TW202101752A - 光偵測裝置及其光偵測方法 - Google Patents

Abstract

本公開提供一種光偵測裝置，包括：由第一材料或第一材料複合物製成的基底；由第二材料或第二材料複合物製成的吸收層，吸收層由基底支撐，且吸收層包括：第一表面；第二表面，佈置在第一表面和基底之間；以及具有摻質分佈的通道區，摻質分佈具有等於或大於1x10¹⁵ cm^-3 的峰值摻質濃度，其中第一表面與具有摻質峰值濃度的通道區的位置之間的距離小於第二表面與具有摻質峰值濃度的通道區的位置之間的距離，又其中第一表面與具有峰值摻質濃度的通道區的位置之間的距離不小於30nm。

Description

光偵測裝置及其光偵測方法

本發明是關於一種光偵測裝置及其光偵測方法，特別是有關於一種以鍺做為吸光材料的光偵測裝置及其光偵測方法。

光偵測裝置可用於偵測一光信號並將光信號轉換成一電子信號，使該電子信號可由另一電路做進一步的處理。光偵測裝置可被應用於消費性電子產品、影像感測器、數據通信、飛行時間（TOF）測距、飛行時間（TOF）影像感測、醫療設備和許多其他合適的應用。然而，當一光偵測裝置，無論以單個或配置為一陣列，使用於這些應用中時，漏電流、暗電流、電或光的串擾（Cross-talk）以及功耗皆有可能降低其整體的性能。

依據本發明之一實施例，提供一種光偵測裝置。該光偵測裝置包含一半導體基底；一第一鍺基（Germanium-based）光吸收材料，該第一鍺基光吸收材料被該半導體基底支撐，並配置為吸收具有一第一波長（大於800nm）的一第一光信號；一第一金屬線，電連接到該第一鍺基光吸收材料的一第一區域；以及一第二金屬線，電連接到該第一鍺基光吸收材料的一第二區域；其中，該第一區域為未摻雜或被摻雜一第一型摻質；該第二區域被摻雜一第二型摻質；以及該第一金屬線用以控制一第一型光生載子之數量，以被該第二區域所收集。

依據本發明之一實施例，提供一種光偵測方法。該光偵測方法包含發送一光信號，該光信號被一第一調變信號調變，其中該第一調變信號於多個時間訊框（Time frame）中具有一個或多個預定相位；通過一光偵測裝置接收一反射的光信號；通過一個或多個解調信號解調該反射光信號，其中一個或多個解調信號於多個時間訊框中具有一個或多個預定相位; 以及在電容上輸出至少一個電壓信號。

在本文公開的實施例的其他優點和益處中，提供了一種能夠有效地吸收至少，但不侷限於近紅外（NIR）光或短波紅外（SWIR）光的光偵測裝置。在一些實施例中，光偵測裝置提供高解調對比度、低漏電流、低暗電流、低功耗、低電/光串擾和/或用於晶片尺寸小型化的架構。在一些實施例中，光偵測裝置能夠處理具有多個波長的入射光信號，包含不同的調變機制及/或分時（Time division）功能。此外，光偵測裝置可以被使用於飛行時間（ToF）的應用上，相較於可見波長（例如，NIR和SWIR範圍），其可在更長的波長下操作。元件/材料實施者可以設計/製造具有100％鍺或是具有一預定百分比（例如，大於80％Ge）鍺的合金（例如，GeSi）做為光吸收的吸收材料，上述100％鍺或是合金可為本質(Intrinsic)或是雜質(Extrinsic)。

根據本公開的實施例，提供了一種光偵測裝置。該光偵測裝置包括：一吸收層，包括一第一表面；一鈍化層，在該吸收層的該第一表面上，其中該鈍化層包括兩個第一區域和將該兩個第一區域分開的一第二區域，其中各該第一區域包括一特性，該第二區域包括與該第一個區域的特性不同的一特性。

在一些實施例中，該特性包括材料或電阻。

根據本公開的實施例，提供了一種光偵測裝置。該光偵測裝置包括：一吸收層，包括一第一表面；兩個第二摻雜區，在該吸收層中；一鈍化層，在該吸收層的該第一表面上，其中該鈍化層包括兩個中間區域，各自分別在該第二摻雜區上方，其中各該中間區域包括一峰值摻質濃度低於各該兩個第二摻雜區的一峰值摻質濃度。

根據本公開的實施例，提供了一種光偵測裝置。該光偵測裝置包括一吸收層；兩個開關，各包括在該吸收層上的一控制接觸層；在該吸收層中的兩個嵌入反摻雜區，各至少部分地位於相應的開關之下。

根據本公開的實施例，提供了一種光偵測裝置。該光偵測裝置包括一吸收層；兩個開關，各包括一控制接觸層和一讀出接觸層，控制接觸層和讀出接觸層皆位於吸收層上方，其中兩個控制接觸層之間的距離小於該吸收層的寬度，且兩個讀出接觸層之間的距離大於該吸收層的寬度。

根據本公開的實施例，提供了一種光偵測裝置。該光偵測裝置包括：一基底和被該基底支撐的一吸收層；兩個開關，電性耦接到該吸收層，各該開關包括一第一摻雜區和一第二摻雜區，其中該第一摻雜區在該基底中，該第二摻雜區覆蓋該基底和該吸收層之間的界面的一部分。

根據本公開的實施例，提供了一種光偵測裝置。該光偵測裝置包括：一吸收層；一吸收區域，在該吸收層中；兩個開關，各設置在該吸收區的同一側並電性耦接到該吸收層；一引導區域，在該兩個開關之間。

在一些實施例中，各個開關包括設置在該吸收區域的同一側的一控制接觸層。該引導區域在該吸收層的兩個控制接觸層正下方的部分之間。

根據本公開的實施例，提供了一種光偵測裝置。該光偵測裝置包括：由一第一材料或一第一材料複合物製成的一基底；由一第二材料或一第二材料複合物製成的一吸收層，該吸收層由該基底支撐，且該吸收層包括：一第一表面；一第二表面，佈置在該第一表面和該基底之間；以及具有一摻質分佈的一通道區，該摻質分佈具有等於或大於1x10¹⁵ cm^-3 的峰值摻質濃度，其中該第一表面與具有該摻質峰值濃度的該通道區的位置之間的距離小於該第二表面與具有與該峰值摻質濃度的該通道區的位置之間的距離。又其中該第一表面與該具有該峰值摻質濃度的該通道區的位置之間的距離不小於30nm。

根據本公開的實施例，提供了一種光偵測裝置。該光偵測裝置包括：由第一材料或第一材料複合物製成的一基底；由第二材料或第二材料複合物製成的一吸收層，該吸收層由該基底支撐，且該吸收層包括：一第一表面；一第二表面，佈置在該第一表面和該基底之間；以及具有一摻質分佈的一通道區，該摻質分佈具有等於或大於1x10¹⁵ cm^-3 的峰值摻質濃度，其中該第一表面與具有該峰值摻質濃度的該通道區的位置之間的距離不小於30nm，且該第二表面與具有該峰值摻質濃度的該通道區的位置之間的距離不小於30nm。

在一些實施例中，吸收層還包括佈置在該通道區和該第一表面之間的一阻礙區（hinder region）。

根據本公開的實施例，提供了一種光偵測裝置。該光偵測裝置包括：一吸收層，其包括具有第一能隙的一材料；一載子控制層，在該吸收層上，其中，該載子控制層包括一材料，其具有大於該第一能隙的第二能隙，且其厚度不小於100 nm；以及一讀出接觸層，在該載子控制層的一第一表面上。

根據本公開的實施例，提供了一種光偵測裝置。該光偵測裝置包括：一吸收層，其包括具有第一能隙的一材料，其中，該吸收層能夠吸收光子並產生光生載子；一載子控制層，在該吸收層上，其中該載子控制層包括一材料，其具有大於該第一能隙的第二能隙，且該載子控制層能夠至少收集該光生載子；以及一讀出接觸層，在該載子控制層的一第一表面上。

