TW201946258A - 光偵測裝置 - Google Patents

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Abstract

一種光偵測裝置，包含：一吸收層，其被設置為吸收光子並從吸收的光子產生光載子，其中吸收層包含鍺；以及一載子引導單元，其電連接到吸收層，其中載子引導單元包含一第一開關，第一開關包含一第一閘極端子。

Description

光偵測裝置
本公開內容是關於一種光偵測裝置，特別是有關於一種包含載子引導單元的光偵測裝置。
光偵測裝置可用於偵測光訊號並將光訊號轉換成電子訊號，電子訊號可進一步由另一電路處理。 光偵測裝置可被應用於消費性電子產品、影像感測器、數據傳輸、飛行時間（TOF）測距或是影像感測、醫療設備和許多其他合適的應用。
根據本公開內容的一些實施例，提供了一種光偵測裝置。光偵測裝置包含一吸收層，吸收層被設置為吸收光子並從吸收的光子產生光載子，其中吸收層包含鍺。一載子引導單元電連接至吸收層，其中載子引導單元包含一第一開關，第一開關包含第一閘極端子。
根據本公開內容的一些實施例，提供了一種用於製造光偵測裝置的方法。本公開內容的製造方法包含：形成一吸收層；在吸收層上方形成一子絕緣層；形成一導電溝槽，導電溝槽穿透吸收層上方的子絕緣層以連接吸收層；提供一基板，基板與一載子引導單元、一第一讀出電路、一第二讀出電路、一第一控制訊號和一第二控制訊號整合為一體，其中第一控制信號、第二控制信號，第一讀出電路和第二讀出電路電連接到載子引導單元；在基板上形成一子絕緣層，子絕緣層覆蓋第一閘極端子和第二閘極端子；形成穿透基板上的子絕緣層的一導電溝槽；將基板上的子絕緣層和吸收層上方的子絕緣層接合以形成一接合結構，其中載子引導單元在接合步驟之後電連接到吸收層。
根據本公開內容的一些實施例，提供了一種光偵測裝置。光偵測裝置包含：一吸收層，吸收層被設置為吸收光子並從吸收的光子產生光載子；以及一載子引導單元，其電連接至吸收層，其中載子引導單元包含一第一開關、一第二開關，以及位於第一開關與第二開關之間的一共同區域，共同區域具有一導電型態，其中第一開關包含：第一載子輸出區域具有一導電型態，第二開關包含一第二載子輸出區域，第二載子輸出區域具有一導電型態，第二載子輸出區域的導電型態與第一載子輸出區域的導電型態相同，且共同區域的導電型態不同於第一載子輸出區域的導電型態。
根據本公開內容的一些實施例，提供了一種光偵測裝置。光偵測裝置包含：一吸收層，吸收層被設置為吸收光子並從吸收的光子產生光載子；一基板；位於基板和吸收層之間的一接合結構；與基板整合為一體的一載子引導單元、一第一讀出電路、一第二讀出電路、一第一控制信號以及一第二控制信號，其中第一控制信號、第二控制信號，第一讀出電路和第二讀出電路電連接到載子引導單元。
根據本公開內容的一些實施例，提供了一種光偵測裝置。光偵測裝置包含：一基板；位於基板上的一第一吸收層，其用於吸收具有第一峰值波長的光子，並從吸收的光子產生光載子；位於基板和第一吸收層之間的一第一接合結構；一第二吸收層，其位於第一吸收層上方，第二吸收層用於吸收光子並從吸收的光子產生光載子，其中第二吸收層用於吸收具有第二峰值波長的光子，第二峰值波長不同於第一峰值波長；位於基板和第二吸收層之間的一第二接合結構；與基板整合為一體的一第一載子引導單元和一第二載子引導單元，其中第一載子引導單元電連接到第一吸收層，第二載子引導單元電連接到第二吸收層。
以下實施例將伴隨著圖式說明本公開內容之概念，在圖式或說明中，相似或相同之部分係使用相同之標號，並且在圖式中，元件之形狀或厚度可擴大或縮小。需特別注意的是，圖中未繪示或說明書未描述之元件，可以是熟習此技藝之人士所知之形式。
於本說明書中，除了特別指出說明，相同的元件符號於不同的圖式中，具有與本公開內容任何一處說明之相同或是大致上相同的結構、材料、材料組成和/或製造方法。
在本公開內容中，光偵測裝置將光訊號轉換為電訊號。用語“矽化鍺（GeSi）”是指Gex Si1-x ，其中0 ＜x ＜1。用語“本質”是指沒有故意添加摻雜物的半導體材料。
圖1A為本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。光偵測裝置包含一吸收層10和支撐吸收層10的一基板20。於一些實施例中，吸收層10由基板20支撐。於一些實施例中，基板20的材料與吸收層10的材料不同。於一些實施例中，吸收層10包含一頂側101和與頂側101相對的一底側102。於一些實施例中，吸收層10的頂側101包含一頂表面103。底側102包含一底表面104。
吸收層10被設置為吸收光子並從吸收的光子產生光載子。於一些實施例中，吸收層10被設置為吸收峰值波長在不小於800 奈米 （nm）的不可見波長範圍內的光子，例如，850 nm、940 nm、1050 nm、1064 nm、1310 nm、1350 nm或1550 nm。於一些實施例中，不可見波長範圍不大於2000 nm。於一些實施例中，吸收層10接收光訊號並將光訊號轉換成電訊號。於一些實施例中，吸收層10是本質的、摻雜有一p型摻雜物，或摻雜有一n型摻雜物。於一些實施例中，p型摻雜物包含III族元素。於一些實施例中，p型摻雜物是硼。於一些實施例中，n型摻雜物包含五(V)族元素。於一些實施例中，n型摻雜物是磷。於一些實施例中，吸收層10包含多晶材料。於一些實施例中，吸收層10包含矽化鍺 （GeSi）、矽 （Si） 或鍺 （Ge）。於一些實施例中，吸收層10包含非晶GeSi。於一些實施例中，吸收層10包含鍺。於一些實施例中，吸收層10由鍺所組成。於一些實施例中，由於在形成吸收層10的過程中所形成的材料缺陷，由本質鍺所組成的吸收層10是p型的，其中缺陷密度介於1×1014 cm-3 至1×1016 cm-3 。
於一些實施例中，吸收層10包含一厚度，厚度取決於待檢測光子的波長和吸收層10的材料。於一些實施例中，當吸收層10包含鍺並且被設計為吸收具有波長不小於 800 nm的光子時，吸收層10的厚度不小於0.1微米 （μm）。於一些實施例中，吸收層10包含鍺並且被設計為吸收波長在800 nm和2000 nm之間的光子時，吸收層10的厚度介於0.1 μm和2.5 μm之間。於一些實施例中，為了獲得更高的量子效率，吸收層10具有介於1 μm至2.5 μm之間的厚度。於一些實施例中，可以使用全區覆蓋磊晶、選擇性磊晶或其他適合技術來生長吸收層10。
於一些實施例中，基板20包含一第一側201和與第一側201相對的一第二側202，其中第一側201位於吸收層10和第二側202之間。第一側201包含一第一表面203。基板20包含任何合適的材料，藉以在其上製造吸收層10。於一些實施例中，基板20包含矽。於一些實施例中，基板20由單一材料所組成。於一些實施例中，基板20由矽所組成。於一些實施例中，基板20包含多種材料，例如，基板2 0同時包含絕緣材料和半導體材料。於一些實施例中，基板20同時包含二氧化矽 （SiO2 ）和矽 （Si）。於一些實施例中，基板20包含疊層。
於一些實施例中，吸收層10埋入在基板20中，並且吸收層10的頂表面103與基板20的第一表面203齊平。於一些實施例中，部分吸收層10埋入在基板20中。
光偵測裝置更包含一載子引導單元（圖未標），其電連接到吸收層10。載子引導單元被設置為在光偵測裝置的運作過程中，引導吸收層10產生的光載子往兩個不同的方向。於一些實施例中，在光偵測裝置的運作過程中，一入射光L進入吸收層10，載子引導單元被設置為引導由吸收層10產生的光載子往沿著入射光的方向的相反兩側移動。於一些實施例中，載子引導單元（圖未標）包含一第一開關30和一第二開關40，第一開關30和一第二開關4電連接到吸收層10。第二開關40與第一開關30實體分開。於一些實施例中，第一開關30包含第一閘極端子301，第二開關40包含第二閘極端子401。於一些實施例中，第一閘極端子301和第二閘極端子401都在吸收層10的頂側101的上方。於一些實施例中，第一閘極端子301包含一第一接觸層（圖未示），其在吸收層10的頂表面103的上方。於一些實施例中，第二閘極端子401包含一第二接觸層（圖未示），其在吸收層10的頂表面103的上方。於一些實施例中，在第一接觸層（圖未示）和吸收層10之間形成蕭特基接觸。於一些實施例中，在第二接觸層（圖未示）和吸收層10之間形成蕭特基接觸 （Schottky contact）。於一些實施例中，在第一接觸層（圖未示）和吸收層10之間形成歐姆接觸。於一些實施例中，在第二接觸層（圖未示）和吸收層10之間形成歐姆接觸。於一些實施例中，為了在第一接觸層（圖未示）和吸收層10之間形成歐姆接觸，在吸收層10內位於第一接觸層（圖未示）的正下方處形成一第一摻雜區域（圖未示），且第一摻雜區域（圖未示）包含一摻雜物，其具有一峰值濃度。於一些實施例中，為了在第二接觸層（圖未示）和吸收層10之間形成歐姆接觸，在吸收層10內位於第二接觸層（圖未示）的正下方處形成一第二摻雜區域（圖未示），且第二摻雜區域（圖未示）包含一摻雜物，其具有一峰值濃度。
第一摻雜區域的摻雜物的峰值濃度取決於第一接觸層（圖未示）的材料和吸收層10的材料，例如，介於1×1019 cm-3 至5×1020 cm-3 之間。第二摻雜區域的摻雜物的峰值濃度取決於第二接觸層（圖未示）的材料和吸收層10的材料，例如，介於1×1019 cm-3 至5×1020 cm-3 之間。
於一些實施例中，第一閘極端子301包含第一絕緣層（圖未示）和位於第一絕緣層（圖未示）上的一第一接觸層（圖未示）。於一些實施例中，第二閘極端子401包含第二絕緣層（圖未示）和位於第二絕緣層（圖未示）上的一第二接觸層（圖未示）。於一些實施例中，第一絕緣層（圖未示）位於第一接觸層（圖未示）和吸收層10之間。於一些實施例中，第二絕緣層（圖未示）位於第二接觸層和吸收層10之間。於一些實施例中，第一接觸層（圖未示）和第二接觸層（圖未示）包含金屬或合金。舉例說明，第一接觸層（圖未示）和第二接觸層（圖未示）包含鋁（Al）、銅（Cu）、鎢（W）、鈦（Ti）、鉭-氮化鉭-銅（Ta-TaN-Cu）疊層、鈦-氮化鈦-鎢（Ti-TiN-W）疊層，以及各種矽化物和鍺化物。矽化物包含但不限於鎳矽化物。鍺化物包含但不限於鎳鍺化物。第一絕緣層（圖未示）和第二絕緣層（圖未示）分別防止電流從第一接觸層（圖未示）直接流到吸收層10以及防止電流從第二接觸層（圖未示）直接流到吸收層10，但當向第一接觸層（圖未示）和第二接觸層（圖未示）分別施加電壓時，第一絕緣層（圖未示）和第二絕緣層（圖未示）讓吸收層10內建立電場。所建立的電場吸引或排斥吸收層10內的載子。於一些實施例中，第一絕緣層（圖未示）和第二絕緣層（圖未示）包含但不限於二氧化矽（SiO2）。於一些實施例中，第一絕緣層（圖未示）和第二絕緣層（圖未示）包含高介電材料，高介電材料包含但不限於氮化矽（Six Ny ，例如 Si3 N4 ）、氮氧化矽（SiON）、氧化矽（SiOx）、氧化鍺（GeOx ）、氧化鋁（Al2 O3 ）、氧化釔（Y2 O3 ）、氧化鈦（TiO2 ）、氧化鉿（HfO2 ）或氧化鋯（ZrO2 ）。
於一些實施例中，第一開關30更包含第一載子輸出區域302，第二開關40更包含第二載子輸出區域402。載子引導單元（圖未標）更包含位於第一閘極端子301和第二閘極端子401之間的一共同區域50。於一些實施例中，第一載子輸出區域302被設置為收集大部分由吸收層10產生的光載子。於一些實施例中，第二載子輸出區域402被設置為收集大部分由吸收層10產生的光載子。於一些實施例中，第一閘極端子301位於第一載子輸出區域302和共同區域50之間。第二閘極端子401位於第二載子輸出區域402和共同區域50之間。於一些實施例中，共同區域50、第一載子輸出區域302和第二載子輸出區域402位於吸收層10的頂側101。
於一些實施例中，第一載子輸出區域302具有一導電型態，第二載子輸出區域402具有一導電型態，第二載子輸出區域402的導電型態與第一載子輸出區域302的導電型態相同。於一些實施例中，第一載子輸出區域302的導電型態與共同區域50的導電型態相同，並且第二載子輸出區域402的導電型態也與共同區域50的導電型態相同。於一些實施例中，吸收層10的導電型態不同於共同區域50的導電型態、不同於第二載子輸出區域402的導電型態且不同於第一載子輸出區域302導電型態。於一些實施例中，共同區域50的材料、第一載子輸出區域302的材料，第二載子輸出區域402的材料吸收層10的材料是一樣的。例如，共同區域50的材料、第一載子輸出區域302的材料、第二載子輸出區域402的材料和吸收層10的材料皆包含鍺。於一些實施例中，共同區域50包含一摻雜物，且共同區域50的摻雜物包含介於1×1018 cm-3 和5×1020 cm-3 之間的一峰值濃度。於一些實施例中，第一載子輸出區域302包含一摻雜物，且第一載子輸出區域302的摻雜物包含介於1×1018 cm-3 和5×1020 cm-3 之間的一峰值濃度。於一些實施例中，第二載子輸出區域402包含一摻雜物，並且第二載子輸出區域402的摻雜物包含介於1×1018 cm-3 和5×1020 cm-3 之間的一峰值濃度。於一些實施例中，第一載子輸出區域302、第二載子輸出區域402和共同區域50的摻雜物是不同的。於一些實施例中，第一載子輸出區域302、第二載子輸出區域402和共同區域50的摻雜物是相同的。於一些實施例中，當第一載子輸出區域302、第二載子輸出區域402和共同區域50是n型時，第一載子輸出區域302、第二載子輸出區域402和共同區域50的摻雜物包含但不限於磷、砷、銻或氟。於一些實施例中，當第一載子輸出區域302、第二載子輸出區域402和共同區域50是p型時，第一載子輸出區域302、第二載子輸出區域402和共同區域50的摻雜物包含但不限於硼。於一些實施例中，載子引導單元（圖未標）與吸收層10整合為一體，因此光偵測裝置具有改善的解調對比度。
於一些實施例中，共同區域50和吸收層10被視為一個垂直光電二極體。於一些實施例中，垂直光電二極體為一同質接面二極體。在本公開內容中，用語“垂直光電二極體”指的是光電二極體中，從p端到n端的方向實質上平行於從吸收層10的底表面104到頂表面103的方向。
於一些實施例中，當第一閘極端子301包含與吸收層10蕭特基接觸的第一接觸層時，第一開關30和共同區域50被視為第一金屬半導體場效電晶體（metal semiconductor field effect transistor）。於一些實施例中，當第二閘極端子401包含與吸收層10蕭特基接觸的第二接觸層時，第二開關30和共同區域50被視為第二金屬半導體場效電晶體。於一些實施例中，光電二極體、第一金屬半導體場效電晶體以及第二金屬半導體場效電晶體共用共同區域50。換句話說，共同區域50同時是光電二極體的一端、是第一金屬半導體場效電晶體的一端以及是第二金屬半導體場效電晶體的一端。換句話說，共同區域50同時是光電二極體的一端、是第一金屬半導體場效電晶體的源極以及是第二金屬半導體場效電晶體的源極。例如，當共同區域50、第一載子輸出區域302和第二載子輸出區域402是n型時，共同區域50同時是光電二極體的n端、是第一金屬半導體場效電晶體的源極，以及是第二金屬半導體場效電晶體的源極。當共同區域50、第一載子輸出區域302和第二載子輸出區域402是p型時，共同區域50同時是光電二極體的p端、是第一金屬半導體場效電晶體的源極以及是第二金屬半導體場效電晶體的源極。
