例中N型少數載流子溝槽網格332和P型少數載流子溝槽網格中的開口如圖4、5和6所示粗略地對齊，此對齊是恰巧的且對於電路操作不要求此對齊。
在背側照明(BSI)實施例中，網格行334與網格列336之間的開口338相比於沒有開口的可選實施例促進藍光靈敏度。在前側照明(FSI)實施例或其中對紅光或紅外光的靈敏度是最主要的的實施例中，可以省略開口338且薄N型網格332變為嵌入至P型區330內的淺片狀的N型少數載流子溝槽。
可以在多個光電二極體之間共用的深P型擴散340、240提供至金屬接觸334的路徑，提供金屬接觸334以將P電極304耦接至P電極金屬互連體346。深N型擴散342、242提供至金屬接觸348的路徑，金屬接觸348將N型少數載流子溝槽網格332耦接至P電極金屬互連體346。
在適度的偏置下，圖2A至2E和圖4至6的結構提供與N 252和P 254電極能級對應的能級，如圖3所示，其中具有N 252與P 254電極能級之間的雪崩耗盡區域256。少數載流子溝槽區域212、214提供溝槽能級258、260，溝槽能級258、260在電極和耗盡區域能級周圍、提供從電極204、206(如 示出的N 252和P 254電極能級所表示)的附近部分吸引少數載流子的場。
在可選的實施例中，代替示出的使用金屬互連體直接將少數載流子溝槽區域耦接至其相關的電極，少數載流子溝槽212、214(圖2A)的一個或兩個電耦接至與金屬互連體208、210分離的金屬互連體，金屬互連體208、210耦接至少數載流子溝槽所在的N 206和P 204電極區域。在此實施例中，在少數載流子溝槽與其周圍的N或P電極區域之間施加反轉偏置。此實施例的操作與上述介紹的相似，儘管網格形狀的少數載流子溝槽中的開口320、338可能比溝槽區域直接連接至電極區域的實施例中的開口更大。
使用示於圖2、4、5、6的光電二極體，通過相對於P區204對N區206施加電壓偏置以便在N區與P區之間形成具有雪崩倍增特性的耗盡區，而構建雪崩光電探測器。使用適合的偏置，雪崩光電探測器在蓋革(Geiger)、或單光子計數模式中是可操作的。
圖7是示出具有雪崩光電二極體的雪崩光電探測器的示例性操作400的流程圖。對雪崩光電二極體施加(402)高反向偏置，雪崩光電二極體包括N區206(圖2A)和P區204；此反向偏置形成雪崩耗盡區202。源於遠離或在與雪崩耗盡區202相對的N區206和P區204的側上的N區206或P區204的部分的少數載流子被吸引(404)至少數載流子溝槽212、214；此至少包括源於氧化物-半導體介面的一些少數載流子。如在習知雪崩光電二極體中，不允許這些少數載流子進入雪崩耗盡區202。然後在耗盡區202中接收(406)光子，每個超過閾值能量的光子觸發載流子對的形成；此載流子對在耗盡區中被增強(408)以產生可檢測電流信號。雪崩和吸收區域中的電流隨著電壓偏置下降而淬熄(410)，並再施加高的反向偏置；從而使光電二極體準備接收額外的光子。在實施例中，對可檢測電流信號計數以確定由光電二極體接收的光子的流量。
組合
在此討論的特徵可以以不同的組合在設備中出現。特別地，少數 載流子溝槽可以具有網格或方格形狀(waffle shape)、片狀、圓盤狀、有翼的圓盤狀、或當設計光電二極體時可以是方便的其他形狀。與雪崩區域相關的光電二極體N區和P區可以具有矩形、盤狀或當佈局設備時方便的其他形狀。這些的組合的一些包括：
A指定的雪崩光電二極體具有第一擴散類型的第一擴散區域；第一擴散區域至少部分地覆蓋第二擴散類型的第二擴散區域；以及佈置在第一擴散區域內的第一少數載流子溝槽區域，第一少數載流子溝槽區域是第二擴散類型。第一擴散區域和第二擴散區域是配置成當處於偏置時，在第一擴散區域與第二擴散區域之間形成具有雪崩倍增特性的耗盡區。
A1指定的雪崩光電二極體包括A指定的雪崩光電二極體，其中，第一少數載流子溝槽區域電連接至第一擴散區域。
AA指定的雪崩光電二極體包括A或A1指定的雪崩光電二極體，還包括佈置在第二擴散區域內的第二少數載流子溝槽區域，第二少數載流子溝槽區域是第一擴散類型並電連接至第二擴散區域。
AB指定的雪崩光電二極體包括A、AA或A1指定的雪崩光電二極體，第一擴散類型是N型且第二擴散類型是P型。
AC指定的雪崩光電二極體包括A、AA、AB或A1指定的雪崩光電二極體，第一少數載流子溝槽區域的形狀是網格。
AD指定的雪崩光電二極體包括AA、AB或AC指定的雪崩光電二極體，第二少數載流子溝槽區域的形狀是網格。
B指定的雪崩光電探測器包括A、A1、AA、AB、AC或AD指定的雪崩光電二極體，還包括電壓偏置電路，適用相對於第二擴散區域而對第一擴散區域施加足夠的電壓偏置，以便在第一擴散區域與第二擴散區域之間形 成具有雪崩倍增特性的耗盡區。
BA指定的雪崩光電探測器包括B指定的雪崩光電探測器，電壓偏置電路用於以單光子計數模式操作雪崩光電探測器。
C指定的檢測光子的方法，包括：對具有N區和P區的雪崩光電二極體提供反向偏置，且因此在N區與P區之間形成耗盡區；將少數載流子從相對於耗盡區之部分N區和部分P區吸引至少數載流子溝槽；接收光子並形成載流子對；在耗盡區中增強載流子對以產生可檢測電流；淬熄電流；以及對N區和P區重偏置。
CA指定的方法包括C指定的方法，其中在第一少數載流子溝槽處的是嵌入至光電二極體的N區中的淺P型區，少數載流子溝槽包括第一少數載流子溝槽。