在一些實施例中，光偵測裝置還包括一阻障區（barrier region），覆蓋該吸收層和該載子控制層之間的界面的一部分。

在一些實施例中，該阻障區位在該吸收層與該載子控制層之間的該界面的的摻質濃度不小於1×10¹⁵ cm^-3 。

根據本公開的實施例，提供了一種光偵測裝置。該光偵測裝置包括：一吸收層；一第一開關，電性耦接至該吸收層；一第二開關，電性耦接至該吸收層；一第一調整接觸層，其被配置用來塑形該第一開關附近的電場；以及一第二調整接觸層，其被配置用來塑形該第二開關附近的電場。

根據本公開的實施例，提供了一種光偵測裝置。該光偵測裝置包括：一吸收層，其包括具有第一能隙的一材料；一載子收集層，在該吸收層上，其中該載子控制層包括材料，其具有大於該第一能隙的一第二能隙；在該載子控制層中的兩個第二摻雜區，其中各該第二摻雜區具有一深度，且各該第二摻雜區的深度大於該載子收集層的厚度。

根據本公開的實施例，提供了一種光偵測裝置。該光偵測裝置包括：一吸收層；一初步收集器（preliminary collector），在該吸收層中；以及兩個開關，電性耦接到該吸收層並設置在該初步收集器的兩個相對側。

在一些實施例中，各該開關包括具有第一導電類型的一第一摻雜區，其中該初步收集器的導電類型與該兩個第一摻雜區的第一導電類型相同。

在一些實施例中，各該開關還包括一第二摻雜區。該初步收集器與各該兩個第二摻雜區中的至少一部分重疊。

在一些實施例中，該吸收層還包括連接至該初步收集器的一阻礙區。

在一些實施例中，該阻礙區的導電類型不同於該初步收集器的導電類型。

在一些實施例中，該光偵測裝置還包括與該第一摻雜區的至少一部分重疊的兩個反摻雜區。

根據本公開的實施例，提供了一種光偵測裝置。該光偵測裝置包括：一吸收層；兩個開關，電性耦接到該吸收層，其中各該兩個開關中包括一第一摻雜區；以及一第一緩衝區和一第二緩衝區，在該兩個第一摻雜區之間。

根據本公開的實施例，提供了一種影像系統。該影像系統包括一或多個相機；以及一光偵測裝置。在一些實施例中，光偵測裝置包括一像素陣列，用於飛行時間資訊，該像素陣列的各像素包括由第一材料或第一材料複合物製成的一基底；由第二材料或第二材料複合物製成的一吸收層，該吸收層由該基底支撐，且該吸收層包括：一第一表面；一第二表面，佈置在該第一表面和該基底之間；以及一通道區，具有一摻質分佈，該摻質分佈具有等於或大於1x10¹⁵ cm^-3 的峰值摻質濃度，其中該第一表面與具有該摻質峰值濃度的該通道區的位置之間的距離小於該第二表面與具有該峰值摻質濃度的該通道區的位置之間的距離，又其中該第一表面與具有該峰值摻質濃度的該通道區的位置之間的距離不小於30nm。

如本文所用，諸如“第一”、“第二”、“第三”、第四”和“第五”等用語描述了各種元件、組件、區域、層和/或部分，這些元件、組件、區域、層和/或部分不應受這些用語的限制。這些用語僅可用於將一個元件、組件、區域、層或部分與另一個區分。除非上下文明確指出，否則本文中使用的諸如“第一”、“第二”、“第三”、“第四”和“第五”等用語並不暗示順序或次序。用語“光子偵測（photo-detecting）”、“光子感測（photo-sensing）”、“光偵測（light-detecting）”、“光感測（light-sensing）”和任何其他類似用語可以互換使用。

空間描述諸如“上方”、“頂部”和“底部”之類除非另有說明，係相對於圖中所示方向來指示。應當理解，本文所使用的空間描述僅是出於說明的目的，並且本文所描述的結構的實際實現可以以任何取向或方式在空間上進行佈置，只要本公開的實施例的優點不被此佈置所偏離。

圖1A繪示依據一實施例的光偵測裝置剖視圖。光偵測裝置100a包含由半導體基底104支撐的鍺基光吸收材料102。在一種實施方式中，半導體基底104可由矽（Silicon）、矽-鍺（Silicon-germanium）、鍺（Germanim）或III-V族化合物所製成。鍺基光吸收材料102是指本質的鍺（100％鍺）或包含鍺元素的合金（例如矽-鍺合金），其鍺濃度的範圍為1％至99％。在一些實施方案中，可使用覆蓋式磊晶（Blanket epitaxy）、選擇性磊晶（Selective epitaxy）或其他適用技術來生長鍺基光吸收材料102。依據一實施例，鍺基光吸收材料102嵌入在圖1A中的半導體基底104中，在另一實施例，鍺基光吸收材料102可以部分地嵌入或可以設立在半導體基底104之上。

光偵測裝置100a包含控制金屬線106a和讀出金屬線108a。控制金屬線106a和讀出金屬線108a電性耦接到鍺基光吸收材料102的表面102s。在此實施例中，控制金屬線106a電性耦接到表面102s的未摻雜區105a，其中未摻雜區105a不具有摻質。讀出金屬線108a電性耦接到表面102s的摻雜區101a，其中摻雜區101a具有摻質。

需注意者，鍺基的光吸收材料102可為本質的（Intrinsic）或雜質的（Extrinsic）（例如，輕微的P型或輕微的N型）。由於鍺材料的缺陷特性，即使在製作過程中沒有導入摻雜，鍺基光吸收材料102仍可能有輕微的P型特性。因此，未摻雜區105a也可能是輕微P型。依據要收集的光生載子（即電洞或電子）的類型，摻雜區101a有可能摻雜有P型摻質或N型摻質。在一些實施例中，摻雜區101a可透過熱擴散（Thermal-diffusion）、離子佈植（Ion-implantation）或任何其他摻雜製程進行摻雜。

控制金屬線106a由控制信號cs1所控制，用於控制被吸收的光子所產生的電子或電洞的移動方向。假設摻雜區101a為N型並且控制信號cs1為邏輯1，從控制金屬線106a到鍺基光吸收材料102方向的電場將被產生，因此，電子將朝控制金屬線106a移動且由摻雜區101a所收集。相反的，如果摻雜區101a是P型，則為電洞被摻雜區101a所收集。假設控制信號cs1為邏輯0且摻雜區101a是N型，則產生相反方向的電場。電子不會往控制金屬線106a的方向移動，且不會被摻雜區101a所收集。相反的，如果摻雜區101a是P型，則電洞不會收集。

透過使用圖1A所示的結構，由一目標物體（圖1A中未繪示）反射並通過光學窗口WD進入的光信號IL可以被鍺基光吸收材料102吸收，並且根據控制信號cs1的操作，產生電子-電洞對，以決定電子或電洞（取決於摻雜區101a是N型和P型）是否朝向電容110a移動並存儲在電容110a中。吸收區域AR是接收通過光學窗口WD進入的光信號IL的一虛擬區域。由於光偵測裝置100a與目標物體（圖1A中未繪示）之間存在一距離，光信號IL與發射器（圖1A中未繪示）所發射出的發射光之間具有一相位延遲。通過調變信號調變的一發射光且經由一解調信號（該解調信號通過控制金屬線106a）以解調出電子-電洞對時，存儲在電容110a中的電子或電洞將根據該距離而變化。因此，光偵測裝置100a可以依據電容110a上的電壓v1獲得距離資訊。

圖1A的實施例為一單抽頭（One-tap）結構，因為它們僅使用一條控制金屬線106a和一條讀出金屬線108a來獲得距離資訊。本申請所公開的實施例亦可使用兩條或更多條的控制金屬線或讀出金屬線，以及各種不同的實施方式，以獲得距離資訊，這些實施例將在下文中詳細描述。

圖1B繪示依據一實施例的光偵測裝置剖視圖。與圖1A的實施例相比，圖1B中的光偵測裝置100b使用兩條控制金屬線106a，106b以控制被鍺基光吸收材料102所吸收的光子，其產生的電子或電洞的移動。這種結構稱為雙抽頭(Two-tap)結構。光偵測裝置100b包含控制金屬線106a，106b和讀出金屬線108a，108b。控制金屬線106a，106b和讀出金屬線108a，108b電性耦接到鍺基光吸收材料102的表面102s。在本實施例中，控制金屬線106a，106b分別電性耦接到表面102s上的未摻雜區105a，105b，其中未摻雜區105a，105b是沒有摻質的區域。讀出金屬線108a，108b分別電性耦接到表面102s上的摻雜區101a，101b，其中摻雜區101a，101b是含有摻質的區域。摻雜區101a，101b可以摻雜P型摻質或N型摻質。