於一些實施例中，第一金屬半導體場效電晶體、第二金屬半導體場效電晶體以及垂直光電二極體皆與一單一吸收層10整合為一體，因此光偵測裝置具有改善的解調對比度。
於一些實施例中，當第一閘極端子301包含位於第一接觸層和吸收層10之間的第一絕緣層時，第一開關30和共同區域50被視為第一金屬氧化物半導體場效電晶體（metal oxide semiconductor field-effect transistor，簡稱金氧半場效電晶體）。於一些實施例中，當第二閘極端子401包含位於第二接觸層和吸收層10之間的第二絕緣層時，第二開關40和共同區域50被視為第二金氧半場效電晶體。於一些實施例中，第一金氧半場效電晶體和第二金氧半場效電晶體可以是增強型（enhancement mode）。於一些實施例中，第一金氧半場效電晶體和第二金氧半場效電晶體可以是空乏型（depletion mode）。於一些實施例中，光電二極體、第一金氧半場效電晶體以及第二金氧半場效電晶體共用共同區域50。換句話說，共同區域50同時是光電二極體的一端、是第一金氧半場效電晶體的一端以及是第二金氧半場效電晶體的一端。換句話說，共同區域50同時是光電二極體的一端、是第一金氧半場效電晶體的源極和是第二金氧半場效電晶體的源極。例如，當共同區域50、第一載子輸出區域302和第二載子輸出區域402是n型時，共同區域50同時是光電二極體的n端、是第一金氧半場效電晶體的源極以及是第二金氧半場效電晶體的源極。當共同區域50、第一載子輸出區域302和第二載子輸出區域402是p型時，共同區域50同時是光電二極體的p端、是第一金氧半場效電晶體的源極以及是第二金氧半場效電晶體的源極。
於一些實施例中，第一金氧半場效電晶體、第二金氧半場效電晶體以及垂直光電二極體都與一單一吸收層10整合為一體，因此光偵測裝置具有改善的解調對比度。
於一些實施例中，光偵測裝置更包含一第一控制訊號60和一第二控制訊號70。第一控制訊號60電連接到第一開關30。第二控制訊號70電連接到第二開關40。於一些實施例中，第一控制訊號60電連接到第一閘極端子301。第二控制訊號70電連接到第二閘極端子401。於一些實施例中，第一控制訊號60和第二控制訊號70中各包含從一電源提供的直流（DC）電壓訊號或交流（AC）電壓訊號。於一些實施例中，第一控制訊號60包含DC電壓訊號，而第二控制訊號70包含AC電壓訊號。第一控制訊號60和第二控制訊號70用於控制載子引導單元（圖未標），藉以控制載子朝向第一開關30或朝向第二開關40移動的方向，其中載子由吸收層10吸收的光子產生。於一些實施例中，第一控制訊號60固定在一電壓值V，第二控制訊號70在電壓值V±△V之間交替。偏壓值的方向決定了載子的移動方向。於一些實施例中，第一控制訊號60固定在一電壓值V（例如，0.5伏特（V）），第二控制訊號70是變化的電壓訊號（例如，正弦訊號（sinusoid signal）、時脈訊號（clock signal）或在0V或1V下操作的脈衝訊號）。
於一些實施例中，光偵測裝置更包含一第一讀出電路80以及一第二讀出電路90。第一讀出電路80電連接到第一載子輸出區域302。第一讀出電路80被設置輸出一第一讀出電壓。第二讀出電路90電連接到第二載子輸出區域402。第二讀出電路90被設置為輸出一第二讀出電壓。於一些實施例中，第一讀出電路80和第二讀出電路90各包含三個電晶體，其包含重置（Reset）電晶體（圖未示）、源極隨耦器（source follower）（圖未示）以及一行列選擇（row selection）電晶體（圖未示）。於一些實施例中，第一讀出電路80和第二讀出電路90各包含四個或更多個電晶體（圖未示），或包含任何用於處理載子的適合的電子元件（圖未示）。於一些實施例中，光偵測裝置更包含電連接到共同區域50的一第一外接來源（圖未示）。於一些實施例中，第一外接來源（圖未示）包含從一電源提供的AC電壓訊號。
於一些實施例中，第一讀出電路80包含一第一電容（圖未示）。第一電容被設置為儲存由第一載子輸出區域302收集的光載子。於一些實施例中，第一電容電連接到第一讀出電路80的重置電晶體。於一些實施例中，第一電容是位於第一讀出電路80的源極隨耦器和第一讀出電路80的重置電晶體之間。於一些實施例中，第二讀出電路90包含第二電容（圖未示）。於一些實施例中，第二電容被設置為儲存由第二載子輸出區域402收集的光載子。於一些實施例中，第二電容電連接到第二讀出電路90的重置電晶體。於一些實施例中，第二電容位於第二讀出電路90的源極隨耦器和第二讀出電路90的重置電晶體之間。第一電容和第二電容的例子包含但不限於浮接擴散電容、金屬氧化物金屬（metal-oxide-metal ，MOM）電容、金屬 - 絕緣體 - 金屬（metal-insulator-metal ，MIM）電容和金屬氧化物半導體（metal-oxide-semiconductor ，MOS）電容。
於一些實施例中，第一開關30更包含連接到第一載子輸出區域302的一第一讀出端子303。第二開關40更包含連接到第二載子輸出區域402的一第二讀出端子403。第一讀出電路80經由第一讀出端子303電連接到第一載子輸出區域302。第二讀出電路90經由第二讀出端子403電連接到第二載子輸出區域402。於一些實施例中，載子引導單元（圖未標）更包含在共同區域50和第一外接來源之間的一第一端子100。於一些實施例中，第一端子100、第一讀出端子303和第二讀出端子403包含導電材料，導電材料包含但不限於金屬。
於一些實施例中，取決於入射光L的方向，光偵測裝置更包含在基板20的第二側202上方或在吸收層10的頂側101上方的一遮光罩110。遮光罩110包含一窗口111，其用於使入射光L進入吸收層10並限制吸收層10中吸收光子的區域。於一些實施例中，當入射光L從基板20的第二側202進入吸收層10時，遮光罩110位於基板20的第二側202上。於一些實施例中，自窗口111的俯視圖視之，窗口111的形狀可以是橢圓形、圓形、矩形、正方形、菱形、八邊形或任何其他合適的形狀。於一些實施例中，入射光L反射自一三維目標的表面。
於一些實施例中，在光偵測裝置的操作期間，吸收層10內的電場被改變，因此一部分的載子被驅使朝向第二載子輸出區域402或第一載子輸出區域302移動。在光偵測裝置的操作期間，向第一閘極端子301和第二閘極端子401施加不同的電壓，以從第一載子輸出區域302或從第二載子輸出區域402收集一部分光載子。
於一些實施例中，當操作光偵測裝置時，入射光L被吸收層10吸收，接著產生包含電子和電洞的光載子。將兩個不同的電壓施加到第一閘極端子301和第二閘極端子401，以在第一絕緣層（圖未示）或第二絕緣層（圖未示）下方形成通道，進而打開第一開關30或第二開關40。光載子的電洞或電子被驅使通過通道朝向第一載子輸出區域302或第二載子輸出區域402移動，因而被收集。於本公開內容中，在一相同的光偵測裝置中，由第一載子輸出區域302收集的載子的類型和由第二載子輸出區域402收集的載子的類型是相同的。例如，當光偵測裝置被設置為收集電子時，當第一開關30打開並且第二開關40關閉時，第一載子輸出區域302收集光載子的電子，並且當第二開關40打開並且第一開關30關閉時，第二載子輸出區域402也收集光載子的電子。
於一些實施例中，第一開關30和共同區域50被視為第一金氧半場效電晶體，第二開關40和共同區域50被視為第二金氧半場效電晶體。基板20包含矽，吸收層10包含本質鍺，共同區域50、第一載子輸出區域302和第二載子輸出區域402包含n型鍺。例如，吸收層10包含本質鍺。共同區域50、第一載子輸出區域302和第二載子輸出區域402包含摻雜有磷的鍺，磷的峰值濃度介於1×1018 cm-3 和5×1020 cm-3 之間。在光偵測裝置的操作期間，入射光L從基板20的第二側202進入吸收層10，然後被吸收層10吸收，以產生包含電子和電洞的光載子。吸收層10處於一第一電壓（例如0V），第一閘極端子301接收一第二電壓（例如1V），第二閘極端子401接收低於第二電壓的一第三電壓（例如0V）。共同區域50處於高於第一電壓的一第四電壓。第一絕緣層（圖未示）下方形成一n通道，以電連接共同區域50和第一載子輸出區域302，進而打開第一開關30。光載子中的部分電子被驅使朝向第一載子輸出區域302移動。交替地，第一閘極端子301接收一第五電壓（例如0V），第二閘極端子401接收高於第五電壓的一第六電壓（例如1V）。第二絕緣層（圖未示）下方形成一n通道，以電連接共同區域50和第二載子輸出區域402，進而打開第二開關40。光載子中的部分電子被驅使朝向第二載子輸出區域402移動。於一些實施例中，第三電壓大於0V並且低於第二電壓，以改善光偵測裝置於操作期間的解調對比度。類似地，於一些實施例中，第五電壓大於0V並且低於第六電壓，以改善光偵測裝置於操作期間的解調對比度。在這些實施例中，光偵測裝置被設置為收集電子。
於一些實施例中，共同區域50不連接到任何外部控制，因此是浮接的。浮接的共同區域50降低了在光偵測裝置的操作期間中，共同區域50和第一載子輸出區域302之間的漏電流，或者降低了共同區域50和第二載子輸出區域402之間的漏電流。
於一些實施例中，第一開關30和共同區域50被視為第一金氧半場效電晶體，第二開關40和共同區域50被視為第二金氧半場效電晶體。基板20包含矽，吸收層10包含n型鍺，共同區域50的導電型態、第一載子輸出區域302的導電型態和第二載子輸出區域402的導電型態是p型。例如，吸收層10包含摻雜有磷的鍺，磷的峰值濃度介於1×1014 cm-3 和1×1016 cm-3 之間。共同區域50、第一載子輸出區域302和第二載子輸出區域402包含摻雜有硼的鍺，硼的峰值濃度介於1×1018 cm-3 和5×1020 cm-3 之間。在這些實施例中，光偵測裝置被設置為收集電洞。在光偵測裝置的操作期間，入射光L從基板20的第二側202進入吸收層10，然後被吸收層10吸收，進而產生包含電子和電洞的光載子。吸收層10處於一第一電壓V1（例如3V），第一閘極端子301接收一第二電壓（例如0V），第二閘極端子401接收高於第二電壓的一第三電壓（例如3V）。共同區域50處於低於第一電壓的一第四電壓。在第一絕緣層（圖未示）下方形成一p通道，以電連接共同區域50和第一載子輸出區域302，進而打開第一開關30。光載子的一部分電洞被驅使朝向第一載子輸出區域302移動。交替地，第一閘極端子301接收一第五電壓（例如3V），第二閘極端子401接收低於第五電壓的一第六電壓（例如，0V）。第二絕緣層（圖未示）下方形成一p通道並且電連接共同區域50和第二載子輸出區域402，進而打開第二開關40。光載子的一部分電洞被驅使朝向第二載子輸出區域402移動。於一些實施例中，第三電壓低於3V並且高於第二電壓，以改善光偵測裝置於操作期間的解調對比度。類似地，於一些實施例中，第五電壓低於3V並且高於第六電壓，以改善光偵測裝置於操作期間的解調對比度。
於一些實施例中，共同區域50不連接到任何外部控制，因此是浮接的。浮接的共同區域50降低了在光偵測裝置的操作期間，共同區域50和第一載子輸出區域302之間的漏電流，或者降低了共同區域50和第二載子輸出區域402之間的漏電流。
於一些實施例中，當光偵測裝置被設置為收集電子時，在光偵測裝置的操作期間，第一讀出電路80的第一電容和第二讀出電路90的第二電容分別經由第一讀出電路80的重置電晶體和第二讀出電路90的重置電晶體被充電到一預設電壓。一旦第一電容和第二電容充電完成，第一電容開始儲存從第一載子輸出區域302收集的光載子，且第二電容開始儲存從第二載子輸出區域402收集的光載子。
於一些實施例中，當光偵測裝置被設置為收集電洞時，在光偵測裝置的操作期間，第一讀出電路80的第一電容和第二讀出電路90的第二電容分別藉由第一讀出電路80的重置電晶體和第二讀出電路90的重置電晶體被放電到一預設電壓。一旦第一電容和第二電容的放電完成，第一電容開始儲存從第一載子輸出區域302收集的光載子，且第二電容開始儲存從第二載子輸出區域402收集的光載子。
於一些實施例中，光偵測裝置更包含在吸收層10中的一第一區域120。於一些實施例中，第一區域120位於吸收層10的底側102，因此與第二載子輸出區域402、共同區域50和第一載子輸出區域302相對。於一些實施例中，第一區域120沿著一垂直方向D1與共同區域50重疊。於一些實施例中，第一區域120包含一摻雜物並且具有一導電型態。於一些實施例中，第一區域120的導電型態不同於共同區域50的導電型態。於一些實施例中，第一區域120的摻雜物包含介於1×1018 cm-3 和5×1020 cm-3 之間的峰值濃度。於一些實施例中，共同區域50、吸收層10和第一區域120被視為一垂直光電二極體。於一些實施例中，垂直光電二極體為一同質接面二極體。當兩個不同的電壓分別施加到第一閘極端子301和第二閘極端子401時，因為有第一區域120，第一區域120和共同區域50之間的空乏區會增大。因此，光偵測裝置的量子效率更高，並且被引導至第一載子輸出區域302或第二載子輸出區域402的載子的數量也更多。於一些實施例中，第一區域120包含p型鍺。
於一些實施例中，光偵測裝置更包含穿透吸收層10的一第二端子130。第二端子130電連接到第一區域120，藉以在光偵測裝置的操作期間中，排空沒有被第一載子輸出區域302或第二載子輸出區域402收集的相反類型的光載子，進而提高光偵測裝置的可靠性。於一些實施例中，第二端子130與第一區域120直接接觸。於一些實施例中，第二端子130包含金屬，其包含但不限於銅，鋁或鎢。於一些實施例中，光偵測裝置更包含電連接到第一區域120的一第二外接來源（圖未示）。於一些實施例中，當光偵測裝置被設置為收集電子時，在光偵測裝置的操作期間中，第二外接來源包含一接地，或是提供一預設電壓，其低於第一載子輸出區域302處的電壓和小於第二載子輸出區域402處的電壓，藉以排空電洞。於一些實施例中，第一區域120不連接到任何外部控制，因此是浮接的。於一些實施例中，當光偵測裝置被設置為收集電洞時，在光偵測裝置的操作期間，第二外接來源提供一預設電壓，其高於第一載子輸出區域302處的電壓和高於第二載子輸出區域402處的電壓，藉以排空電子。
於一些實施例中，共同區域50包含一第一深度d1 。第一載子輸出區域302包含一第二深度d2 。第二載子輸出區域402包含一第三深度d3 。共同區域50的第一深度d1 、第一載子輸出區域302的第二深度d2 和第二載子輸出區域402的第三深度d3 從吸收層10的頂表面103測量。於一些實施例中，自光偵測裝置的剖面圖視之，共同區域50的第一深度d1 大於第一載子輸出區域302的第二深度d2 和大於第二載子輸出區域402的第三深度d3 。當兩個不同的電壓分別施加到第一閘極端子301和第二閘極端子401時，因為共同區域50比第一載子輸出區域302和第二載子輸出區域402更深，共同區域50和第一區域120之間的空乏區會增大。因此，光偵測裝置的量子效率會進一步提高，且被引導至第一載子輸出區域302或第二載子輸出區域402的載子的數量也進一步增加。