CB指定的方法包括C或CA指定的方法，其中第一少數載流子溝槽電連接至光電二極體的N區。
CC指定的方法包括C、CA或CB指定的方法，其中第一少數載流子溝槽嵌入至相對於耗盡區之光電二極體的部分N區中。
CD指定的方法包括C、CA、CB或CC指定的方法，其中第二少數載流子溝槽是嵌入至光電二極體的P區中的N型區，少數載流子溝槽包括第二少數載流子溝槽。
CE指定的方法包括CD指定的方法，其中第二少數載流子溝槽電連接至光電二極體的P區。
CF指定的方法包括CD或CE指定的方法，其中第一少數載流子溝槽嵌入至相對於耗盡區之光電二極體的部分P區中。
在不脫離其範圍的情況下，可以對上述方法和系統做出改變。因此，應該注意的是，在上述描述中包含的或在附圖中示出的方式，應該被理解為說明性的且不具有限制意義。所附權利要求旨在覆蓋在此描述的所有共用和特定特徵，以及本方法和本系統的範圍的在語言上的所有聲明應被認為落入其間。

Claims (16)

  1. 一種雪崩光電二極體，包括：一第一擴散類型的一第一擴散區域，該第一擴散區域至少部分地覆蓋一第二擴散類型的一第二擴散區域；以及一第一少數載流子溝槽區域，佈置在該第一擴散區域內，該第一少數載流子溝槽區域是該第二擴散類型；其中該第一擴散區域和該第二擴散區域是配置成當處於偏置時，在該第一擴散區域與該第二擴散區域之間形成具有雪崩倍增特性的一耗盡區。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之雪崩光電二極體，其中，該第一少數載流子溝槽區域電連接至該第一擴散區域。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之雪崩光電二極體，還包括佈置在該第二擴散區域內的一第二少數載流子溝槽區域，其中該第二少數載流子溝槽區域是該第一擴散類型並電連接至該第二擴散區域。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之雪崩光電二極體，其中，該第一擴散類型是N型且該第二擴散類型是P型。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之雪崩光電二極體，其中，該第一少數載流子溝槽區域的形狀是網格。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之雪崩光電二極體，其中，該第二少數載流子溝槽區域的形狀是網格。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之雪崩光電二極體，其中，通過對覆蓋該第一擴散區域的電極施加偏置，該第一少數載流子溝槽區域被形成為一反轉區。
  8. 一種雪崩光電探測器，包括如申請專利範圍第4項所述之雪崩光電二極體，還包括：一電壓偏置電路，適用相對於該第二擴散區域而對該第一擴散區域施加足夠 的電壓偏置，以便在該第一擴散區域與該第二擴散區域之間形成具有雪崩倍增特性的該耗盡區。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之雪崩光電探測器，其中，該電壓偏置電路用於配置成在一單光子計數模式下操作該雪崩光電探測器。
  10. 一種檢測光子的方法，包括：為包括一N區和一P區的一雪崩光電二極體提供反向偏置，以便在該N區與該P區之間形成一耗盡區；將少數載流子從相對於該耗盡區之部分該N區和部分該P區吸引至多個少數載流子溝槽；接收光子並形成一載流子對；在該耗盡區中增強該載流子對以產生一可檢測電流；淬熄電流；以及對該N區和該P區重偏置。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之檢測光子的方法，其中，一第一少數載流子溝槽是嵌入至該雪崩光電二極體的該N區中的一淺P型區，該些少數載流子溝槽包括該第一少數載流子溝槽。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之檢測光子的方法，其中，該第一少數載流子溝槽電連接至該雪崩光電二極體的該N區。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之檢測光子的方法，其中，該第一少數載流子溝槽嵌入至相對於該耗盡區之該雪崩光電二極體的部分該N區中。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之檢測光子的方法，其中，一第二少數載流子溝槽是嵌入至該雪崩光電二極體的該P區中的一N型區，該些少數載流子溝槽包括該第二少數載流子溝槽。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之檢測光子的方法，其中，該第二少數載流子 溝槽電連接至該雪崩光電二極體的該P區。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之檢測光子的方法，其中，該第二少數載流子溝槽嵌入至相對於該耗盡區之該雪崩光電二極體的部分該P區中。
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