控制金屬線106a，106b分別由控制信號cs1，cs2所控制，其用於控制被吸收的光子所產生的電子或電洞的移動方向。在一些實施方案中，控制信號cs1和cs2是差動信號。在一些實施方案中，控制信號cs1和cs2中其中之一者可以是一固定的電壓信號（例如，0.5V）且另一控制信號是時變的電壓信號（例如，在0V和1V之間操作的弦波信號、時脈信號或脈衝信號）。

假設摻雜區101a，101b為N型，且控制信號cs1，cs2為彼此具有180度相位差的時脈信號。當控制信號cs1為邏輯1且控制信號cs2為邏輯0時，光偵測裝置100b產生從控制金屬線106a到鍺基光吸收材料102的一電場，電子將朝向控制金屬線106a方向移動，接著，被摻雜區101a收集。類似的，當控制信號cs1處於邏輯0並且控制信號cs2處於邏輯1時，光偵測裝置100b產生從控制金屬線106b到鍺基光吸收材料102的一電場，電子將朝控制金屬線106b方向移動，然後由摻雜區101b收集。相反的，如果摻雜區101a和101b為P型，則摻雜區101a和101b改為收集電洞。

依據本實施例的雙抽頭結構，從一目標物體（圖1B中未繪示）反射的光信號IL可被鍺基光吸收材料102吸收，並且產生電子-電洞對，使得該電子或電洞（取決於摻雜區101a是N型和P型）可依據控制信號cs1和控制信號cs2的操作往電容110a或電容110b移動，並存儲在電容110a或電容110b中。由於光偵測裝置100b與目標物體（圖1B中未繪示）之間存在一距離，光信號IL與發射器（圖1B中未繪示）所發射的發射光之間具有一相位延遲。當一發射光經由一調變信號調變以及一解調信號通過控制金屬線106a和金屬線106b，解調出電子-電洞對時，儲存在電容110a和電容110b中的電子或電洞將根據該距離而變化。因此，光偵測裝置100b可根據電容110a上的電壓v1和電容110b上的電壓v2獲得該距離資訊。根據一實施例，光偵測裝置100b可以基於電壓v1和電壓v2作為輸入的變數以計算出距離資訊。例如，在一脈衝飛行時間(Pulse time-of-flight)的應用中，可以將相關於電壓v1和電壓v2的一電壓比例作為輸入變數。在另一實施例中，在連續波飛行時間（Continues-wave time-of-flight）的應用中，可以將相關於電壓v1和電壓v2的一同相（In-phase）和正交（Quadrature）電壓作為輸入變數。

圖1A中的控制金屬線106a，以及圖1B中的控制金屬線106a，106b電性耦接到鍺基光吸收材料102的未摻雜區。在其他實施例中，部份結構及控制金屬線106a，106b可電性耦接到摻雜區。

圖1C繪示依據一實施例的光偵測裝置剖視圖。類似於圖1A，光偵測裝置100c包含控制金屬線106a和讀出金屬線108a。控制金屬線106a和讀出金屬線108a皆電性耦接到鍺基光吸收材料102的表面102s。在本實施例中，控制金屬線106a電性耦接到表面102s上的摻雜區103a，其中摻雜區103a是具有摻質的區域。讀出金屬線108a電性耦接到表面102s上的摻雜區101a，其中摻雜區101a也是具有摻質的區域。在本實施例中，摻雜區101a和摻雜區103a摻雜有不同類型的摻質。例如，當摻雜區101a摻雜有N型摻質時，則摻雜區103a則摻雜有P型摻質，反之亦然。

光偵測裝置100c的操作原理類似於圖1A的實施例。控制金屬線106a，根據控制信號cs1，控制被吸收的光子所產生的電子或電洞的移動方向，以使電子或電洞被摻雜區101a收集。光偵測裝置100c可藉由控制該控制信號cs1並讀取電容110a上的電壓v1，以獲得光偵測裝置100c和目標物體（圖1C中未繪示）之間的距離資訊。

圖1D繪示依據一實施例的光偵測裝置剖視圖。光偵測裝置100b包含控制金屬線106a，106b和讀出金屬線108a，108b。控制金屬線106a，106b和讀出金屬線108a，108b電性耦接到鍺基光吸收材料102的表面102s。在本實施例中，控制金屬線106a，106b分別電性耦接到表面102s上的摻雜區103a，103b，其中摻雜區103a，103b是具有摻質的區域。讀出金屬線108a，108b分別電性耦接到表面102s上的摻雜區101a，101b，其中摻雜區101a，101b也是具有摻質的區域。摻雜區101a，101b，103a，103b可以摻雜P型摻質或N型摻質。在本實施例中，摻雜區101a，101b摻雜有相同類型的摻質，摻雜區103a，103b摻雜有相同類型的摻質。然而，摻雜區101a，101b的摻雜類型不同於摻雜區103a，103b的摻雜類型。例如，當摻雜區101a，101b被摻雜為N型，則摻雜區103a，103b將被摻雜為P型，反之亦然。

光偵測裝置100d的操作原理類似於圖1B的實施例。控制金屬線106a，106b，根據控制信號cs1，cs2，用以控制被吸收的光子所產生的電子或電洞的移動方向，以使電子或電洞存儲在電容110a或電容110b中。光偵測裝置100d可藉由控制該控制信號cs1，cs2並讀取電容110a，110b上的電壓v1，v2，以獲得光偵測裝置100d和目標物體（圖1D中未繪示）之間的距離資訊。

圖1E繪示依據一實施例的光偵測裝置剖視圖。光偵測裝置100e的操作原理類似於圖1D，其中光偵測裝置100e能夠藉由產生控制信號cs1，cs2和讀取電容110a，110b上的電壓v1，v2以獲得光偵測裝置100e與目標物體（圖1E中未繪示）之間的距離資訊。與圖1D的不同之處在於光偵測裝置100e的讀出金屬線108a，108b和摻雜區101a，101b設置在與表面102s相對的表面102ss處。由於控制金屬線106a，106b和讀出金屬線108a，108b沿垂直方向排列，因此相應地減小光偵測裝置100e的水平面積。

圖1F繪示依據一實施例的光偵測裝置剖視圖。與圖1E相比，圖1F中的實施例也將摻雜區101a，101b設置在與表面102s相對的表面102ss處，但讀出金屬線108a，108b朝向表面102s延伸，並非往半導體基底104方向延伸，而這樣的安排可以簡化製造過程。

在一些實施方式中，如圖1A至圖1F所示的實施例以及下文中的實施例，控制金屬線106a，106b和表面102s可以形成一具有蕭特基位障（Schotty barrier）的金屬-半導體接面（Metal-Semicondcutor junction，MS junction）、或是藉由一氧化物（Oxide）或一高K介電（high-K）材料作為絕緣體設置於金屬-半導體接面的中間以形成一金屬-絕緣體-半導體電容（Metal-Insulator-Semicondcutor capacitor， MIS capacitor）。

圖1A至圖1F所示的實施例以及下文的實施例，鍺基光吸收材料102，從其剖視圖觀之，可被製作成矩形。然而，在一些其他的實施方案中，鍺基光吸收材料102，從其剖視圖觀之，可被製作成倒梯形或其他圖案。

本申請所公開的光偵測裝置可被使用在飛行時間（ToF）的應用上，相較於可見光波長的範圍，其可以操作在比可見波長更長的範圍（例如，NIR或SWIR範圍）。波長可以超過800nm，例如：850nm，940nm，1050nm，1064nm，1310nm，1350nm或1550nm。另一方面，元件/材料實施者可以設計/製造具有一100％鍺或具有一預定百分比（例如，大於80％Ge）的合金（例如，GeSi），可為本質的或摻雜的態樣，以作為光吸收材料來吸收上述波長的光。