圖1B示出了本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。圖1B中的光偵測裝置類似於圖1A中的光偵測裝置，兩者之間的差異如下所述。於一些實施例中，吸收層10嵌入在基板20中。於一些實施例中，吸收層10的頂表面103與基板20的第一表面203大致上齊平。於一些實施例中，第一開關30、共同區域50和第二開關40位於吸收層10的外部。於一些實施例中，載子引導單元（圖未標）和吸收層10皆位於基板20的第一側201。於一些實施例中，第一閘極端子301和第二閘極端子401皆位於第一表面203上。第一載子輸出區域302和第二載子輸出區域402位於基板20的第一側201。於一些實施例中，共同區域50在基板20中並環繞吸收層10。第一區域120位於吸收層10的頂側101。於一些實施例中，第一區域120的材料不同於第一載子輸出區域302的材料、不同於共同區域50的材料並且不同於第二載子輸出區域402的材料。於一些實施例中，共同區域50、第一區域120和吸收層10被視為一垂直光電二極體。於一些實施例中，第一載子輸出區域302和第二載子輸出區域402包含矽化鍺（GeSi）。於一些實施例中，因為共同區域50和第一區域120包含不同的材料，所以垂直光電二極體為一異質接面二極體。於一些實施例中，第一開關30、共同區域50和第二開關40與基板20整合為一體。於一些實施例中，從光偵測裝置的剖面圖視之，第二端子130包含一寬度，其不小於吸收層10的一寬度。於一些實施例中，第二端子130被視為一反射鏡，其用於將入射光L反射回吸收層10。因此，光偵測裝置的量子效率會提升。於一些實施例中，由於吸收層10的材料不同於基板20的材料，藉由將第一載子輸出區域302和第二載子輸出區域402設置在吸收層10外部並與基板20整合為一體，第二載子輸出區域402和第一載子輸出區域302之間的漏電流會降低。
於一些實施例中，基板20包含矽。吸收層10包含本質鍺。第一載子輸出區域302包含p型矽，第二載子輸出區域402包含p型矽，且共同區域50包含p型矽。第一區域120包含n型鍺。例如，第一載子輸出區域302，第二載子輸出區域402和共同區域50包含摻雜有硼的矽，硼的峰值濃度介於1×1018 cm-3 和5×1020 cm-3 之間。第一區域120包含摻雜有磷的鍺，磷的峰值濃度介於1×1018 cm-3 和5×1020 cm-3 之間。在這些實施例中，光偵測裝置被設置為收集電洞。於一些實施例中，第一載子輸出區域302包含n型矽，第二載子輸出區域402包含n型矽，且共同區域50包含n型矽。第一區域120包含p型鍺。在這些實施例中，光偵測裝置被設置為收集電子。例如，吸收層10包含本質鍺。第一載子輸出區域302，第二載子輸出區域402和共同區域50包含摻雜有磷的矽，磷的峰值濃度在1×1018 cm-3 和5×1020 cm-3 之間。第一區域120包含摻雜有硼的鍺，硼的峰值濃度在1×1018 cm-3 和5×1020 cm-3 之間。於一些實施例中，由於共同區域50覆蓋整個吸收層10，因此光偵測裝置具有改善的量子效率。於一些實施例中，在光偵測裝置的操作期間，由於第一開關30和第二開關40共用共同區域50，因此可以驅使大多數的載子朝向第二載子輸出區域402或第一載子輸出區域302移動。因此，光偵測裝置具有改善的解調對比度。
圖1B中的光偵測裝置的操作方法類似於圖1A所示的光偵測裝置的操作方法。
圖1C示出了本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。圖1C中的光偵測裝置類似於圖1B中的光偵測裝置，兩者之間的差異如下所述。於一些實施例中，第一區域120的材料和共同區域50的材料相同，第一載子輸出區域302的材料和第二載子輸出區域402的材料相同。於一些實施例中，吸收層10位於第一閘極端子301和第二閘極端子401之間。於一些實施例中，第一區域120位於吸收層10的底側102，且共同區域50位於吸收層10的底側102。於一些實施例中，如圖1A所述的第二端子（圖未示）位於基板20中，以電連接第一區域120和第二外接來源。於一些實施例中，第二端子的其中一側到達基板20的第一側201。因此，第二端子、第一讀出端子303、第一閘極端子301、第二閘極端子401和第二讀出端子403可以在基板20的同一側被後續製程處理。
於一些實施例中，共同區域50、吸收層10和第一區域120被視為一垂直光電二極體。於一些實施例中，垂直光電二極體為一同質接面二極體。於一些實施例中，由於吸收層10的材料不同於基板20的材料，藉由使第一載子輸出區域302和第二載子輸出區域402設置在吸收層10的外部並與基板整合為一體，第二載子輸出區域402和第一載子輸出區域302之間的漏電流會降低。
於一些實施例中，基板20包含n型矽。吸收層10包含本質鍺。第一載子輸出區域302包含p型矽，第二載子輸出區域402包含p型矽。共同區域50包含p型鍺，第一區域120包含n型鍺。例如，基板20包含摻雜有磷的矽，磷的峰值濃度介於1×1014 cm-3 和5×1016 cm-3 之間。第一載子輸出區域302和第二載子輸出區域402包含摻雜有硼的矽，硼的峰值濃度介於1×1018 cm-3 和5×1020 cm-3 之間。共同區域50包含摻雜有硼的鍺，硼的峰值濃度介於1×1018 cm-3 和5×1020 cm-3 之間。第一區域120包含摻雜有磷的鍺，磷的峰值濃度介於1×1018 cm-3 和5×1020 cm-3 之間。在這些實施例中，光偵測裝置被設置為收集電洞。
於一些實施例中，第一載子輸出區域302包含n型矽，吸收層10包含本質鍺，第二載子輸出區域402包含n型矽，且共同區域50包含n型鍺。第一區域120包含p型鍺。例如，第一載子輸出區域302和第二載子輸出區域402包含摻雜有磷的矽，磷的峰值濃度介於1×1018 cm-3 和5×1020 cm-3 之間。共同區域50包含摻雜有磷的鍺，磷的峰值濃度介於1×1018 cm-3 和5×1020 cm-3 之間。第一區域120包含摻雜有硼的鍺，硼的峰值濃度介於1×1018 cm-3 和5×1020 cm-3 之間。在這些實施例中，光偵測裝置被設置為收集電子。圖1C中的光偵測裝置的操作方法類似於圖1B所示的光偵測裝置的操作方法。類似地，於一些實施例中，共同區域50不連接到任何外部控制，因此是浮接的。浮接的共同區域降低了在光偵測裝置的操作期間中，共同區域50和第一載子輸出區域302之間的漏電流，或者共同區域50和第二載子輸出區域402之間的漏電流。
圖2A示出了本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。圖2A中的光偵測裝置類似於圖1C中的光偵測裝置，兩者之間的差異如下所述。於一些實施例中，第一開關30和第二開關40位於吸收層10的相對兩側。於一些實施例中，光偵測裝置並不具有如圖1A至圖1C所示之共同區域50，取而代之的是，第一開關30包含第一載子輸入區域304，第二開關40包含第二載子輸入區域404。第一載子輸出區域302和第一載子輸入區域304位於第一閘極端子301的相對兩側。第二載子輸出區域402和第二載子輸入區域404位於第二閘極端子401的相對兩側。第二載子輸入區域404位於第一載子輸入區域304和第二閘極端子401之間。於一些實施例中，吸收層10位於第一開關30和第二開關40之間。於一些實施例中，第一載子輸出區域302、第二載子輸出區域402、第一載子輸入區域304以及第二載子輸入區域404位於基板20的第一側201。第一閘極端子301和第二閘極端子401位於基板20的第一表面203上。於一些實施例中，第一載子輸出區域302的導電型態、第二載子輸出區域402的導電型態、第一載子輸入區域304的導電型態和第二載子輸入區域404的導電型態皆相同。於一些實施例中，第一載子輸出區域302的材料、第一載子輸入區域304的材料、第二載子輸出區域402的材料和第二載子輸入區域404的材料皆相同。例如，第一載子輸出區域302的材料、第一載子輸入區域304的材料、第二載子輸出區域402的材料和第二載子輸入區域404的材料皆包含矽。再例如，第一載子輸出區域302的材料、第一載子輸入區域304的材料、第二載子輸出區域402的材料以及第二載子輸入區域404的材料均包含GeSi 。於一些實施例中，光偵測裝置更包含連接到吸收層10的一第一部位140。於一些實施例中，第一部位140位於吸收層10中。於一些實施例中，第一部位140位於吸收層10的頂側101並且與第一區域120相對。於一些實施例中，第一部位140和第一區域120的材料相同。例如，第一部位140的材料和第一區域120的材料皆包含鍺。第一部位140具有第一導電型態，其與第一區域120的導電型態不同。於一些實施例中，第一部位140包含一摻雜物，其包含介於1×1018 cm-3 和5×1020 cm-3 之間的峰值濃度。 於一些實施例中，吸收層10自基板20的第一表面203突出。於一些實施例中，第二端子130穿透吸收層10並連接到第一區域120。於一些實施例中，光偵測裝置更包含一第一導線150和一第二導線160。於一些實施例中，第一導線150連接第一端子100和第一載子輸入區域304。於一些實施例中，第二導線160連接第一端子100和第二載子輸入區域404。第一導線150用於建立在吸收層10外部，載子從第一部位140流到第一載子輸入區域304的路徑。第二導線160用於建立在吸收層10外部，載子從第一部位140流到第二載子輸入區域404的路徑。於一些實施例中，第一部位140、吸收層10和第一區域120被視為一垂直光電二極體。於一些實施例中，垂直光電二極體為同質接面二極體。於一些實施例中，第一開關30被視為第一金氧半場效電晶體。第二開關40被視為第二金氧半場效電晶體。於一些實施例中，第一開關30被視為第一金屬半導體場效電晶體。第二開關40視為第二金屬半導體場效電晶體。
於一些實施例中，基板20包含p型矽。吸收層10包含本質鍺。第一載子輸出區域302包含n型矽，第二載子輸出區域402包含n型矽。第一載子輸入區域304包含n型矽，第二載子輸入區域404包含n型矽。第一區域120包含p型鍺。第一部位140包含n型鍺。例如，第一載子輸出區域302、第二載子輸出區域402、第一載子輸入區域304和第二載子輸入區域404包含摻雜有磷的矽，磷的峰值濃度介於1×1018 cm-3 和5x 1020 cm-3 之間。第一部位140包含摻雜有磷的鍺，磷的峰值濃度介於1×1018 cm-3 和5×1020 cm-3 之間。第一區域120包含摻雜有硼的鍺，硼的峰值濃度介於1×1018 cm-3 和5×1020 cm-3 之間。在這些實施例中，光偵測裝置被設置為收集電子。
於一些實施例中，基板20包含n型矽。吸收層10包含本質鍺。第一載子輸出區域302包含p型矽，第二載子輸出區域402包含p型矽。第一載子輸入區域304包含p型矽，第二載子輸入區域404包含p型矽。第一區域120包含n型鍺。第一部位140包含p型鍺。例如，第一載子輸出區域302、第二載子輸出區域402、第一載子輸入區域304和第二載子輸入區域404包含摻雜有硼的矽，硼的峰值濃度介於1×1018 cm-3 和5x 1020 cm-3 之間。第一部位140包含摻雜有硼的鍺，硼的峰值濃度介於1×1018 cm-3 和5×1020 cm-3 之間。第一區域120包含摻雜有磷的鍺，磷的峰值濃度介於1×1018 cm-3 和5×1020 cm-3 之間。在這些實施例中，光偵測裝置被設置為收集電洞。圖2A所示的光偵測裝置的操作方法類似於圖1B所示的光偵測裝置的操作方法。 兩者之間的差異如下所述。在光偵測裝置的操作期間，載子經由第一導線150朝向第一開關30移動，類似地，載子經由第二導線160朝向第二開關40移動。由於光偵測裝置包含第一導線150和第二導線160，其用於在吸收層10外部建立載子移動的路徑，因此可以防止載子移動通過吸收層10和基板20之間的界面，光偵測裝置進而具有較低的暗電流，且載子可以用較高的速度傳遞。
圖2B示出了本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的俯視圖。圖2C示出了圖2B中所示的光偵測裝置的剖面圖。圖2C中的光偵測裝置類似於圖2A中的光偵測裝置，兩者之間的差異如下所述。於一些實施例中，吸收層10的頂表面103大致上與基板20的第一表面203齊平。於一些實施例中，第一部位140和第一區域120都在吸收層10的頂側101。第一部位140位於第一載子輸入區域304和第二載子輸入區域404之間。於一些實施例中，從第一區域120到第一部位140的方向實質上垂直於自第一載子輸入區域304方向至第二載子輸入區域404的方向。於一些實施例中，第一區域120沿著一垂直方向D1 不與第一部位140重疊。第一部位140、吸收層10和第一區域120被視為一橫向光電二極體。於一些實施例中，橫向光電二極體為一同質接面二極體。用語“橫向光電二極體”是指光電二極體中，從p端到n端的方向實質上垂直於從吸收層10的底表面104到頂表面103的方向。圖2C所示的光偵測裝置的操作方法類似於圖2A所示的光偵測裝置的操作方法。
圖2D示出了本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的俯視圖。圖2D中的光偵測裝置類似於圖2C1中的光偵測裝置，兩者之間的差異如下所述。於一些實施例中，第一區域120位於基板20的第一側201。於一些實施例中，第一區域120的材料不同於第一部位140的材料。第一部位140、吸收層10和第一區域120被視為一橫向光電二極體。於一些實施例中，橫向光電二極體為一異質接面二極體。圖2D中的光偵測裝置的操作方法類似於圖2C中公開的光偵測裝置的操作方法。
圖2E示出了本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。圖2E中的光偵測裝置類似於圖2A中的光偵測裝置，兩者之間的差異如下所述。於一些實施例中，第一部位140位於基板20和吸收層10之間，並且包含自吸收層10暴露的一暴露區域，即，暴露區域未被吸收層10覆蓋。第一端子100位於第一部位140的暴露區域上。於一些實施例中，第一部位140位於基板20的第一表面203和吸收層10之間。於一些實施例中，自光偵測裝置的剖面圖視之，第一部位140包含一寬度，其大於吸收層10的寬度。第一部位140經由第一導線150和第一端子100電連接到第一載子輸入區域304。第一部位140經由第二導線160和第一端子100電連接到第二載子輸入區域404。形成光偵測裝置的方法包含步驟：形成一覆蓋層；移除覆蓋層的一部分以形成一底部以及在底部上的一吸收層10，其中底部包含從吸收層10暴露的一暴露區域；以及摻雜底部藉以形成第一部位140。由於光偵測裝置包含第一導線150和第二導線160，其用於在吸收層10外部建立載子移動的路徑，因此可以防止載子移動通過吸收層10和基板20之間的界面，光偵測裝置進而具有較低的暗電流，且載子可以用較高的速度傳遞。
圖2E中的光偵測裝置的操作方法類似於圖2C所示的光偵測裝置的操作方法。
圖2F示出了本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。圖2F中的光偵測裝置類似於圖1A中的光偵測裝置，兩者的差異如下所述。吸收層10埋入在基板20中。於一些實施例中，吸收層10的頂表面103大致上與基板20的第一表面203齊平。於一些實施例中，第一開關30包含如圖2A中所描述的第一載子輸入區域304，第二開關40包含如圖2A所描述的第二載子輸入區域404。吸收層10具有一導電型態，其與第一載子輸入區域304的導電型態以及與第二載子輸入區域404的導電型態不同。於一些實施例中，第一載子輸出區域302、第二載子輸出區域402、第一載子輸入區域304和第二載子輸入區域404位於吸收層10的頂側101。於一些實施例中，第一載子輸出區域302的材料、第一載子輸入區域304的材料、第二載子輸出區域402的材料和第二載子輸入區域404的材料皆相同。例如，第一載子輸出區域302的材料、第一載子輸入區域304的材料、第二載子輸出區域402的材料和第二載子輸入區域404的材料皆包含p型鍺。於一些實施例中，吸收層10和第一載子輸入區域304被視為一第一光電二極體，吸收層10和第二載子輸入區域404被視為一第二光電二極體。於一些實施例中，第一光電二極體和第二光電二極體皆為同質接面二極體。
圖2F中的光偵測裝置的操作方法類似於圖1A所示的光偵測裝置的操作方法。於一些實施例中，入射光L從吸收層10的頂側101進入吸收層10。
圖2G示出了本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。圖2G中的光偵測裝置類似於圖2F中的光偵測裝置，兩者的差異如下所述。光偵測裝置包含如圖1A所示的第一區域120。第一區域120位於吸收層10中。於一些實施例中，第一區域120位於吸收層10的頂側101。第一區域120的導電型態不同於第一載子輸入區域304的導電型態以及不同於第二載子輸入區域404的導電型態。於一些實施例中，吸收層10是本質的。第一載子輸入區域304、吸收層10和第一區域120被視為一第一橫向光電二極體。於一些實施例中，第二載子輸入區域404、吸收層10和第一區域120被視為一第二橫向光電二極體。於一些實施例中，第一橫向光電二極體和第二橫向光電二極體皆為同質接面二極體。
於一些實施例中，第一開關30被視為一第一金屬半導體場效電晶體。第二開關40視為一第二金屬半導體場效電晶體。於一些實施例中，第一載子輸入區域304是第一金屬半導體場效電晶體的一端，並且也是第一橫向光電二極體的一端。於一些實施例中，第二載子輸入區域404是第二金屬半導體場效電晶體的一端，並且也是第二橫向光電二極體的一端。於一些實施例中，第一金屬半導體場效電晶體、第二金屬半導體場效電晶體、第一橫向光電二極體和第二橫向光電二極體與單一吸收層10整合為一體。
於一些實施例中，第一開關30被視為一第一金氧半場效電晶體。第二開關40視為一第二金氧半場效電晶體。於一些實施例中，第一載子輸入區域304是第一金氧半場效電晶體的一端，以及也是第一橫向光電二極體的一端。於一些實施例中，第二載子輸入區域404是第二金氧半場效電晶體的一端，以及也是第二橫向光電二極體的一端。於一些實施例中，第一金氧半場效電晶體、第二金氧半場效電晶體、第一橫向光電二極體和第二橫向光電二極體與單個吸收層10整合為一體。例如，當第一載子輸出區域302、第一載子輸入區域304時、第二載子輸出區域402和第二載子輸入區域404為n型時，第一區域120為p型，第一載子輸入區域304為第一橫向光電二極體的n端，以及是第一金氧半場效電晶體或第一金屬半導體場效電晶體的源極。第二載子輸入區域404是第二橫向光電二極體的n端，以及是第二金氧半場效電晶體或第二金屬半導體場效電晶體的源極。第一區域120是第一橫向光電二極體的p端和第二橫向光電二極體的p端。於一些實施例中，第一金氧半場效電晶體和第二金氧半場效電晶體可以是增強型。於一些實施例中，第一金氧半場效電晶體和第二金氧半場效電晶體可以是空乏型。
又例如，當第一載子輸出區域302、第一載子輸入區域304，第二載子輸出區域402和第二載子輸入區域404為p型，第一區域120為n型時，第一載子輸入區域304是第一橫向光電二極體的p端，以及是第一金氧半場效電晶體或第一金屬半導體場效電晶體的源極。第二載子輸入區域404是第二橫向光電二極體的p端，以及是第二金氧半場效電晶體或第二金屬半導體場效電晶體的源極。第一區域120同時是第一橫向光電二極體的n端以及第二橫向光電二極體的n端。
於一些實施例中，吸收層10包含本質鍺。第一載子輸出區域302包含n型鍺，第二載子輸出區域402包含n型鍺，第一載子輸入區域304包含n型鍺，第二載子輸入區域404包含n型鍺。第一區域120包含p型鍺。例如，第一載子輸出區域302、第二載子輸出區域402、第一載子輸入區域304和第二載子輸入區域404包含摻雜有磷的鍺，磷的峰值濃度介於1×1018 cm-3 和 5x 1020 cm-3 之間。第一區域120包含摻雜有硼的鍺，硼的峰值濃度介於1×1018 cm-3 和5×1020 cm-3 之間。在這些實施例中，光偵測裝置被設置為收集電子。
於一些實施例中，第一載子輸出區域302包含p型鍺，第二載子輸出區域402包含p型鍺，第一載子輸入區域304包含p型鍺，第二載子輸入區域404包含p型鍺。第一區域120包含n型鍺。例如，第一載子輸出區域302、第二載子輸出區域402、第一載子輸入區域304和第二載子輸入區域404包含摻雜有硼的鍺，硼的峰值濃度介於1×1018 cm-3 和5x1020 cm-3 之間。第一區域120包含摻雜有磷的鍺，磷的峰值濃度介於1×1018 cm-3 和5x1020 cm-3 之間。在這些實施例中，光偵測裝置被設置為收集電洞。圖2G所示的光偵測裝置的操作方法類似於圖1A所示的光偵測裝置的操作方法，兩者的差異如下所述。於一些實施例中，在光偵測裝置的操作期間，當第一區域120和第一載子輸入區域304之間的pn接面為逆向偏壓時，入射光L被第一區域120和第一載子輸入區域304之間的區域吸收，進而產生包含電子和電洞的光載子。第一開關30被打開以收集光載子中大部分的電洞或電子。由於產生光載子的區域更靠近打開的第一開關30，所以光偵測裝置具有改善的解調對比度。類似地，當第一區域120和第二載子輸入區域404之間的pn接面為逆向偏壓時，入射光L被第一區域120和第二載子輸入區域404之間的區域吸收，進而產生包含的電子和空洞的光載子。第二開關40被打開以收集光載子中大部分的電洞或電子。由於產生光載子的區域更靠近打開的第二開關40，所以光偵測裝置具有改善的解調對比度。
圖2H示出了本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。圖2H中的光偵測裝置類似於圖2G中的光偵測裝置，兩者的差異如下所述。於一些實施例中，第一載子輸出區域302、第二載子輸出區域402、第一載子輸入區域304和第二載子輸入區域404位於基板20的第一側201。於一些實施例中。吸收層10位於第一開關30和第二開關40之間。於一些實施例中，第一載子輸出區域302的材料、第一載子輸入區域304的材料、第二載子輸出區域402的材料和第二載子輸入區域404的材料相同。於一些實施例中，吸收層10是本質的。第一載子輸入區域304、吸收層10和第一區域120被視為一第一橫向光電二極體。第二載子輸入區域404、吸收層10和第一區域120被視為一第二橫向光電二極體。於一些實施例中，第一橫向光電二極體和第二橫向光電二極體皆為異質接面二極體。於一些實施例中，從光偵測裝置的剖面圖視之，第二端子130包含一寬度，其不小於吸收層10的寬度。於一些實施例中，第二端子130被視為一反射鏡，其用於將入射光L反射回吸收層10。因此，光偵測裝置的量子效率更高。由於吸收層10的材料不同於基板20的材料，藉由使第一開關30和第二開關40位於吸收層10外部並與基板20整合為一體，第二載子輸出區域402和第一載子輸出區域302之間的漏電流可降低。
圖2H所示的光偵測裝置的操作方法類似於圖2G所示的光偵測裝置的操作方法。
圖3A示出了本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。如圖2A所述，光偵測裝置包含基板20、吸收層10、第一讀出電路80、第二讀出電路90、第一控制訊號60、第二控制訊號70和的載子引導單元（圖未標）。載子引導單元（圖未標）、第一讀出電路80、第二讀出電路90、第一控制訊號60和第二控制訊號70與基板20整合為一體。第一讀出電路80、第二讀出電路90、第一控制訊號60和第二控制訊號70電連接到載子引導單元（圖未標）。載子引導單元類似於圖2A中描述的載子引導單元。於一些實施例中，第一部位140位於吸收層10的底側102。第一區域120位於吸收層10的頂側101。於一些實施例中，第一部位140、吸收層10和第一區域120視為一垂直光電二極體。於一些實施例中，垂直光電二極體為同質接面二極體。於一些實施例中，光偵測裝置更包含在基板20和吸收層10之間的一接合結構170，用於在載子引導單元（圖未標）和光電二極體之間建立電連接。於一些實施例中，接合結構170連接載子引導單元（圖未標）和吸收層10。於一些實施例中，接合結構170連接第一部位140和載子引導單元（圖未標）。於一些實施例中，接合結構170包含接合層171和穿透接合層171的一第一導電結構172。第一導電結構172連接第一載子輸入區域304和第一部位140，並連接第二載子輸入區域404和第一部位140，藉以在光電二極體和載子引導單元（圖未標）之間建立電連接。在光偵測裝置的操作期間，載子通過第一導電結構172朝向第一開關30或第二開關40移動。於一些實施例中，第一閘極端子301和第二閘極端子401被接合層171覆蓋。第一讀出端子303和第二讀出端子403被接合層171覆蓋。於一些實施例中，第一讀出電路80、第二讀出電路90、第一控制訊號60和第二控制訊號70皆被接合層171覆蓋。接合層171用於隔離各個導電路徑。於一些實施例中，接合層171包含複數堆疊的子絕緣層（圖未示）。於一些實施例中，接合結構170更包含複數導電溝槽（圖未示）和內部接點（圖未示）。複數導電溝槽中的每一個垂直地穿透至少一個子絕緣層，藉以在不同的子絕緣層內建立電連接。每個內部接點位於其中一子絕緣層內，藉以水平連接兩個導電溝槽。於一些實施例中，第一導電結構172更包含複數導電溝槽和內部接點，其中一個導電溝槽連接第一部位140，另一個導電溝槽連接第一載子輸入區域304和第二載子輸入區域404。於一些實施例中，導電溝槽的材料和內部接點的材料包含但不限於金屬。接合層171包含絕緣材料，其包含氧化鋁（AlOx ）、氧化矽（SiOx ）、氮氧化矽（SiOx Ny ）、氮化矽（Six Ny ）、環氧樹脂（epoxy）、聚醯亞胺（polyimide）、全氟環丁烷（perfluorocyclobutane）、苯並環丁烯（BCB）或矽氧樹脂（silicone）。
圖3A所示的光偵測裝置的操作方法類似於圖2A所示的光偵測裝置的操作方法。
圖3B至圖3E示出了用於製造圖3A中的光偵測裝置的方法。請參照圖3B，本方法包含提供一生長基板180；通過磊晶生長或任何合適的方法在生長基板180上形成吸收層10。請參考圖3C，本方法更包含藉由任何合適的方法，例如離子佈植等，在吸收層10中形成一第一部位140和一第一區域120。請參考圖3D，本方法更包含在吸收層10上形成一子絕緣層1711；形成一導電溝槽1721，其穿透吸收層10上的子絕緣層1711以連接第一部位140。請參閱圖3E，本方法更包含提供一基板20，其與載子引導單元（圖未標）、第一讀出電路80、第二讀出電路90、第一控制訊號60和第二控制訊號70整合為一體，其中第一控制訊號60和第二控制訊號70電連接到載子引導單元（圖未標）。基板20包含第一側201和與第一側201相對的第二側202，第一側201包含第一表面203；在基板20的第一表面203上形成一子絕緣層1711'，其覆蓋第一閘極端子301以及第二閘極端子401；形成一導電溝槽1721'，其穿透基板20的第一表面203上的子絕緣層1711'，藉以連接第一載子輸入區域304和第二載子輸入區域404。本方法更包含將圖3E和圖3D中的結構接合。於一些實施例中，本方法更包含將基板20上的子絕緣層1711'和吸收層10上的子絕緣層1711接合以形成一接合結構170，其中兩個導電溝槽1721、1721'在接合步驟之後相接；通過任何合適的方法如感應耦合電漿體（inductively coupled plasma，ICP）或濕式蝕刻移除生長基板180。在接合步驟之後，載子引導單元電連接到吸收層10中的光電二極體。於一些實施例中，在接合步驟之後，載子引導單元電連接到吸收層10中的第一部位140。
於一些實施例中，生長基板180提供用於磊晶生長吸收層10的一表面。生長基板180具有足夠厚的厚度藉以支撐在其上生長的層或結構。生長基板180是單晶並且包含半導體材料，例如，IV族半導體材料。於一實施例中，生長基板180包含矽。
於一些實施例中，接合步驟通過任何合適的技術進行，例如熱壓接合或混合接合，混和接合包含金屬 - 金屬接合和氧化物 - 氧化物接合。
圖3F示出了本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。圖3F中的光偵測裝置類似於圖3A中的光偵測裝置，兩者的差異如下所述。於一些實施例中，第一區域120位於吸收層10的底側102。第一部位140、吸收層10和第一區域120被視為一橫向光電二極體。橫向光電二極體為一同質接面二極體。圖3F所示的光偵測裝置的操作方法與圖3A所示的光偵測裝置的操作方法類似。圖3F中的光偵測裝置的製造方法與圖3A中的光偵測裝置的製造方法類似。
圖3G示出了本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。圖3G類似於圖3F中的光偵測裝置，兩者的差異如下所述。於一些實施例中，圖3F中的第一載子輸入區域304與第二載子輸入區域404實體分開，但在圖3G中，載子引導單元（圖未標）包含一共同區域50，其位於第一閘極端子301和第二閘極端子401之間。共同區域50類似於圖1A中描述的共同區域50。第一導電結構172連接第一部位140和共同區域50。於一些實施例中，第一開關30和共同區域50被視為一第一金氧半場效電晶體。第二開關40和共同區域50被視為一第二金氧半場效電晶體。於一些實施例中，第一金氧半場效電晶體和第二金氧半場效電晶體共用共同區域50。於一些實施例中，第一開關30和共同區域50被視為第一金屬半導體場效電晶體。第二開關40和共同區域50被視為第二金屬半導體場效電晶體。於一些實施例中，第一金屬半導體場效電晶體和第二金屬半導體場效電晶體共用共同區域50。
圖3H示出了本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。圖3H所示的光偵測裝置類似於圖3A所示的光偵測裝置，兩者的差異如下所述。於一些實施例中，接合結構170更包含一第二導電結構173，其穿透接合層171。第一導電結構172連接第一載子輸入區域304和第一部位140，藉以在光電二極體和第一開關30之間建立電連接。第二導電結構173連接第二載子輸入區域404和第一部位140，藉以在光電二極體和第二開關40之間建立電連接。於一些實施例中，第一導電結構172包含複數導電溝槽（圖未示）和內部接點（圖未示），其中一導電溝槽連接第一部位140，且其中一導電溝槽連接第二載子輸入區域404。於一些實施例中，從光偵測裝置的剖面圖視之，吸收層10具有一寬度，其小於基板20的寬度。在光偵測裝置的操作過程中，載子藉由第一導電結構172朝向第一開關30移動，載子藉由第二導電結構173朝向第二開關40移動。
圖3H所示的光偵測裝置的製造方法類似於圖3A所示的光偵測裝置的製造方法。圖3H所示的光偵測裝置的操作方法類似於圖3A所示的光偵測裝置的操作方法。