雖然在實施例中所繪示的光偵測裝置係從後側吸收光信號IL，但是在一些實施方式中，光偵測裝置可以被設計由前側吸收光信號IL，例如，藉由在兩條控制金屬線106a，106b之間製作一光學窗口WD。

圖1A至圖1F中所繪示的實施例為單一個光偵測器，其可被視為一個單元且應用於像素陣列的每個像素中。以下的說明是基於圖1A至圖1F中公開的單抽頭或雙抽頭結構的選擇性實施例。在以下說明中，係選擇圖1A至圖1F中的一個或兩個實施例作為代表實施例。本領域技術人員可以改變，修改或組合本申請公開的結構，例如：使用單抽頭結構替代雙抽頭結構。

圖1G繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。光偵測裝置100g包括基底104’。光偵測裝置還包括一像素（圖未標），其具有被基底104’支撐的一吸收層102’。像素包括在吸收層102’中的吸收區域AR，並且由光學窗口WD定義。吸收區域AR是接收通過光學窗口WD入射的光信號IL的虛擬區域。像素包括電性耦接到吸收層102’的第一開關（圖未標）和第二開關（圖未標）。第一開關包括控制接觸層106a’和讀出接觸層108a’。第二開關包括控制接觸層106b’和讀出接觸層108b’。在一些實施例中，讀出接觸層108a’，108b’形成在基底104’的第一表面104s上。在一些實施例中，吸收區域AR的寬度w₃ 小於讀出接觸層108a’，108b’之間的距離d₄ 。在一些實施例中，讀出接觸層108a’，108b’設置在吸收區域AR的兩個相對側。在一些實施例中，控制接觸層106a’，106b’之間的距離d₃ 小於吸收層102’的寬度w₃ 。在一些實施例中，吸收層102’的第一表面102s’基本上是齊平於基底104’的第一表面104s。

光偵測裝置100g包括一像素陣列，其具有多個重複像素。在一些實施例中，像素陣列可以是一維或二維陣列的像素。

在一些實施例中，控制接觸層106a’，106b’形成在基底104’的第一表面104s和吸收層102’的第一表面102s’兩者上。換句話說，一部分的控制接觸層106a’，106b’形成在基底104’的第一表面104s上，而另一部分的控制接觸層106a’，106b’形成在吸收層102’的第一表面102s’上。在一些實施例中，控制接觸層106a’，106b’沿垂直方向D1覆蓋基底104’與吸收層102’之間的部分界面。 垂直方向D1基本垂直於吸收層102’的第一表面102s’。

在一些實施例中，未摻雜區105a，105b位於控制接觸層106a’，106b’的正下方，即，吸收層102’和基底104’位於控制接觸層106a’，106b’的正下方的部分可以是本質的或包括摻質，每個部分的摻質分佈都具有低於大約1×10¹⁵ cm^-3 的峰值摻質濃度。術語“本質”是指在控制接觸層106a’，106b’的正下方的吸收層102’ 和基底104’的部分未故意添加摻質。在一些實施例中，取決於各種因素，包括吸收層102’的材料、控制接觸層106a’，106b’的材料、基底104’的材料以及吸收層102’和基底104’的雜質或缺陷程度，吸收層102’和基底104’上的控制接觸層106a’，106b’可導致形成蕭特基接觸（Schottky contact）、歐姆接觸（Ohmic contact）或具有在兩者之間的中間特性的一組合。

像素還包括兩個控制信號cs1，cs2，其控制控制接觸層106a’，106b’，以控制由吸收層102’中的吸收的光子產生的電子或電洞的移動方向。例如，當使用電壓時，如果控制信號cs1相對於控制信號cs2偏置，則在控制接觸層106a’，106b’正下方的兩個部分之間產生一電場，並且取決於電場的方向，自由電荷會朝著讀出接觸層108b’，108a’正下方的兩個部分之一漂移。

在一些實施例中，像素包括兩個電容110a，110b。讀出接觸層108a’電性耦接到電容110a，讀出接觸層108b’電性耦接到電容110b。電容110a，110b用於存儲基於兩個控制信號cs1，cs2的控制在吸收層102’中產生的載子。例如，由於光偵測裝置100g與目標物體（圖未示）之間存在一距離，因此光信號IL相對於由發射器（圖未示）發送的發射光具有一相位延遲。當發射光被調變信號調變並且電子-電洞對被一解調信號通過控制接觸層106a’和106b’解調時，存儲在電容110a，110b中的電子或電洞將根據距離而變化。因此，光偵測裝置100g可以基於電容110a上的電壓v1和電容110b上的電壓v2獲得距離資訊。

在一些實施例中，像素還包括第一讀出電路（圖未示）和第二讀出電路（圖未示），第二讀出電路和第二讀出電路分別電性耦接到第一開關和第二開關，以處理收集的電荷。第一讀出電路可以包括電容110a。第二讀出電路可以包括電容110b。第一讀出電路電性耦接到讀出接觸層108a’。第二讀出電路電性耦接到讀出接觸層108b’。

在一些實施例中，第一開關包括在讀出接觸層108a’下的一第一摻雜區101a’，第二開關包括在讀出接觸層108b’下的一第一摻雜區101b’。

在一些實施例中，第一摻雜區101a’，101b’是第一導電類型。在一些實施例中，第一摻雜區101a’，101b’包括一第一摻質和一摻質分佈。第一摻雜區101a’，101b’的峰值摻質濃度取決於讀出接觸層108a’，108b’的材料和基底104’的材料，例如在5×10¹⁸ cm^-3 至5×10²⁰ cm^-3 之間。第一摻雜區101a’，101b’用於收集從吸收層102’產生的載子，其分別基於控制信號cs1，cs2的控制，由第一讀出電路（圖未示）和第二讀出電路（圖未示）處理。

圖1H繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖1H中的光偵測裝置100h類似於圖1G中的光偵測裝置100g，其中差異描述於下。在一些實施例中，第一開關還包括在控制接觸層106a’下的第二摻雜區103a’。第二開關還包括在控制接觸層106b’下的第二摻雜區103b’。第二摻雜區103a’，103b’形成在吸收層102’和基底104’兩者中。在一些實施例中，各個第二摻雜區103a’，103b’覆蓋基底104’與吸收層102’之間的界面的一部分。所述界面基本垂直於第一表面102s’。在一些實施例中，第二摻雜區103a’，103b’具有不同於第一摻雜區101a’，101b’的第一導電類型的第二導電類型。在一些實施例中，第二摻雜區103a’，103b’包括一第二摻質和一摻質分佈。第二摻雜區103a’，103b’的峰值摻質濃度取決於控制接觸層106b’，106a’ 的材料、吸收層102’的材料以及基底104’的材料，例如在1×10¹⁷ cm^-3 至5×10²⁰ cm^-3 之間。在一些實施例中，在基底104’和吸收層102’之間並被第二摻雜區103a’，103b’覆蓋的的界面處的濃度在1×10¹⁷ cm^-3 至5×10²⁰ cm^-3 之間。第二摻雜區103a’，103b’與控制接觸層106b’，106a’形成蕭特基接觸、歐姆接觸或其組合。第二摻雜區103a’，103b’用於基於控制信號cs1，cs2的控制來解調從吸收層102’產生的載子。藉由形成覆蓋基底104’和吸收層102’之間的界面的第二摻雜區103a’，103b’，光偵測裝置100h可以同時具有令人滿意的暗電流和解調對比度。在一些實施例中，控制接觸層106b’，106a’可以完全形成在吸收層102’之上，或者可以完全形成在基底104’之上。

圖1I繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖1I中的光偵測裝置100i類似於圖1G中的光偵測裝置100g，其中差異描述於下。在一些實施例中，第一開關還包括在吸收層102’和控制接觸層106a’之間的第一介電層133a。第二開關可以另包括在吸收層102’和控制接觸層106b’之間的第二介電層133b。第一介電層133a防止從控制接觸層106a’到吸收層102’和基底104’的直接電流傳導，但允許在吸收層102’內建立一電場，以回應施加於控制接觸層106a’的一電壓。第二介電層133b防止從控制接觸層106b’到吸收層102’和基底104’的直接電流傳導，但允許在吸收層102’內建立一電場，以回應施加於控制接觸層106b’的一電壓。在吸收層102'中建立的電場可以吸引或排斥電荷載子。