圖3I示出了本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。圖3I所示的光偵測裝置類似於圖3A所示的光偵測裝置，兩者的差異如下所述。光偵測裝置更包含第二吸收層10’、第二載子引導單元（圖未標）和第二接合結構170’。於一些實施例中，第二吸收層10’沿著一光入射方向與吸收層10重疊。第二載子引導單元（圖未標）與基板20整合為一體，並且具有與載子引導單元（圖未標）相同的結構，如圖1A或圖2A所述。
於一些實施例中，光偵測裝置更包含電連接到第二載子引導單元的另一第一讀出電路80’、第二讀出電路90’、第一控制訊號60’和第二控制訊號70'。換句話說，載子引導單元（圖未標）、電連接到載子引導單元（圖未標）的第一讀出電路80、電連接到載子引導單元（未標示）的第二讀出電路90、電連接到載子引導單元（未標示）的第一控制訊號60、電連接到載子引導單元（未標示）的第二控制訊號70、第二載子引導單元（未標示）、電連接到第二載子引導單元（圖未標）的第一讀出電路80’、電連接到第二載子引導單元（圖未標）的第二讀出電路90’、電連接到第二載子引導單元（圖未標）的第一控制訊號60’，及電連接到第二載子引導單元（圖未標）的第二控制訊號70’全部與同一基板20整合為一體。
第二接合結構170’用於連接第二吸收層10’和吸收層10，並且還用於連接第二吸收層10’和基板20。於一些實施例中，第二接合結構170’用於建立第二載子引導單元（圖未標）與第二吸收層10’之間的電連接。於一些實施例中，第二接合結構170’用於連接第二吸收層10’和第二載子引導單元（圖未標）。第二吸收層10’被設置為吸收光子並從吸收的光子產生光載子。於一些實施例中，第二吸收層10’被設置為吸收的光子，其具有的峰值波長不同於吸收層10吸收的光子之峰值波長。於一些實施例中，第二吸收層10’被設置為吸收具有峰值波長介於可見光範圍內的光子，可見光範圍介於350 nm至750 nm之間。於一些實施例中，第二吸收層10’被設置為吸收峰值波長不小於800nm且不大於2000nm的光子。於一些實施例中，第二吸收層10’包含一材料，其與吸收層10的材料不同。於一些實施例中，第二吸收層10’包含矽化鍺、矽或鍺。於一些實施例中，第二吸收層10’由矽構成，吸收層10由鍺構成。於一些實施例中，第二吸收層10’包含一厚度，其取決於待檢測光子的波長和第二吸收層10’的材料。於一些實施例中，當第二吸收層10’包含Si並且被設置為吸收具有可見光範圍內的波長的光子時，第二吸收層10’具有介於0.5μm至10μm之間的厚度。於一些實施例中，光偵測裝置包含位於第二吸收層10’中的另一個第一部位140'和另一個第一區域120’。類似地，第二吸收層10’中的第一區域120’的導電型態不同於第二吸收層10’中的第一部位140'的第一導電型態。第二吸收層10’中的第一區域120’以及第二吸收層10’中的第一部位140被視為一光電二極體。於一些實施例中，第二吸收層10’中的第一部位140'和第一區域120’可以被設置為一垂直光電二極體。於一些實施例中，第二吸收層10’中的第一部位140'和第一區域120’可以被設置為一橫向光電二極體。於一些實施例中，第二接合結構170’用於在第二載子引導單元（圖未標）和光電二極體之間建立電連接。於一些實施例中，第二接合結構170’用於在第二載子引導單元（圖未標）和第一部位140'之間建立電連接。於一些實施例中，第二接合結構170’用於連接第一部位140'和第二載子引導單元（圖未標）。
第二接合結構170’包含一第二接合層171’和穿透第二接合層171’的一第一導電結構172’，第一導電結構172’用於在第二載子引導單元（圖未標）和吸收層10中的光電二極體之間建立電連接。於一些實施例中，第一導電結構172’連接第二吸收層10’中的第一部位140'和第二載子引導單元（圖未標）的第一載子輸入區域304，並且連接第二吸收層10’中的第一部位140'和第二載子引導單元（圖未標）的第二載子輸入區域404。於一些實施例中，第一導電結構172’包含複數導電溝槽（圖未示）和內部接點（圖未示），其中一個導電溝槽連接第二吸收層10’中的第一部位140'且另一個導電溝槽連接第二載子引導單元（圖未標）的第二載子輸入區域404。於一些實施例中，第二接合層171’包含複數堆疊的子絕緣層。於一些實施例中，第二接合結構170’更包含複數導電溝槽（圖未示）和內部接點（圖未示）。每一導電溝槽垂直地穿透第二接合層171’的至少一層子絕緣層，藉以在第二接合層171’的不同子絕緣層內建立電連接。第二接合層171’包含絕緣材料，其包含氧化鋁（AlOx ）、氧化矽（SiOx ）、氮氧化矽（SiOx Ny ）、氮化矽（Six Ny ）、環氧樹脂（epoxy）、聚醯亞胺（polyimide）、全氟環丁烷（perfluorocyclobutane）、苯並環丁烯（BCB）或矽氧樹脂（silicone）。於一些實施例中，單個光偵測裝置被設置為吸收不同波長的光子。
圖3J示出了本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。圖3J中的光偵測裝置類似於圖3A所示的光偵測裝置，兩者的差異如下所述。於一些實施例中，光偵測裝置更包含如圖3H所述的第二導電結構173。於一些實施例中，光偵測裝置更包含一第二部位190和第二區域200。第二區域200與第一區域120實體分開。第二部位190與第一部位140實體分開。第二部位190和第一部位140位於吸收層10的底側102。第二區域200和第一區域120位於吸收層10的頂側101。第二部位190具有一第二導電型態，其與第一部位140的第一導電型態相同。第二區域200具有一導電型態，其與第一區域120的導電型態相同。第一部位140、吸收層10和第一區域120被視為一第一垂直光電二極體。於一些實施例中，第二部位190、吸收層10和第二區域200被視為一第二垂直光電二極體。第一導電結構172連接第一載子輸入區域304和第一部位140，藉以在第一垂直光電二極體和第一開關30之間建立電連接。第二導電結構173連接第二載子輸入區域404和第二部位190，藉以在第二垂直光電二極體和第二開關40之間建立電連接。於一些實施例中，光偵測裝置更包含電連接到第二區域200的一第三端子（圖未示），藉以在光偵測裝置操作期間中，排空沒有被第二載子輸出區域402收集的相反類型的光載子。於一些實施例中，如圖1所述的第二端子（圖未示）電連接到第一區域120，藉以在光偵測裝置的操作期間中，排空未被第一載子輸出區域302收集的相反類型的光載子。第三端子包含金屬，其包含但不限於銅、鋁或鎢。於一些實施例中，光偵測裝置更包含電連接到第二區域200的一第三外接來源（圖未示）。於一些實施例中，第三外接來源電連接到第三端子，藉以在第三外接來源和第二區域200之間建立電連接。於一些實施例中，當光偵測裝置被設置為收集電子時，第三外接來源包含一接地，或是提供一預設電壓，其低於第二載子輸入區域404處的電壓，藉以排空電洞。於一些實施例中，第二區域200不與任何外部控制連接，因此是浮接的。
圖3J所示的光偵測裝置的操作方法與圖3A所示的光偵測裝置的操作方法類似，兩者的差異如下所述。於一些實施例中，在光偵測裝置的操作期間，將兩個不同的電壓分別施加到第一閘極端子301和第二閘極端子401，藉以在第二區域200和第二部位190之間以及第一區域120和第一部位140之間產生不同的空乏區。當第一開關30打開時，在第一部位140和第一區域120之間形成較大的空乏區，第一載子輸出區域302藉由第一導電結構172收集光載子中大部分的電洞或電子。類似地，當第二開關40打開時，在第二區域200和第二部位190之間形成較大的空乏區，且第二載子輸出區域402藉由第二導電結構173收集光載子中大部分的電洞或電子。光偵測裝置具有更高的速度。
圖3K示出了本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。圖3K所示的光偵測裝置類似於圖3F所示的光偵測裝置，兩者的差異如下所述。於一些實施例中，光偵測裝置更包含一支撐載體220。支撐載體220支撐吸收層10。於一些實施例中，吸收層10埋入支撐載體220中。於一些實施例中，吸收層10位於部分的支撐載體220以及基板20之間。於一些實施例中，支撐載體220包含一上側221和與上側221相對的一下側222。下側222包含一下表面223。於一些實施例中，支撐載體220的下表面223與吸收層10的底表面104大致上齊平。於一些實施例中，支撐載體包含一材料，其與吸收層10的材料不同。支撐載體220包含任何可以使吸收層10製造於其上的適合材料。於一些實施例中，支撐載體220之材料與基板20的材料相同。於一些實施例中，支撐載體220包含矽。於一些實施例中，光偵測裝置更包含如圖1所述的第二端子（圖未示），其連接到第一區域120藉以接收一電壓。
圖3K所示的光偵測裝置的操作方法類似於圖3F所示的光偵測裝置的操作方法。圖3K所示的光偵測裝置的製造方法類似於圖3A所示的光偵測裝置的製造方法，兩者的差異如下所述。生長基板20是支撐載體220並且在接合步驟之後保留。
圖3L示出了本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。圖3L所示的光偵測裝置類似於圖3K所示的光偵測裝置，兩者的差異如下所述。於一些實施例中，第一區域120位於支撐載體220中並連接到吸收層10。於一些實施例中，第一區域120的材料不同於第一部位140的材料。於一些實施例中，第一區域120的材料包含矽，第一部位140包含鍺。於一些實施例中，第一部位140、吸收層10和第一區域120被視為一垂直光電二極體。於一些實施例中，垂直光電二極體是一異質接面二極體。
圖3L所示的光偵測裝置的製造方法類似於圖3K所示的光偵測裝置的製造方法。
圖3M示出了本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。 圖3M所示的光偵測裝置類似於圖3L所示的光偵測裝置，兩者的差異如下所述。第一部位140位於支撐載體220中。第一區域120位於吸收層10中。光偵測裝置更包含在第一部位140和第一區域120之間的一倍增區230。於一些實施例中，倍增區230位於支撐載體220中。倍增區230具有一導電型態，其與第一部位140的第一導電型態不同，並且與第一區域120的導電型態相同。於一些實施例中，倍增區230包含一摻雜物，且摻雜物包含介於1×1014 cm-3 和1×1018 cm-3 之間的峰值濃度。於一些實施例中，第一區域120的摻雜物的峰值濃度高於倍增區230的摻雜物的峰值濃度。於一些實施例中，吸收層10是本質的。於一些實施例中，第一區域120、倍增區230、吸收層10和第一部位140被視為一垂直雪崩光電二極體。於一些實施例中，垂直雪崩光電二極體是一異質接面二極體。於一些實施例中，光偵測裝置更包含連接第一部位140和第一導電結構172的一導電區域300，藉以在第一部位140和第一導電結構172之間建立電連接。於一些實施例中，導電區域300位於支撐載體220中。於一些實施例中，導電區域300包含金屬。於一些實施例中，導電區域300包含一導電型態，其與第一部位140的第一導電型態相同。例如，當第一部位140的第一導電型態是n型時，導電區域300包含n型半導體材料。在這些實施例中，當光電二極體在高逆向偏壓的操作下，例如逆向偏壓介於10V和30V之間時，光電二極體具有一內部增益。於一些實施例中，第一部位140的材料和倍增區230的材料包含矽，吸收層10的材料和第一區域120的材料包含鍺。
圖3M所示的光偵測裝置的操作方法類似於圖3K所示的光偵測裝置的操作方法。 不同的地方在於，圖3M所示的光偵測裝置能夠在高逆向偏壓下操作，例如介於10V和30V之間，因此光電二極體具有一內部增益。故，第一載子輸出區域302或第二載子輸出區域402可以收集更多載子。
圖3N示出了本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。 圖3N示出的光偵測裝置類似於圖3K所示的光偵測裝置，兩者的差異如下所述。於一些實施例中，光偵測裝置包含一第二部位190和第三部位240。第二部位190位於吸收層10中並且與第一部位140實體分開。於一些實施例中，第二部位190和第三區域190位於吸收層10的底側102。第二部位190具有一第二導電型態，其與第一部位140的第一導電型態相同。於一些實施例中，第二部位190包含一摻雜物，並且摻雜物的峰值濃度介於1×1018 cm-3 和5×1020 cm-3 之間。於一些實施例中，第二部位190的摻雜物的峰值濃度高於第一部位140的摻雜物的峰值濃度。第三部位240在吸收層10中。第三部位240與第一部位240的實體分開，且第三部位240包圍第二部位190。第三部位240具有一第三導電型態，其與第一部位140的第一導電型態不同，且與第二部位190的第二導電型態不同。於一些實施例中，第三區域140包含一摻雜物，第三部位240的摻雜物的峰值濃度低於第一部位140的摻雜物的峰值濃度，並且低於第二部位190的摻雜物的峰值濃度。於一些實施例中，第三部位240的摻雜物包含介於1×1015cm-3 至1×1018cm-3 之間的峰值濃度。於一些實施例中，第一部位140的材料、第二部位190的材料和第三部位240的材料皆相同。於一些實施例中，吸收層10是本質的。於一些實施例中，第一部位140、第二部位190和第三部位240被視為一光電電晶體，其中第一部位140被視為集極，第二部位190被視為射極，第三部位240被視為基極。於一些實施例中，光電電晶體為一同質接面光電電晶體。
於一些實施例中，第三部位240不連接到任何外部控制，因此是浮接的。
圖3N所示的光偵測裝置的操作方法類似於圖3K所示的光偵測裝置的操作方法，兩者的差異如下所述。當操作光偵測裝置時，一些光載子累積在第三部位240中，累積在第三部位240的光載子屏蔽第二部位190和第三部位240之間的空乏區，第二部位190和第三部位240之間形成正向偏壓的pn接面，進而導致第二部位190注入更多的載子並由第一部位140收集。因此，光偵測裝置具有一β增益。故，光偵測裝置具有改善的靈敏度和訊號雜訊比。
圖3O示出了本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。圖3O所示的光偵測裝置類似於圖3N所示的光偵測裝置，兩者的差異如下所述。於一些實施例中，第二部位190和第三部位240位於支撐載體220中並且在吸收層10的外部。於一些實施例中，第二部位190和第三部位240位於支撐載體的下側222。於一些實施例中，第一部位140的材料不同於第二部位190的材料，也不同於第三部位240的材料。例如，第一部位140的材料包含鍺。第二部位190和第三部位240的材料包含矽。於一些實施例中，第一部位140、第二部位190和第三部位240被視為一光電電晶體，其中第一部位140被視為一集極，第二部位190被視為一射極，第三部位240被視為一基極。於一些實施例中，光電電晶體為一異質接面光電電晶體。於一些實施例中，由於第二部位190位於支撐載體220中，因此第二部位190與第二端子（圖未示）之間的接觸電阻較低。因此，光偵測裝置具有較低的電阻電容延遲（RC delay）。
圖3O所示的光偵測裝置的操作方法類似於圖3N所示的光偵測裝置的操作方法。