圖1J繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖1J中的光偵測裝置100j類似於圖1I中的光偵測裝置100i，其中差異描述於下。在一些實施例中，第一開關還包括在第一介電層133a下的第二摻雜區103a’。第二開關還包括在第二介電層133b下的第二摻雜區103b’。第二摻雜區103a’，103b’與圖1H中描述的第二摻雜區103a’，103b’相似。在一些實施例中，控制接觸層106b’，106a’、第一介電層133a和第二介電層133b可以完全形成在吸收層102’上，或者完全形成在基底104’上。

圖2A繪示了具有基體空乏模式(Body depletion mode)的光偵測裝置剖視圖的一實施例。光偵測裝置200a包含控制金屬線206a，206b和讀出金屬線208a，208b。控制金屬線206a，206b和讀出金屬線208a，208b電性耦接到鍺基光吸收材料202的表面202s。控制金屬線206a，206b分別電性耦接到表面202s上的P型區域203a，203b。讀出金屬線208a，208b分別電性耦接到表面202s上的N型區域201a，201b。在一些實施例中，從表面202s延伸的P型區域203a，203b的深度d₁ 比N型區域201a，201b的深度d₂ 深，且鍺基光吸收材料202為一輕摻雜N型。使用一較深的P型區域203a，203b，可使得P型區域203a，203b和N型鍺基光吸收材料202之間產生一較大的空乏區。因此，當兩個不同的電壓施加到控制金屬線206a，206b時，促使電子往N型區域201a，201b移動，而提高了量子效率(Quantum efficiency)和解調對比度(Demodulation contrast)。另一方面，P型區域203a，203b的寬度w₁ ，N型區域201a，201b的寬度w₂ ，P型區域203a，203b的摻雜濃度及/或N型區域201a，201b的摻雜濃度也是調整空乏區面積的參數。

在一些實施例中，為了使N型鍺基光吸收材料202的主體完全空乏，可針對N型區域201a，201b，及／或P型區域203a，203b進行設計，亦即就深度、寬度或是摻雜濃度設計。再者，對鍺基光吸收材料202之厚度也需進行相應設計。

圖2B顯示依據一些實施例之具有基體空乏模式的光偵測裝置的剖視圖。此光偵測裝置200b可經設計具有較淺的P型區域203a，203b。換言之，從表面202s延伸的P型區域203a，203b的深度d₁ 比N型區域201a，201b的深度d₂ 淺。使用較淺的P型區域203a，203b可降低P型區域203a及P型區域203b之間的漏電流。

圖2C顯示依據一些實施例之具有基體空乏模式的光偵測裝置的剖視圖。此光偵測裝置200c類似光偵測裝置200a、200b。光偵測裝置200b對半導體基底204施加一偏壓vb1。此偏壓vb1經過施加後可建立在N型鍺基光吸收材料202及P型區域203a，203b之間接面的反向偏壓。使得P型區域203a，203b之下的空乏區可以增大或是甚至完全空乏。由於在P型區域203a，203b之下建立較大的空乏區，當兩個不同的電壓施加到控制金屬線206a，206b時，促使電子往N型區域201a，201b移動，而提高了量子效率和解調對比度。

圖2D顯示依據一些實施例之具有基體空乏模式的光偵測裝置200d的剖視圖。類似於光偵測裝置200a、200b的結構，本實施例在鍺基光吸收材料202上施加一偏壓vb2，以控制在鍺基光吸收材料202內部的空乏區。更明確而言，此偏壓vb2是施加到P型區域203a，203b及N型鍺基光吸收材料202的反向偏壓，使得圍繞P型區域203a，203b的空乏區可以增大或是甚至完全空乏。

為了在N型鍺基光吸收材料202內部製造更大的空乏區，本發明揭露圖2E所示之實施例。光偵測裝置200e包含在表面202ss上的N型區域207a，207b。此表面202ss相對於表面202s。利用此N型區域207a，207b可產生PN接面，其中在P型區域203a及N型區域207a之間產生一空乏區，而在P型區域203b及N型區域207b之間產生一空乏區。當兩種不同電壓施加在控制金屬線206a，206b上時，在吸收區可產生電場。藉由控制此控制信號cs1，cs2，可控制此空乏區／電場，進而控制電子移動方向為移向N型區域201a或是N型區域201b。

圖2F顯示依據一些實施例之具有基體空乏模式的光偵測裝置的剖視圖。此光偵測裝置200f包含形成在P型區域203a，203b之下的較寬N型區域207。同樣的，此N型區域207可增進環繞P型區域203a，203b的空乏區產生，進而提高量子效率和解調對比度。須知此N型區域207的寬度可經設計變化，且圖2F所示之N型區域207寬度僅為參考。

圖2G及圖2H顯示可選擇的實施例，說明對於N型區域207的偏壓方式。圖2G利用矽穿孔(Through-silicon-via (TSV))204v以對N型區域207施加偏壓；圖2H利用由表面202s延伸的鍺穿孔(Through- germanium -via )202v以對N型區域207施加偏壓。

圖2A-2H顯示使用及圖2H顯示使用基體空乏模式的各種實施例，包含設計P型區域203a，203b的深度、在半導體基底204或是鍺基光吸收材料202上施加偏壓vb1，vb2、在鍺基光吸收材料202內添加N型區域207、207a、207b等方式。上述方式在P型區域203a，203b之下或是周遭建立空乏區以控制由吸收光子產生的電子移動方向，亦即移向N型區域201a或是N型區域201b。

圖3A-3B顯示依據一些實施例之具有閘控基體空乏模式的光偵測裝置的剖視圖，這些實施例係依據對於圖2A-2H更加變化的實施例，且在圖3A-3B揭露介電質閘控基體空乏模式（Dielectric-gated body depletion modes）。光偵測裝置300a包含控制金屬線306a，306b和讀出金屬線308a，308b。控制金屬線306a，306b和讀出金屬線308a，308b電性耦接到鍺基光吸收材料302之表面302s。控制金屬線306a，306b分別電性耦接到表面302s上的P型區域303a，303b。讀出金屬線308a，308b分別電性耦接到表面302s上的N型區域301a，301b。此鍺基光吸收材料302為輕摻雜N型。光偵測裝置300a更包含在表面302ss上的一N型區域307、在鍺基光吸收材料302及半導體基底304之間的一介電層312、及一矽穿孔314。依據一些實施例，此介電層312係設置於一金屬（矽穿孔314）及半導體（鍺基光吸收材料302）之間，以形成類似MOS之結構。由於介電層312形成於N型區域307及矽穿孔314之間，可降低或是防止流入N型區域307的電子經由矽穿孔314洩漏。

在一些選擇實施例中，介電層312可以不必為跨過整個基底304的連續層，而可經由圖案化而形成在N型區域307下的不同區域。此介電層312可為薄層或是具有預定厚度，可包含多種（多層）材料、合金或是化合物。例如二氧化矽、氮化矽，高K介電材料或其組合。

圖3B顯示依據一些實施例之具有閘控基體空乏模式的光偵測裝置的剖視圖。此實施例不具有在表面302ss上的N型區域307，但是經由基體偏壓vb2，vb3以產生空乏區309a，309b。基體偏壓vb2及基體偏壓vb3可以連同或是各自施加以控制空乏區309a，309b的尺寸。各自施加的基體偏壓vb2及基體偏壓vb3可有相同或是不同電壓。

在圖3A或是圖3B中，這些實施例都在鍺基光吸收材料302及基底304之間插入一介電層312，且依據控制信號cs1，cs2及基體偏壓vb2，vb3以在P型區域303a，303b之下產生空乏區(圖3B之309a，309b)；藉此在鍺基光吸收材料302中控制電子移動方向。由於插入此介電層312，可降低或是防止流入N型區域307（圖3A）的電子經由矽穿孔314洩漏；或是降低或是防止流入空乏區309a，309b (圖3B)的電子經由矽穿孔314洩漏。

圖4A顯示依據一些實施例之具有低漏電流及低暗電流的光偵測裝置的剖視圖。此光偵測裝置400a包含控制金屬線406a，406b和讀出金屬線408a，408b。控制金屬線406a，406b和讀出金屬線408a，408b電性耦接到鍺基光吸收材料402之表面402s。控制金屬線406a，406b分別電性耦接到表面402s上的P型區域403a，403b。讀出金屬線408a，408b分別電性耦接到表面402s上的N型區域401a，401b。圖4A顯示的光偵測裝置與前述實施例有類似的操作。圖4A的實施例更添加完全圍繞P型區域403a，403b的N井411a，411b。這樣的設置可達成降低P型區域403a，403b之間的漏電流的效果。在另一選擇實施例中，如圖4B所示，N井411a，411b可以部份圍繞P型區域403a，403b。同樣的，這樣的設置也可達成降低P型區域403a，403b之間的漏電流的效果。

除了圖4A，4B所示之實施例外，也可以添加P井。圖4C所示實施例添加完全圍繞N型區域401a，401b的P井451a，451b。這樣的設置可達成降低N型區域401a，401b的暗電流的效果。在另一選擇實施例中，如圖4D所示，P井451a，451b可以部份圍繞N型區域401a，401b。同樣的，這樣的設置也可達成降低N型區域401a，401b的暗電流的效果。

圖4A-4D之實施例分別應用N井及P井以分別降低漏電流及暗電流。依據設計需求，本領域技術人員可以變更或是修正N井411a，411b及/或P井451a，451b的圖案。例如，N井411a可以非對稱方式完全圍繞P型區域403a（例如，N井411a的左邊寬度係大於N井411a的右邊寬度）。同樣的，N井411b以非對稱方式完全圍繞P型區域403b（例如，N井411b右邊寬度係大於N井411b的左邊寬度）。P井451a，451b也可採用類似的修正。

圖4E繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。光偵測裝置400e包括一基底404’。光偵測裝置400e還包括一像素（圖未標），該像素包括由基底404’支撐的吸收層402’。像素包括電性耦接到吸收層402’的第一開關（圖未標）和第二開關（圖未標）。第一開關包括控制接觸層406a’和讀出接觸層408a’。第二開關包括控制接觸層406b’和讀出接觸層408b’。控制接觸層406a’，406b’和讀出接觸層408a’，408b’沿著垂直方向D1在吸收層402’的第一表面402s’上。第一開關包括在讀出接觸層408a’下的一第一摻雜區401a’。第二開關包括在讀出接觸層408b’下的一第一摻雜區401b’。光偵測裝置400e包括多個重複像素。光偵測裝置400e包括具有多個重複像素的像素陣列。在一些實施例中，像素陣列可以是一維或二維陣列的像素。

在一些實施例中，像素還包括第一讀出電路（圖未示）和第二讀出電路（圖未示），第一讀出電路和第二讀出電路分別電性耦接到第一開關和第二開關，以處理收集的電荷。第一讀出電路電性耦接到讀出接觸層408a’。第二讀出電路電性耦接到讀出接觸層408b’。

在一些實施例中，第一摻雜區401a’，401b’是第一導電類型。在一些實施例中，第一摻雜區401a’，401b’包括一第一摻質和一摻質分佈。第一摻雜區401a’，401b’的峰值摻質濃度取決於讀出接觸層408a’，408b’的材料和吸收層402’的材料，例如在5×10¹⁸ cm^-3 至5 ×10²⁰ cm^-3 之間。第一摻雜區401a'，401b'用於收集從吸收層402’產生的載子，其分別基於兩個控制信號cs1，cs2的控制而分別由第一讀出電路（圖未示）和第二讀出電路（圖未示）處理。

在一些實施例中，第一開關還包括在控制接觸層406a’下的一第二摻雜區403a’。第二開關還包括在控制接觸層406b’下的一第二摻雜區403b’。第二摻雜區403a’，403b’也形成在吸收層402’中。在一些實施例中，第二摻雜區403a’，403b’具有與第一摻雜區401b’，401a’的第一導電類型不同的第二導電類型。在一些實施例中，第二摻雜區403a’，403b’包括一第二摻質和一摻質分佈。第二摻雜區403a’，403b’的峰值摻質濃度取決於控制接觸層406b’，406a’的材料和吸收層402’的材料，例如在1×10¹⁷ cm^-3 至5×10²⁰ cm^-3 之間。第二摻雜區403a’，403b’與控制接觸層406b’，406a’形成蕭特基接觸、歐姆接觸或其組合。第二摻雜區403a’，403b’用於基於控制信號cs1，cs2的控制來調變從吸收層402’產生的載子。

在一些實施例中，像素還包括兩個反摻雜區411a’，411b’。反摻雜區411a’與第二摻雜區403a’的至少一部分重疊。反摻雜區411b’與第二摻雜區403b’的至少一部分重疊。在一些實施例中，反摻雜區411a’，411b’形成在吸收層402’中。各個反摻雜區411a’，411b’具有與第二摻雜區403a’，403b’的第二導電類型不同的導電類型。在一些實施例中，光偵測裝置400e被配置為處理所收集的電洞以用於進一步的應用。在這樣的實施例中，第一摻雜區401b’，401a’是p型，第二摻雜區403a’，403b’是n型，並且反摻雜區411b’，411a’是p型。在一些實施例中，反摻雜區411b'與第二摻雜區403b'的較接近第一摻雜區401b’的至少一部分重疊。在一些實施例中，反摻雜區411b’的至少一部分在第一摻雜區401b’與第二摻雜區403b’之間。在一些實施例中，反摻雜區411a’與第二摻雜區403a’的較接近第一摻雜區401a’的至少一部分重疊。在一些實施例中，反摻雜區411a’的至少一部分在第一摻雜區401a’和第二摻雜區403a’之間。

在一些實施例中，反摻雜區411a’，411b’作為暗電流減少區域，用於降低光偵測裝置400e的暗電流。與沒有反摻雜區411a’，411b’的光偵測裝置相比，具有與第二摻雜區403a’，403b’的至少一部分重疊的反摻雜區411a’，411b’的光偵測裝置400e有較薄的空乏區，因此光偵測裝置400e具有較低的暗電流。

在一些實施例中，各個反摻雜區411a’，411b'包括摻質，並且各個反摻雜區411a’，411b’包括具有一峰值摻質濃度的摻質分佈。該峰值摻質濃度不小於1×10¹⁶ cm^-3 。在一些實施例中，反摻雜區411a’，411b’的峰值摻質濃度低於第二摻雜區403b’，403a’的峰值摻質濃度。在一些實施例中，各個反摻雜區411a’，411b’的峰值摻質濃度在1x10¹⁶ cm^-3 和1x10¹⁸ cm^-3 之間。

圖4F繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖4F中的光偵測裝置400f類似於圖4E中的光偵測裝置，其中差異描述於下。在一些實施例中，光偵測裝置400f還包括圍繞至少一部分的吸收層402’的阻擋層419，其中，阻擋層419的導電類型不同於各個第一摻雜區401b’，401a’的第一導電類型。阻擋層419可以阻擋吸收層402’中的光生電荷到達基底404’，這增加了光偵測裝置400f的光生載子的收集效率。阻擋層419還可以阻擋基底404’中的光生電荷到達吸收層402’，這增加了光偵測裝置400f的光生載子的速度。阻擋層419可以包括與吸收層402’的材料相同的材料、與基底404’的材料相同的材料、吸收層402’的材料和基底404’的材料的組合的一材料，或者不同於吸收層402’的材料和基底404’的材料。在一些實施例中，阻擋層419的形狀可以是但不限於環形。在一些實施例中，阻擋層419包括摻質，並且具有峰值摻質濃度範圍為10¹⁵ cm^-3 至10²⁰ cm^-3 的摻質分佈。阻擋層419可以減少兩個相鄰像素之間的串擾 （cross talk）。

在一些實施例中，阻擋層419延伸以到達基底404’的第一表面404s。在一些實施例中，光偵測裝置400f可以進一步包括電連接到阻擋層419的導電層409。可以通過導電層409以偏壓電壓ca2將阻擋層419偏壓，以釋放未被第一摻雜區401a’，401b’收集的載子。