圖3P示出了本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。圖3P所示的光偵測裝置類似於圖3O所示的光偵測裝置，兩者的差異如下所述。於一些實施例中，第三部位240同時位於吸收層10和支撐載體220中。於一些實施例中，第三部位240包含兩種不同的材料。例如，第三部位240包含矽和鍺。圖3P所示的光偵測裝置的操作方法類似於圖3O所示的光偵測裝置的操作方法。
圖3Q示出了本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。圖3Q所示的光偵測裝置類似於圖3P所示的光偵測裝置，兩者的差異如下所述。於一些實施例中，光偵測裝置更包含位於吸收層10中的一第四部位250。於一些實施例中，第四部位250與第二部位190實體分開，並且也與第一部位140實體分開。第四部位250位於第一部位140和第二部位190之間並且被第三部位240環繞。於一些實施例中，第四部位250包含一材料，其與第一部位140的材料、第二部位190的材料以及第三部位240的材料相同。例如，第一部位140的材料、第二部位190的材料、第三部位240的材料和第四部位250的材料皆包含鍺。於一些實施例中，第四部位250具有一第四導電型態，其不同於第一部位140的第一導電型態且也不同於第二部位190的第二導電型態。第四部位250的第四導電型態與第三部位240的第三導電型態相同。於一些實施例中，第四部位250包含一摻雜物，其包含介於1×1018 cm-3 和5×1020 cm-3 之間的一峰值濃度。於一些實施例中，第四部位250的摻雜物的峰值濃度高於第三部位240的摻雜物的峰值濃度。於一些實施例中，如圖1中所述的第二端子130（圖未示）連接到第四部位250，藉以在光偵測裝置的操作期間排空未被第一部位140收集的相反類型的光載子。
於一些實施例中，第一部位140、第二部位190和第三部位240被視為一光電電晶體，其中第一部位140被視為一集極，第二部位190被視為一射極，且第三部位240被視為一基極。於一些實施例中，光電電晶體為一同質接面光電電晶體。
圖3Q所示的光偵測裝置的操作方法類似於圖3P所示的光偵測裝置的操作方法，兩者的差異如下所述。於一些實施例中，當光偵測裝置被設置為收集電子時，電洞從連接到第四部位250的第二端子（圖未示）被排空，進而導致更多電子穿過第三部位240移動到達第一部位240。因此，光偵測裝置具有一β增益。光偵測裝置具有改善的靈敏度和訊號雜訊比。
圖3R示出了本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。圖3R中的光偵測裝置類似於圖3Q所示的光偵測裝置兩者的差異如下所述。於一些實施例中，第二部位190、第三部位240和第四部位250位於吸收層10的外部並且位於支撐載體220的下側222。於一些實施例中，第一部位140的材料不同於第二部位190的材料、不同於第三部位240的材料且不同於第四部位250的材料。例如，第一部位140的材料包含鍺，第二部位190的材料、第三部位240的材料和第四部位250的材料包含矽。於一些實施例中，第一部位140、第二部位190和第三部位240被視為一光電電晶體，其中第一部位140被視為一集極，第二部位190被視為一射極，第三部位240被視為一基極。於一些實施例中，光電電晶體為一異質接面光電電晶體。於一些實施例中，由於第二部位190位於支撐載體220中，因此第二部位190與第二端子（圖未示）之間的接觸電阻較低。故，光偵測裝置具有較低的電阻電容延遲。
圖3R所示的光偵測裝置的操作方法類似於圖3Q所示的光偵測裝置的操作方法。
圖3S示出了本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。圖3S中的光偵測裝置類似於圖3R所示的光偵測裝置，兩者的差異如下所述。於一些實施例中，第三部位240位於吸收層10和支撐載體220中。第三部位240包含兩種不同的材料。例如，第三部位240包含矽和鍺。於一些實施例中，第四部位250位於吸收層10中，第二部位190位於支撐載體220中。第一部位140、第二部位190和第三部位240視為一光電電晶體，其中第一部位140被視為一集極，第二部位190被視為一射極，第三部位240被視為一基極。於一些實施例中，光電電晶體為一異質接面光電電晶體。
圖3S所示的光偵測裝置的操作方法類似於圖3R所示的光偵測裝置的操作方法。
圖4A示出了本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。圖4所示的光偵測裝置類似於圖1A所示的光偵測裝置，兩者的差異如下所述。第一載子輸出區域302具有一導電型態，其與共同區域50的導電型態不同。第二載子輸出區域402具有一導電型態，其與共同區域50的導電型態不同。於一些實施例中，吸收層10具有一導電型態，其與共同區域50的導電型態相同。於一些實施例中，共同區域50和第一載子輸出區域302被視為一第一橫向光電二極體。於一些實施例中，共同區域50和第二載子輸出區域402被視為一第二橫向光電二極體。於一些實施例中，第一橫向光電二極體為一同質接面二極體。第二橫向光電二極體為一同質接面二極體。於一些實施例中，第一開關30、第二開關40和共同區域50與單個吸收層10整合為一體，因此光偵測裝置具有改善的解調對比度。於一些實施例中，第一閘極端子301包含位於第一接觸層和吸收層10之間的第一絕緣層，第二閘極端子401包含位於第二接觸層和吸收層10之間的第二絕緣層。
於一些實施例中，當操作圖4A所示之光偵測裝置時，一入射光L被吸收層10吸收，然後產生包含電子和電洞的光載子。將兩個不同的電壓分別施加到第一閘極端子301和第二閘極端子401，藉以在第一絕緣層（圖未示）下方或第二絕緣層（圖未示）下方形成一反轉區域。然而，由於第一載子輸出區域302的導電型態和第二載子輸出區域402的導電型態不同於共同區域50的導電型態，所以具有形成的反轉區域的第一開關30或具有形成的反轉區域的第二開關40不會被打開。取而代之的是，由於空乏區與沒有形成反轉區域的另一個開關相比較小，所以光載子中大部分的電洞或電子，藉由較大空乏區中的電場，被驅使朝向第一載子輸出區域302或第二載子輸出區域402移動。例如，當兩個不同的電壓分別施加到第一閘極端子301和第二閘極端子401，藉以在第一絕緣層（圖未示）下方形成反轉區域時，共同區域50和第一載子輸出區域302之間的空乏區小於共同區域50和第二載子輸出區域402之間的空乏區，因此光載子中大部分的電洞或電子藉由較大的電場被驅使朝向第二載子輸出區域402移動。 另一個例子，當兩個不同的電壓分別施加到第一閘極端子301和第二閘極端子401藉以在第二絕緣層（圖未示）下方形成一反轉區域時，共同區域50和第一載子輸出區域302之間的空乏區大於共同區域50和第二載子輸出區域402之間的空乏區，因此光載子中大部分的電洞或電子藉由較大的電場被驅使朝向第一載子輸出區域302移動。通過形成反轉區域以在共同區域50的相對兩側產生不同大小的空乏區，大部分的載子會被驅使朝向與反轉區域相反的方向移動。
在本公開內容中，在一相同的光偵測裝置中，由第一載子輸出區域302收集的載子類型和由第二載子輸出區域402收集的載子類型是相同的。例如，當光偵測裝置被設置為收集電子時，當在第一絕緣層（圖未示）下方形成反轉區域時，第二載子輸出區域402收集光載子中大部分的電子，並且當在第二絕緣層（圖未示）下方形成反轉區域時，第一載子輸出區域302收集光載子中大部分的電子。
於一些實施例中，基板20包含矽，吸收層10包含n型鍺，共同區域50包含p型鍺。第一載子輸出區域302和第二載子輸出區域402包含n型鍺。第一載子輸出區域302和第二載子輸出區域402各具有一的摻雜物，其具有一峰值濃度，兩者的峰值濃度皆高於吸收層10的摻雜物的峰值濃度。例如，吸收層10包含摻雜磷的鍺，磷的峰值濃度介於1×1014 cm-3 和5×1016 cm-3 之間。共同區域50包含摻雜有硼的鍺，硼的峰值濃度介於1×1018 cm-3 和5×1020 cm-3 之間。第一載子輸出區域302和第二載子輸出區域402包含摻雜有磷的鍺，磷的峰值濃度介於1×1018 cm-3 和5×1020 cm-3 之間。
在光偵測裝置的操作期間，吸收層10處於一第一電壓V1（例如，3V），且共同區域50處於低於第一電壓的一第二電壓（例如，0V）。一入射光L從基板20的第二側202進入吸收層10，然後被吸收層10吸收，進而產生包含電子和電洞的光載子。第一閘極端子301接收一第三電壓（例如0V），第二閘極端子401接收高於第三電壓的一第四電壓（例如1V）。光載子的電洞被驅使朝向第一閘極端子301移動，並且在第一絕緣層（圖未示）下方形成一反轉區域。由於形成了反轉區域，所以第一載子輸出區域302和共同區域50之間的空乏區小於第二載子輸出區域402和共同區域50之間的空乏區。光載子中大部分的電子接著藉由較強的電場被驅使朝向第二載子輸出區域402移動。交替地，第一閘極端子301接收一第五電壓（例如1V），第二閘極端子401接收低於第五電壓的一第六電壓（例如0V）。光載子中的電洞被驅使朝向第二閘極端子401移動，並且在第二絕緣層（圖未示）下方形成一反轉區域。由於形成了反轉區域，所以第二載子輸出區域402和共同區域50之間的空乏區小於第一載子輸出區域302和共同區域50之間的空乏區。光載子中大部分的電子藉由較強的電場被驅使朝向第一載子輸出區域302移動。在這些實施例中，光偵測裝置被設置為收集電子。
於一些實施例中，基板20包含矽，吸收層10包含本質鍺，共同區域50包含n型鍺。第一載子輸出區域302和第二載子輸出區域402包含p型鍺。第一載子輸出區域302和第二載子輸出區域402各具有一摻雜物，各摻雜物具有一峰值濃度，兩個峰值濃度高於吸收層10的摻雜物的峰值濃度。例如，共同區域50包含摻雜磷的鍺，磷的峰值濃度介於1×1018 cm-3 和5×1020 cm-3 之間。第一載子輸出區域302和第二載子輸出區域402包含摻雜有硼的鍺，硼的峰值濃度介於1×1018 cm-3 和5×1020 cm-3 之間。在光偵測裝置的操作期間，吸收層10處於一第一電壓V1（例如0V），並且共同區域50處於高於第一電壓的一第二電壓（例如3V）。一入射光L從基板20的第二側202進入吸收層10，然後被吸收層10吸收，進而產生包含電子和電洞的光載子。第一閘極端子301接收一第三電壓（例如1V），第二閘極端子401接收低於第三電壓的一第四電壓（例如0V）。光載子中的電子被驅使朝向第一閘極端子301移動，並且在第一絕緣層（圖未示）下方形成一反轉區域。由於形成了反轉區域，所以第一載子輸出區域302和共同區域50之間的空乏區小於第二載子輸出區域402和共同區域50之間的空乏區。光載子中大部分的電洞藉由較強的電場被驅使朝向第二載子輸出區域402移動。交替地，第一閘極端子301接收一第五電壓（例如0V），第二閘極端子401接收高於第五電壓的一第六電壓（例如1V）。光載子中的電子被驅使朝向第二閘極端子401移動，並且在第二絕緣層（圖未示）下方形成一反轉區域。由於形成了反轉區域，所以第二載子輸出區域402和共同區域50之間的空乏區小於第一載子輸出區域302和共同區域50之間的空乏區。光載子中大部分的電洞藉由較強的電場被驅使朝向第一載子輸出區域302移動。在這些實施例中，光偵測裝置被設置為收集電洞。
於一些實施例中，當光偵測裝置被操作在會產生雪崩情況之電壓數值以上，雪崩情況會發生在共同區域50與第一載子輸出區域302之間或在共同區域50與第二載子輸出區域402之間，其會導致由游離碰撞（impact ionization）產生的大量二次載子。二次載子會被第一載子輸出區域302或第二載子輸出區域402收集。因此，光偵測裝置具有一內部增益。
圖4B示出了本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。圖4B中的光偵測裝置類似於圖4A中的光偵測裝置，不同之處在於，吸收層10嵌入在基板20中。於一些實施例中，吸收層10的頂表面103大致上與基板20的第一表面203齊平。光偵測裝置的操作方法與圖4A中所示的光偵測裝置的操作方法類似。
圖4C示出了本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。圖4C中的光偵測裝置類似於圖4B中的光偵測裝置，兩者之間的差異如下所述。於一些實施例中，吸收層10部分地嵌入基板20中。於一些實施例中，基板20的第一表面203位於吸收層10的底表面104和吸收層10的頂表面103之間。於一些實施例中，吸收層10包含位於頂表面103和底表面104之間的一側壁105。側壁105的一部分從基板20裸露，即，未被基板20覆蓋。圖4C所示的光偵測裝置的操作方法類似於圖4A所示的光偵測裝置的操作方法。
圖4D示出了本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。圖4D所示的光偵測裝置類似於圖4A所示的光偵測裝置，兩者之間的差異如下所述。於一些實施例中，第一閘極端子301沿著一垂直方向D1 與第一載子輸出區域302重疊，藉以在光偵測裝置的操作期間有更高的機會發生雪崩崩潰（avalanche breakdown）現象。於一些實施例中，第二閘極端子401沿著一垂直方向D1 與第二載子輸出區域402重疊。於一些實施例中，光偵測裝置被設置為在足夠高的逆向偏壓操作下產生雪崩崩潰現象，進而產生一內部增益。
圖4E示出了本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。圖4E所示的光偵測裝置類似於圖4C所示的光偵測裝置，兩者之間的差異如下所述。於一些實施例中，吸收層10嵌入在基板20中。於一些實施例中，吸收層10的頂表面103與大致上基板20的第一表面203齊平。第一載子輸出區域302的材料與第二載子輸出區域402的材料相同。共同區域50的材料不同於第一載子輸出區域302的材料且不同於第二載子輸出區域402的材料。
圖4F示出了本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。圖4F所示的光偵測裝置類似於圖4C所示的光偵測裝置，兩者之間的差異如下所述。光偵測裝置更包含環繞共同區域50的一保護環260。保護環260具有一導電型態，其與共同區域50的導電型態相同。於一些實施例中，保護環260包含一摻雜物，其具有一峰值濃度，其低於共同區域50的摻雜物的峰值濃度。於一些實施例中，保護環260摻雜物的峰值濃度介於1×1014 cm-3 和5×1016 cm-3 之間。於一些實施例中，保護環260包含絕緣材料，例如氧化物，氧化物包含，但不限於，二氧化矽。保護環260用於在光偵測裝置處於高逆向偏壓時防止共同區域50的邊緣發生崩潰的現象。
於一些實施例中，光偵測裝置更包含位於吸收層10中的一倍增區230。於一些實施例中，倍增區230環繞共同區域50和保護環260。倍增區230具有一導電型態，其不同於共同區域50的導電型態。於一些實施例中，倍增區230包含一摻雜物，其具有一峰值濃度，其低於第一載子輸出區域302的摻雜物的峰值濃度。於一些實施例中，倍增區230的摻雜物的峰值濃度介於1×1014 cm-3 和5×1018 cm-3 之間。於一些實施例中，共同區域50、倍增區230和吸收層10被視為一垂直雪崩光電二極體。於一些實施例中，倍增區230沿著垂直方向D1 與第一閘極端子301和第二閘極端子401重疊。於一些實施例中，倍增區230沿的垂直方向D1 與第一載子輸出區域302和第二載子輸出區域402不重疊，藉以提高光偵測裝置的解調對比度。
圖4G示出了本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。 圖4G所示的光偵測裝置類似於圖4E所示的光偵測裝置，兩者之間的差異如下所述。共同區域50位於吸收層10的底側102。於一些實施例中，如圖1A中所描述的第一端子（圖未示）位於基板20中以電連接到共同區域50，藉以排空在光偵測裝置的操作期間，未被第一載子輸出區域302或第二載子輸出區域402收集的相反類型的載子。於一些實施例中，第一端子的其中一側延伸到達吸收層10的頂側101。因此，第一端子、第一讀出端子303、第一閘極端子301、第二閘極端子401和第二端子讀出端子403可以在吸收層10的同一側被後續製程處理。
圖5示出了本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。圖5中的光偵測裝置類似於圖1A中的光偵測裝置，兩者之間的差異如下所述。於一些實施例中，光偵測裝置更包含在吸收層10的頂表面103上的一界面層270。界面層270包含介電材料。於一些實施例中，界面層270包含但不限於，矽、氧化物、氮化物。於一些實施例中，氧化物包含但不限於氧化鍺（GeOx ）、氧化鋁（Al2 O3 ）、二氧化矽（SiO2）。於一些實施例中，界面層270包含非晶矽（amorphous-silicon）。於一些實施例中，界面層270位於第一閘極端子301的第一接觸層和吸收層10之間。於一些實施例中，界面層270位於第二閘極端子401的第二接觸層和吸收層10之間。於一些實施例中，當第一閘極端子301包含第一絕緣層時，界面層270位於第一閘極端子301的第一絕緣層和吸收層10之間。於一些實施例中，當第二閘極端子401包含第二絕緣層時，界面層270位於第二閘極端子401的第二絕緣層和吸收層10之間。
於一些實施例中，界面層270包含鍺，其具有一導電型態，其不同於吸收層10的導電型態。界面層270用於減小表面漏電流。於一些實施例中，光偵測裝置更包含一處理區域280，處理區域280穿透界面層270和吸收層10的頂表面103。處理區域280用於進一步抑制表面漏電流。處理區域280包含一特性，其與界面層270的一特性不同。特性包含材料、電阻或晶格結構。例如，處理區域280具有一電阻，其高於界面層270的電阻。於一些實施例中，處理區域280是藉由注入一材料，其不同於界面層270的材料和不同於吸收層10的材料來形成。於一些實施例中，處理區域280是藉由離子注入（例如矽、鍺、碳、氫、氟）進入到界面層270的一部分中，以及進入到位於其下的吸收層10的區域中。於一些實施例中，在離子注入的過程期間，加速的離子與界面層270碰撞，因而對注入區域中的晶格結構造成損壞。取決於離子類型的選擇或注入的能量，損壞可以延伸到吸收層10中至特定深度。晶格結構的損壞導致更高的電阻。處理區域280可以形成在任何位置，例如，處理區域280可以緊鄰第二載子輸出區域402。於一些實施例中，光偵測裝置包含複數處理區域280。
於一些實施例中，光偵測裝置包含一導電層（圖未示），而不是如前所述的處理區域280。導電層（圖未示）位於部分的界面層270上。可以將電壓施加到導電層藉以在吸收層10中位於導電層正下方的區域形成空乏區。於一些實施例中，光偵測裝置包含位於部分的界面層270上的複數導電層，複數導電層彼此實體分開。可以將施加到導電層的電壓施加偏壓以產生空乏區。於一些實施例中，可以施加電壓到複數導電層藉以產生空乏區。於一些實施例中，施加到複數導電層的各電壓可以不同或相同。於一些實施例中，一些導電層是浮接的。導電層包含但不限於金屬。由於同時具有導電層和界面層，其組合產生的空乏區可以降低第一載子輸出區域302和第二載子輸出區域402之間的暗電流。此外，導電層將入射光反射回吸收層10，因此，光偵測裝置的量子效率更高。
於一些實施例中，光偵測裝置更包含位於界面層270中的一極化區域（圖未示）。於一些實施例中，光偵測裝置更包含位於極化區域上方的一導電層。極化區域包含極化介電材料。極化介電材料具有本質極化。極化介電材料包含但不限於氧化鋁（Alx Oy ，x：y從1：1到2：3）、氧氮化鋁（AlOx Ny ）、氧化鉿（HfOx ，x從1到2）、鑭/鉭氧化物（（La，Ta）x Oy ，x：y從1：1到2：5）、氧化鈦（TiOx ，x從1到2）、氧化鑭矽（LaSiO）、鉛/鍶/鈦酸鋇（（Pb） ，Sr，Ba）TiO3 、氧化鋯（ZrOx ，x為1至2）、矽酸鋯（ZrSiO4 或ZiSix Oy ）或氮氧化矽（SiOx Ny ）。由於光偵測裝置包含極化區域，因此可以在不施加電壓或施加小電壓的情況下，在吸收層10中位於極化區域正下方的區域形成空乏區。由極化區域或導電層與界面層的組合產生的空乏區減少了第一載子輸出區域302和第二載子輸出區域402之間的暗電流區域。於一些實施例中，空乏區具有小於10 nm的深度，藉以用於改善光偵測裝置的性能。空乏區的深度是從吸收層10的頂表面103量測。於一些實施例中，極化區域部分地被嵌入吸收層10中藉以控制空乏區的深度。於一些實施例中，當吸收層10嵌入基板20中時，極化區域形成在基板20的第一表面203上。於一些實施例中，極化區域部分地被嵌入基板20中。
圖5所示的光偵測裝置的操作方法類似於圖1A所示的光偵測裝置的操作方法。類似地，於一些實施例中，共同區域50不連接到任何外部控制，因此是浮接的。浮接的共同區域在光偵測裝置的操作期間，降低共同區域50和第一載子輸出區域302之間的漏電流，或者降低共同區域50和第二載子輸出區域402之間的漏電流。
圖6A示出了本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的俯視圖。圖6B示出了圖6A中所示的光偵測裝置的剖面圖。於一些實施例中，光偵測裝置更包含一光學元件290，其與吸收層10相鄰，藉以改變入射光L的行進方向。於一些實施例中，光學元件290用於改變入射光L的行進方向，藉以使入射光L從頂表面103和底表面104之間的側壁105進入吸收層10。光學元件290位於基板20的第一表面203上。如圖6A所示，於一些實施例中，光學元件290位於吸收層10、第一開關30和第二開關40的同一側。於一些實施例中，光學元件290包含波導結構。於一些實施例中，波導結構包含但不限於埋藏式波導（buried waveguide）、擴散波導（diffused waveguide）、脊形波導（ridge waveguide）、肋形波導（rib waveguide）、開槽波導（slot waveguide）或帶狀波導（strip-loaded waveguide）。於一些實施例中，波導結構包含脊形波導，脊形波導包含一第一部分和位於第一部分上的一第二部分。於一些實施例中，從光偵測裝置的剖面圖視之，第一部分包含一第一寬度W1 ，第二部分包含小於第一寬度W1 的一第二寬度W2 。脊形波導的材料包含但不限於矽或二氧化矽。
圖6C示出了本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。光偵測裝置包含一基板20、一第一吸收層10、一第二吸收層10’、一第一開關30a、一第二開關40a和一光學元件290。於一些實施例中，光學元件290位於第二開關之間40a和第一開關30a之間。於一些實施例中，第二開關40a和第一開關30a位於第一吸收層10和第二吸收層10’之間。光學元件290類似於圖6B中所述的光學元件290。第二開關40a和第一開關30a各包含一電吸收調製器（electro-absorption modulator）。電吸收調製器包含一活性區310和兩個端子（圖未示），兩個端子用於向活性區310施加電壓，藉以改變活性區310中的電場。於一些實施例中，活性區310包含任何具有能階的合適材料。於一些實施例中，活性區310包含半導體材料。當光偵測裝置操作時，一入射光L進入光學元件290，兩個不同的電壓分別施加到第一開關30a和第二開關40a，第一開關30a或第二開關40a吸收入射光L因此被打開。入射光L接著通過第一開關30a或第二開關40a進入第一吸收層10或第二吸收層10’。例如，當第一開關30a吸收入射光L並打開時，入射光L接著進入第一吸收層10並被第一吸收層10吸收。於一些實施例中，第一吸收層10、第二吸收層10’、第一開關30a、第二開關40a和光學元件290均與基板20整合為一體。
於一些實施例中，本公開內容中描述的任何光偵測裝置的實施例皆適用於3D成像。由於光偵測裝置與一目標物體之間存在一距離，相對於由一發送器發送的發送光，從目標物體的表面反射作為光偵測裝置的入射光L具有一相位延遲。當發送光藉由一調變訊號被調變，且電子電洞對通過第一控制訊號60和第二控制訊號70被另一調變訊號解製（demodulated），儲存在第一電容和第二電容中的電子或電洞會依據距離而有變化。因此，光偵測裝置可以基於第一讀出電路80輸出的第一讀出電壓和第二讀出電路90輸出的第二讀出電壓獲得距離信息。
上述的光偵測裝置為一單一像素。
本公開內容還公開了一種光偵測陣列，其包含複數光偵測裝置，其中光偵測裝置是如上所述的任一實施例。複數光偵測裝置以一維或二維陣列排列。
於一些實施例中，光偵測陣列可以被設計為接收相同或不同的光訊號，例如，具有相同或不同的波長、具有相同或多個調變，或者在不同的時間幀（time frame）操作。圖7A示出了本公開內容之一些實施例的光偵測陣列的俯視圖。光偵測陣列1200a例如包含四個光偵測裝置12021、12022、12023及12024。每一光偵測裝置可為依據本公開內容所述的任一實施例的光偵測裝置。在一實施例中，光偵測裝置12021、12024接收具有峰值波長之入射光L；且光偵測裝置12022、12023接收另一具有峰值波長之入射光L。於一些實施例中，不同於。於一些實施例中，大致上等於。於一些實施例中，具有複數調變頻率fmod1 及 fmod2（或是更多）的入射光L入射至四個光偵測裝置12021、12022、12023及12024，且不同組的光偵測裝置12021、12022、12023以及 12024被設置為解調入射光中的不同頻率。例如，光偵測裝置12021、12024被施加調變頻率fmod1 以解調入射光中的頻率成份，且光偵測裝置12022、12023被施加調變頻率fmod2 以解調入射光中的頻率成份。於一些實施例中，類似地，具有複數調變頻率fmod1 和fmod2 （或更多）的入射光入射到四個光偵測裝置12021、12022、12023、12024。然而，在時間點t1 ，複數光偵測裝置的一第一部分由調變頻率fmod1 驅使藉以解調入射光中的頻率成份，而在另一時間點t2 ，複數光偵測裝置的一第二部分由調變頻率fmod2 驅使藉以解調入射光中的頻率成份。因此，光偵測陣列1200a在分時多工模式(time multiplexing mode)下操作。
於一些實施例中，峰值波長和分別由頻率fmod1 和頻率fmod2 調變，然後由光偵測陣列1200a收集。在時間點t1 ，光偵測陣列1200a在頻率fmod1 操作，藉以解調具有峰值波長的入射光；在時間點t2 ，光偵測陣列1200a在頻率fmod2 操作，藉以解調具有峰值波長為的入射光。於一些實施例中，具有峰值波長的入射光由頻率fmod1 和頻率fmod2 調變，並且光偵測裝置12021、12024由 頻率fmod1 驅使，而光偵測裝置12022、12023由fmod2 驅使，藉以同時解調進入的調變光訊號。本領域技術人員可知峰值波長、調變機制、及分時多工方式可以其他方式組合，仍可實現本發明。
圖7B示出了根據一些實施例的光偵測陣列的俯視圖。光偵測陣列1200b包含四個光偵測裝置12021、12022、12023、12024。每一光偵測裝置可為依據本公開內容所述的任一實施例的光偵測裝置。圖7B所示的光偵測裝置的排列與圖7A所示的光偵測裝置的排列不同。於一些實施例中，如圖7B所示，光偵測裝置以交錯方式排列，即，兩個相鄰的光偵測裝置，其中一光偵測裝置具有寬度的相對兩側的實質上與另一光偵測裝置具有寬度的相對兩側垂直。
圖8A示出了根據一些實施例的光偵測系統1300a的方塊圖，光偵測系統1300a使用具有相位變化的調變機制。光偵測系統1300a為使用間接飛行時間的深度影像感測器，以偵測一目標物體1310之距離資訊。光偵測系統1300a包含一光偵測陣列1302、一雷射二極體驅動器1304、一雷射二極體1306和一時脈驅動電路1308，時脈驅動電路1308包含時脈驅動器13081、13082。光偵測陣列1302包含複數根據本公開內容的任何實施例的光偵測裝置。一般而言，時脈驅動器13081產生並發送出時脈訊號，藉以1）通過雷射二極體驅動器1304調變發送的光訊號，和2）通過光偵測陣列1302解調接收/吸收的光訊號。為了得到深度資訊，光偵測陣列中的所有光偵測裝置藉由參考相同的時脈以解調，此相同時脈在一時間順序上以四個正交相位變化，例如，0°、90°、180° 及 270°，而在發送器端沒有相位變化。然而，在此實施例中，此四正交相位變化係在發送器端實施，而在接收器端沒有相位變化。
圖8B示出了分別由時脈驅動器13081、13082產生的時脈訊號CLK1、CLK2的時序圖。時脈訊號CLK1是具有四正交相位變化的調變訊號，例如0°、90°、180°和270°，且時脈訊號CLK2是不具相位變化的解調訊號。具體地，時脈訊號CLK1驅動雷射二極體驅動器1304，使得雷射二極體1306可以產生調變的發送光TL。時脈訊號CLK2及其反向訊號（未示於圖8B中）分別用作第一控制訊號60和第二控制訊號70（示於本公開內容的任一實施例中），藉以用於解調。換言之，本實施例中的第一控制訊號和第二控制訊號為不同訊號。此實施例可避免在影像感測器中因為寄生電阻－電容引發的記憶效應而可能導致的時間同調（temporal coherence）問題。
圖8C示出了根據一些實施例的光偵測系統1300b的方塊圖，光偵測系統1300b使用具有相位變化的調變機制。圖8D示出了根據一些實施例的使用具有相位變化的調變機制之光偵測系統1300b的時序圖。圖8C所示的光偵測系統的類似於圖8A所示的光偵測系統，兩者之間的差異如下所述。時脈驅動電路1308包含時脈驅動器13081、13082、13083。光偵測系統1300b在接收端使用兩種解調機制。光偵測陣列1302包含一第一陣列1302a和一第二陣列1302b。應用於第一陣列1302a的第一解調機制和應用於第二陣列1302b的第二解調機制在時間序列上不同。例如，第一陣列1302a應用第一解調機制，其中時間序列的相位變化是0°、90°、180°和270°。第二陣列1302a應用第二解調機制，其中時間序列的相位變化是90°、180°、270°和0°。淨效應的結果為第一陣列1302a中的相位變化與第二陣列1302b中的相位變化為正交（quadrature），而在發送端沒有相位變化。若解調波形不是理想方波，此種操作可以降低由電源吸取的最大瞬間電流。