在一些實施例中，光偵測裝置400f被配置為處理所收集的電洞以用於進一步的應用。在這樣的實施例中，第一摻雜區401b’，401a’是p型，第二摻雜區403a’，403b’是n型，反摻雜區411b’，411a是p型，阻擋層419是n型。

圖4G繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖4G中的光偵測裝置400g類似於圖4E中的光偵測裝置400e，其中差異描述於下。第一摻雜區401b’，401a’形成於基底404’中。 讀出接觸層408a’，408b’形成在基底404’的第一表面404s上。控制接觸層406a’，406b’之間的距離d₃ 小於吸收層402’的寬度w₃ 。在一些實施例中，讀出接觸層408a’，408b’之間的距離d₄ 大於吸收層402’的寬度w₃ 。在一些實施例中，由於基底404'的暗電流低於吸收層402’的暗電流，因此通過在基底404’中設置第一摻雜區401b’，401a'可以進一步減小光偵測裝置400g的暗電流。

圖4H繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖4H中的光偵測裝置400h類似於圖4G中的光偵測裝置400g，其中差異描述於下。第二摻雜區403b’，403a’形成在基底404’中。控制接觸層406a’，406b’形成在基底404’的第一表面404s上。在一些實施例中，反摻雜區411a’，411b'形成在基底404'中。控制接觸層406a’，406b’之間的距離d₃ 大於吸收層402’的寬度w₃ 。在一些實施例中，由於基底404’的暗電流低於吸收層402’的暗電流，因此通過在基底404’中設置第一摻雜區401b’，401a’、第二摻雜區403b’，403a’和反摻雜區411a’，411b’，可以進一步降低光偵測裝置400h的暗電流。

圖5A顯示依據一些實施例之具有鈍化層(Passivation layer)的光偵測裝置的剖視圖。此光偵測裝置500a包含控制金屬線506a，506b和讀出金屬線508a，508b。控制金屬線506a，506b和讀出金屬線508a，508b電性耦接到由基底504支撐的鍺基光吸收材料502之表面502s。控制金屬線506a，506b分別電性耦接到表面502s上的P型區域503a，503b。讀出金屬線508a，508b分別電性耦接到表面502s上的N型區域501a，501b。圖5A顯示的光偵測裝置與前述實施例有類似的操作。圖5A的實施例更添加在表面502s上之一鈍化層514(例如非晶矽(a-Si)、鍺氧化物、氧化鋁、二氧化矽)、在讀出金屬線508a及N型區域501a的連接之間添加一金屬矽化物（例如二矽化鎳、二矽化鈷）513a、在控制金屬線506a及P型區域503a的連接之間添加一金屬矽化物515a、在控制金屬線506b及P型區域503b的連接之間添加一金屬矽化物515b。

依據此實施例，在鍺基光吸收材料502上形成鈍化層514可終結表面502s上的懸鍵（Dangling bond）及降低暗電流。另一方面，加入金屬矽化物（例如二矽化鎳、二化矽鈷）可降低金屬及半導體之間的接觸電阻及接面電阻，這可以降低電壓降及降低相應的能耗。

在一些實施例中，鈍化層514是本質的。術語“本質”是指鈍化層514未故意添加摻質。在一些實施例中，用於製造光偵測裝置500a的方法包括形成N型區域501a，501b；形成P型區域503a，503b；在鍺基吸光材料502的表面502s上形成鈍化層514；以及在鈍化層514中形成矽化物515a、515b、513a、513b；其中，在鍺基光吸收材料502的表面502s上形成鈍化層514的步驟是在形成N型區域501a，501b以及形成P型區域503a，503b的步驟之後進行。

圖5B繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。光偵測裝置500b包括基底504’。光偵測裝置還包括像素（圖未示），像素包括由基底504’支撐的吸收層502’。像素在吸收層502’中包括一吸收區域AR。吸收區域AR是接收入射光信號的虛擬區域。像素包括電性耦接到吸收層502'的第一開關（圖未標）和第二開關（圖未標）。第一開關包括控制接觸層506a’和讀出接觸層508a’。第二開關包括控制接觸層506b’和讀出接觸層508b’。在一些實施例中，讀出接觸層508a’，508b’以及控制接觸層506a’，506b’係在吸收層502’的第一表面502s’上。在一些實施例中，吸收區域AR的寬度小於讀出接觸層508a’，508b’之間的距離。在一些實施例中，讀出接觸層508a’，508b’設置在吸收區域AR的兩個相對側。在一些實施例中，吸收區域AR的寬度小於控制接觸層506a’，506b’之間的距離。在一些實施例中，控制接觸層506a’，506b’設置在吸收區域AR的兩個相對側。在一些實施例中，光偵測裝置500b包括多個重複的像素。光偵測裝置500b包括具有多個重複像素的像素陣列。在一些實施例中，像素陣列可以是一維或二維陣列的像素。

所述像素還包括兩個控制信號cs1，cs2，其控制控制接觸層506a’，506b’，以控制由吸收層502’中的吸收的光子產生的電子或電洞的移動方向。例如，當使用電壓時，如果控制信號cs1相對於控制信號cs2偏置，則會在控制接觸層506a’，506b’正下方的兩個部分之間產生電場，並且根據電場的方向，自由電荷會向讀出接觸層508b’，508a’正下方的兩個部分的其中之一漂移。

在一些實施例中，像素包括兩個電容（圖未示）。讀出接觸層508a’電性耦接到一個電容，而讀出接觸層508b’電性耦接到另一個電容。基於兩個控制信號cs1，cs2的控制，電容用於存儲在吸收層502’中產生的載子。例如，由於光偵測裝置500b與目標物體（圖未示）之間存在距離，因此光信號相對於由發射器（圖未示）發送的發射光具有相位延遲。當發射光被調變信號調變，並且電子-電洞對被解調信號通過控制接觸層506a’，506b’解調時，存儲在電容中的電子或電洞將根據距離而變化。因此，光偵測裝置500b可以基於一個電容上的電壓v1和另一個電容上的電壓v2獲得距離資訊。

在一些實施例中，像素還包括第一讀出電路（圖未示）和第二讀出電路（圖未示），第一讀出電路和第二讀出電路分別電性耦接到第一開關和第二開關，以處理收集的電荷。第一讀出電路可以包括前述電容之一。第二讀出電路可以包括另一個電容。第一讀出電路電性耦接到讀出接觸層508a’。第二讀出電路電性耦接到讀出接觸層508b’。

在一些實施例中，第一開關包括在讀出接觸層508a’下的第一摻雜區501a’。第二開關包括在讀出接觸層508b’之下的第一摻雜區501b’。在一些實施例中，第一摻雜區501a’，501b’是第一導電類型。在一些實施例中，各個第一摻雜區501a’，501b’包括一第一摻質和一摻質分佈。第一摻雜區501a’，501b’的峰值摻質濃度取決於讀出接觸層508a’，508b’的材料和吸收層502’的材料，例如在5×10¹⁸ cm^-3 至5 x 10²⁰ cm^-3 之間。第一摻雜區501a’，501b’用於收集從吸收層502’產生的載子，這些載子分別基於兩個控制信號cs1，cs2的控制而分別由第一讀出電路（圖未示）和第二讀出電路（圖未示）處理。

在一些實施例中，第一開關還包括在控制接觸層506a’下的第二摻雜區503a’。第二開關還包括在控制接觸層506b’之下的第二摻雜區503b’。第二摻雜區503a’，503b’形成在吸收層502’中。在一些實施例中，第二摻雜區503a’，503b’分別具有與第一摻雜區501b’，501a’的第一導電類型不同的第二導電類型。在一些實施例中，各個第二摻雜區503a’，503b’包括一第二摻質和一摻質分佈。第二摻雜區503a’，503b’的峰值摻質濃度取決於控制接觸層506b’，506a’的材料和吸收層502'的材料，例如在1×10¹⁷ cm^-3 至5×10²⁰ cm^-3 之間。第二摻雜區503a’，503b’與控制接觸層506b’，506a’形成蕭特基接觸、歐姆接觸或其組合。基於控制信號cs1，cs2的控制，第二摻雜區503a’，503b’用於解調從吸收層502’產生並流過來的載子。