圖8e示出了根據一些實施例的使用具有相位變化的調變機制之光偵測系統1300b的時序圖。圖8E中的時序圖的類似於圖8D中的時序圖，兩者之間的差異如下所述。於一些實施例中，將相位變化應用於發送端，但不應用於接收端的第一陣列和第二陣列，但是在第一陣列和第二陣列1302a、1302b分別設定兩個不同的固定相位，兩個不同的固定相位彼此正交。例如，發送端的調變訊號是時脈訊號CLK1，其中時間序列的相位變化是0°、90°、180°和270°。接收端的解調訊號是時脈訊號CLK2、CLK3。時脈訊號CLK2用於解調由第一陣列1302a吸收的入射光L，時脈訊號CLK2具有0°的固定相位。時脈訊號CLK3用於解調由第二陣列1302b吸收的入射光L，時脈訊號CLK3具有90°的恆固定相位。
圖9示出了根據一些實施例的使用具有相位變化的調變機制的光偵測方法。在其他的實施例中，可以執行所示方法的部份或是所有步驟。同樣的，本發明的實施例也包含不同及／或額外步驟，或是以不同順序執行這些步驟。圖9所示的光偵測方法包含：步驟1401：發送由第一調變訊號調變的光訊號，其中光訊號係被第一調變訊號所調變，第一調變訊號在多重時間幀中具有一或複數預定相位；步驟1402：一光偵測裝置接收反射之光訊號；步驟1403：一個或複數解調訊號解調反射之光訊號，其中，一或複數解調訊號為在多重時間幀中具有一或複數預定相位之一或複數訊號。步驟1404：輸出至少一個電壓訊號。在本方法中，光偵測裝置是根據本公開內容描述的任何實施例或其等同物。
儘管圖8A至圖8E使用具有50％工作週期的時脈訊號作為調變和解調訊號，在其他可能的實施例中，工作週期可以是不同的（例如30％工作週期）。於一些實施例中，正弦波取代方波用作調變和解調訊號。
在一些應用中，根據本公開內容中的任何實施例的光偵測裝置、光偵測陣列和光偵測系統適用於3D成像。在一些應用中，根據本公開內容中的任何實施例的光偵測裝置、光偵測陣列和光偵測系統可應用於機器人、導航系統或虛擬實境。
需注意的是，本發明所列舉之各實施例僅用以說明本發明，並非用以限制本發明之範圍。任何人對本發明所作顯而易見的修飾或變更皆不脫離本發明之精神與範圍。不同實施例中相同或相似的構件，或者不同實施例中具相同標號的構件皆具有相同的物理或化學特性。此外，本發明中上述之實施例在適當的情況下，是可互相組合或替換，而非僅限於所描述之特定實施例。在一實施例中詳細描述之特定構件與其他構件的連接關係亦可以應用於其他實施例中，且均屬於如後之本發明之權利保護範圍的範疇中。
20‧‧‧基板
201‧‧‧第一側
202‧‧‧第二側
203‧‧‧第一表面
10‧‧‧吸收層
101‧‧‧頂側
102‧‧‧底側
103‧‧‧頂表面
104‧‧‧底表面
105‧‧‧側壁
10’‧‧‧第二吸收層
220‧‧‧支撐載體
221‧‧‧上側
222‧‧‧下側
223‧‧‧下表面
30，30a‧‧‧第一開關
301‧‧‧第一閘極端子
302‧‧‧第一載子輸出區域
303‧‧‧第一讀出端子
304‧‧‧第一載子輸入區域
40，40a‧‧‧第二開關
401‧‧‧第二閘極端子
402‧‧‧第二載子輸出區域
403‧‧‧第二端子讀出端子
404‧‧‧第二載子輸入區域
50‧‧‧共同區域
60，60’‧‧‧第一控制訊號
70，70’‧‧‧第二控制訊號
80，80’‧‧‧第一讀出電路
90，90’‧‧‧第二讀出電路
100‧‧‧第一端子
110‧‧‧遮光罩
111‧‧‧窗口
120，120’‧‧‧第一區域
130‧‧‧第二端子
140，140'‧‧‧第一部位
150‧‧‧第一導線
160‧‧‧第二導線
170‧‧‧接合結構
171‧‧‧接合層
172‧‧‧第一導電結構
173‧‧‧第二導電結構
170’‧‧‧第二接合結構
171’‧‧‧第二接合層
172’‧‧‧第一導電結構
D1‧‧‧垂直方向
180‧‧‧生長基板
190‧‧‧第二部位
200‧‧‧第二區域
230‧‧‧倍增區
240‧‧‧第三部位
250‧‧‧第四部位
260‧‧‧保護環
270‧‧‧界面層
280‧‧‧處理區域
290‧‧‧光學元件
300‧‧‧導電區域
310‧‧‧活性區
1300a，1300b‧‧‧光偵測系統
1310‧‧‧目標物體
1302，1200a，1200b‧‧‧光偵測陣列
1302a‧‧‧第一陣列
1302b‧‧‧第二陣列
1304‧‧‧雷射二極體驅動器
1306‧‧‧雷射二極體
1308‧‧‧時脈驅動電路
13081，13082，13083‧‧‧時脈驅動器
L‧‧‧入射光
CLK1，CLK2，CLK3‧‧‧時脈訊號
TL‧‧‧發送光
12021，12022，12023，12024‧‧‧光偵測裝置
W1‧‧‧第一寬度
W2‧‧‧第二寬度
d1‧‧‧第一深度
d2‧‧‧第二深度
d3‧‧‧第三深度
圖1A為本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。
圖1B為本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。
圖1C為本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。
圖2A為本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。
圖2B為本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的俯視圖。
圖2C為本公開內容之圖2B之光偵測裝置的剖面圖。
圖2D為本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的俯視圖。
圖2E為本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。
圖2F為本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。
圖2G為本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。
圖2H為本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。
圖3A為本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。
圖3B至圖3E為本公開內容之一些實施例，其製造如圖3A所示之光偵測裝置的方法的示意圖。
圖3F為本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。
圖3G為本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。
圖3H為本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。
圖3I為本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。
圖3J為本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。
圖3K為本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。
圖3L為本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。
圖3M為本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。
圖3N為本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。
圖3O為本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。
圖3P為本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。
圖3Q為本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。
圖3R為本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。
圖3S為本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。
圖4A為本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。
圖4B為本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。
圖4C為本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。
圖4D為本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。
圖4E為本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。
圖4F為本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。
圖4G為本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。
圖5為本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。
圖6A為本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的俯視圖。
圖6B為本公開內容之圖6A之光偵測裝置的剖面圖。
圖6C為本公開內容之一些實施例之光偵測裝置的剖面圖。
圖7A至圖7B為本公開內容之一些實施例之光偵測陣列的俯視圖。
圖8A至圖8E為本公開內容之一些實施例之使用具有相位變化的調變機制的光偵測陣列的方塊圖以及時序圖。
圖9為本公開內容之一些實施例之使用具有相位變化的調變機制的光偵測方法。

Claims (20)

  1. 一種光偵測裝置，包含： 一吸收層，其被設置為吸收光子並從吸收的光子產生光載子，其中該吸收層包含鍺；以及 一載子引導單元，其電連接到該吸收層，其中該載子引導單元包含一第一開關，該第一開關包含一第一閘極端子。
  2. 如請求項1所述的光偵測裝置，其中該載子引導單元更包含一第二開關，該第二開關與該第一開關實體分開，其中該第二開關包含一第二閘極端子。
  3. 如請求項2所述的光偵測裝置， 其更包含一第一部位，該第一部位與該吸收層連接，其中該第一部位具有一第一導電型態。
  4. 如請求項3所述的光偵測裝置，其中該第一開關更包含一第一載子輸出區域以及一第一載子輸入區域，其中該第一載子輸出區域以及該第一載子輸入區域位於該第一閘極端子的相對兩側，且該第二開關更包含一第二載子輸出區域以及一第二載子輸入區域，其中該第二載子輸出區域以及該第二載子輸入區域位於該第二閘極端子的相對兩側，其中該第一載子輸出區域、該第一載子輸入區域、該第二載子輸出區域以及該第二載子輸入區域具有相同的導電型態。
  5. 如請求項4所述的光偵測裝置，其更包含一與該吸收層連接的基板，該基板包含一第一側以及與該第一側相對地一第二側，該第一載子輸出區域、該第一載子輸入區域、該第二載子輸出區域以及該第二載子輸入區域位於該基板的該第一側，且該第一閘極端子和該第二閘極端子位於該第一側之上。
  6. 如請求項5所述的光偵測裝置，其更包含一位於該基板以及該吸收層之間的一接合結構，其用於連接載子引導單元和吸收層。
  7. 如請求項6所述的光偵測裝置，其中該第一部位位於吸收層中，該接合結構包含一接合層以及一第一導電結構，該第一導電結構穿透該接合層以及連接該第一載子輸入區域和該第一部位，其中第一閘極端子和該第二閘極端子位於該接合層中。
  8. 如請求項6所述的光偵測裝置，其更包含一支撐載體，其支撐該吸收層，其中該吸收層位於一部份的該支撐載體以及該基板之間。
  9. 如請求項8所述的光偵測裝置，其更包含一第二部位以及一第三部位，其中該第一部位位於該吸收層中，該第三部位與該第一部位實體分開，且該第三部位環繞該第二部位，該第二部位具有一第二導電型態，該第二導電型態與該第一導電型態相同，該第三部位具有一第三導電型態，該第三導電型態與該第一導電型態不同，該第一部位的一第一摻雜物的一第一峰值濃度高於該第三部位的一第二摻雜物的一第二峰值濃度。
  10. 如請求項9所述的光偵測裝置，更包含一第四部位，該第四部位與該第二部位實體分開，並且被該第三部位包圍，其中該第四部位具有一第四導電型態，該第四導電型態不同於該第二部位的第二導電型態。
  11. 如請求項5所述的光偵測裝置，其更包含一第一導線和一第二導線，其中該第一部位位於該吸收層中，該第一部位藉由該第一導線與該第一載子輸入區域電連接，且該第一部位藉由該第二導線與該第二載子輸入區域電連接。
  12. 如請求項11所述的光偵測裝置，其中該第一部位位於該基板以及該吸收層之間，該第一部位具有一寬度，其大於該吸收層的一寬度，且該第一部位的該第一導電型態與該第一載子輸出區域的導電型態相同。
  13. 如請求項5所述的光偵測裝置，其更包含一第二部位，該第二部位位於該吸收層中，其中該第二部位具有一第二導電型態。
  14. 如請求項13所述的光偵測裝置，其中該第一載子輸入區域與該第一部位連接，該第二載子輸入區域與該第二部位連接。
  15. 如請求項14所述的光偵測裝置，其更包含一位於該基板以及該吸收層之間的一接合結構，該接合結構用於連接該載子引導單元以及該吸收層，其中該接合結構包含一接合層、一第一導電結構以及一第二導電結構，該第一導電結構穿透該接合層以及連接該第一載子輸入區域以及該第一部位，該第二導電結構穿透該接合層以及連接該第二載子輸入區域以及該第二部位。
  16. 如請求項2所述的光偵測裝置，其更包含一基板以及一第一區域，該基板支撐該吸收層，該第一區域位於該吸收層中，其中： 該吸收層包含一底側以及與該底側相對的一頂側； 該第一開關更包含一第一載子輸出區域以及一第一載子輸入區域，其中該第一載子輸出區域以及該第一載子輸入區域位於該第一閘極端子的相對兩側； 該第二開關更包含一第二載子輸出區域以及一第二載子輸入區域，其中該第二載子輸出區域以及該第二載子輸入區域位於該第二閘極端子的相對兩側， 該第一載子輸出區域、該第一載子輸入區域、該第二載子輸出區域以及該第二載子輸入區域具有相同的導電型態，並且皆位於該吸收層的頂側； 該第一區域位於該第一載子輸入區域和該第二載子輸入區域之間；以及 該第一載子輸入區域與該第一區域具有不同的導電型態。
  17. 如請求項2所述的光偵測裝置，其中該第一開關更包含一第一載子輸出區域，該第二開關更包含一第一載子輸出區域，且該載子引導單元更包含一共同區域，該共同區域位於該第一閘極端子和該第二閘極端子之間。
  18. 如請求項17所述的光偵測裝置，其更包含一位於該吸收層中的一第一區域，其中該共同區域的導電型態不同於該第一區域的導電型態。
  19. 如請求項18所述的光偵測裝置，其中該共同區域包含一第一深度，該第一載子輸出區域包含一第二深度，第二載子輸出區域包含一第三深度，該第一深度大於該第二深度以及大於該第三深度。
  20. 如請求項4所述的光偵測裝置，其更包含一界面層以及一導電層，其中該界面層位於該吸收層上方，該導電層位於部分的該界面層上方。
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