在一些實施例中，像素進一步在吸收層502’的第一表面502s’上包括一鈍化層514。在一些實施例中，鈍化層514進一步覆蓋基底504’的第一表面504s的一部分。在一些實施例中，吸收層502’從基底504’的第一表面504s突出，並且鈍化層514進一步覆蓋從基底504’暴露的吸收層502’的側壁。鈍化層514可以包括非晶矽、多晶矽、磊晶矽、氧化鋁（例如Al_x O_y ），氧化矽（例如Si_x O_y ）、Ge氧化物（例如Ge_x O_y ）、鍺矽（例如GeSi）、氮化矽族（例如，Si_x N_y ）、高k材料（例如，HfO_x 、ZnO_x 、LaO_x 、LaSiO_x ）或其任意組合。鈍化層514的存在可以具有各種效果。例如，鈍化層514可以用作吸收層502’的表面鈍化層，這可以減少由於在吸收層502’的暴露表面上發生的缺陷而產生的暗電流或漏電流。在一些實施例中，鈍化層514的厚度不大於100nm。在一些實施例中，第一摻雜區501a’，501b’的一部分可以分別形成在位於吸收層502'與讀出接觸層508a’，508b’之間的鈍化層514的部分中。也就是說，第一摻雜區501a’，501b’的第一摻質可以分別在吸收層502’與讀出接觸層508a’，508b’之間的鈍化層514的部分中。在一些實施例中，第二摻雜區503a’，503b’的一部分可以分別形成在位於吸收層502’與控制接觸層506a’，506b’之間的鈍化層514的部分中。也就是說，第二摻雜區503a’，503b’的第二摻質可以分別在在吸收層502'與控制接觸層506a’，506b’之間的鈍化層514的部分中。

在一些實施例中，像素進一步包括第一矽化物區513a’，513b’在第一摻雜區501a’，501b’與讀出接觸層508a’，508b’之間。在一些實施例中，像素進一步包括第二矽化物區515a’，515b’在第二摻雜區503a’，503b’與控制接觸層506a’，506b’之間。第一矽化物區513a’，513b’和第二矽化物區515a’，515b’包括MxSiy，其中M是金屬，x和y分別是金屬和矽原子數目。在一些實施例中，M包括但不限於鎳（Ni）、鈷（Co）、鈦（Ti）、鎢（W）、鉻（Cr）、鉭（Ta）、鉑（Pt）或其組合。第一矽化物區513a’，513b’可以降低讀出接觸層508a’，508b’與吸收層502’之間的接觸或接面電阻。第二矽化物區515a’，515b’可以降低控制接觸層506a’，506b’與吸收層502’之間的接觸或接面電阻。結果是，可以降低光偵測裝置500b的電壓降和功耗。

在一些實施例中，一種用於製造光偵測裝置500b的方法包括以下步驟：在吸收層502’的第一表面502s’上形成鈍化層514；在吸收層502’和鈍化層514中形成第一摻雜區501a’，501b’；在吸收層502’和鈍化層514中形成第二摻雜區503a’，503b’；在鈍化層514中形成第一矽化物區513a’，513b’和第二矽化物區515a’，515b’。在一些實施例中，在吸收層502’的第一表面502s’上方形成鈍化層514的步驟係在形成第一摻雜區501a’，501b’的步驟以及形成第二摻雜區503a’，503b’的步驟之前進行。

圖5C繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖5C中的光偵測裝置500c類似於圖5B中的光偵測裝置，其中差異描述於下。在一些實施例中，鈍化層514包括具有不同特性的至少兩個區域。例如，如圖5C所示，鈍化層514包括彼此分離的四個第一區域514a1、514a2、514a3、514a4。第一區域514a1在第一摻雜區501b’和讀出接觸層508b’之間。在一些實施例中，第一區域514a1在第一摻雜區501b’和第一矽化物區513b’之間。第一區域514a2在第二摻雜區503b’和控制接觸層506b’之間。在一些實施例中，第一區域514a2在第二摻雜區503b’和第二矽化物區515b’之間。第一區域514a3在第一摻雜區501a’和讀出接觸層508a’之間。在一些實施例中，第一區域514a3在第一摻雜區501a’和第一矽化物區513a’之間。第一區域514a4在第二摻雜區503a’和控制接觸層506a’之間。在一些實施例中，第一區域514a4在第二摻雜區503a’和第二矽化物區515a’之間。鈍化層514還包括在兩個第一區域514a2、514a4之間並且將其隔開的第二區域514b。

各個第一區域514a1、514a2、514a3、514a4包括一特性。第二區域514b包括與第一區域514a1、514a2、514a3、514a4的特性不同的特性。在一些實施例中，所述特性包括材料或電阻。例如，第二區域514b具有比第一區域514a1、514a2、514a3、514a4的電阻高的電阻。在一些實施例中，第二區域514b包括一絕緣材料。例如，絕緣材料包括絕緣氧化物材料或絕緣氮化物材料。絕緣氧化物材料包括但不限於氧化鋁（例如Al_x O_y ）、氧化矽（例如Si_x O_y ）、氧化鍺（例如Ge_x O_y ）、氧化鉿（HfO_x ）、氧化鋅（ZnO_x ）、氧化鑭（LaO_x ）、氧化矽鑭（LaSiO_x ）或其任何組合。絕緣氮化物材料包括但不限於氮化矽族（例如，Si_x N_y ）、氮化鍺族（例如，Ge_x N_y ）。在一些實施例中，第一區域514al、514a2、514a3、514a4包括一半導體材料包括但不限於非晶矽、多晶矽、磊晶矽、鍺矽（例如，GeSi）或其任何組合。第二區域514b可以阻擋第二摻雜區503a’，503b’之間透過鈍化層514的電傳導，並且阻擋第二摻雜區503a’，503b’之間沿著鈍化層514與吸收層502’之間的界面的電傳導。結果是，可以降低第二摻雜區503a’，503b’之間的漏電流。在一些實施例中，從光偵測裝置500c的剖視圖來看，鈍化層514還包括兩個第三區域514c。第三區域514c覆蓋吸收層502’的第一表面502s’的外圍部分。在一些實施例中，各個第三區域514c中包括與第一區域514a1、514a2、514a3、514a4的特性不同的特性。例如，第三區域514c具有比第一區域514a1、514a2、514a3、514a4更高的電阻。在一些實施例中，第三區域514c包括一絕緣材料。在一些實施例中，第三區域514c和第二區域514b可以是圍繞第一區域514a1、514a2、514a3、514a4的連續區域。在一些實施例中，第三區域514c是獨立區域，並且也與第二區域514b分離。在一些實施例中，第三區域514c的材料和第二區域514b的材料可以相同。第三區域514c可以進一步阻擋第一摻雜區501a’，501b’之間透過鈍化層514的外圍部分的電傳導，並且還阻擋第一摻雜區501a’，501b’之間沿著鈍化層514和吸收層502’之間的外圍部分的界面的電傳導。在一些實施例中，從光偵測裝置500c的剖視圖來看，鈍化層514還包括兩個第四區域514e。第四區域514e在第一區域514a1、514a2、514a3、514a4中的兩個之間。在一些實施例中，各個第四區域514e包括與第一區域514a1、514a2、514a3、514a4的特性不同的特性。例如，第四區域514e具有比第一區域514a1、514a2、514a3、514a4的電阻高的電阻。在一些實施例中，第四區域514e包括一絕緣材料。在一些實施例中，第四區域514e、第三區域514c和第二區域514b可以是圍繞第一區域514a1、514a2、514a3、514a4的連續區域。在一些實施例中，第四區域514e是獨立區域，並且也與第二區域514b和第三區域514c分離。在一些實施例中，第四區域514e的材料、第三區域514c的材料和第二區域514b的材料可以相同。第四區域514e可以進一步阻擋在第一摻雜區501a’，501b’之間透過第一區域514a1、514a2、514a3、514a4之間的鈍化層514的部分的電傳導。結果是，漏電流被進一步降低。在一些實施例中，第一區域514a1、514a2、514a3、514a4是導電區域。第二區域514b，第三區域514c和第四區域514e是絕緣區域。

在一些實施例中，各個第二摻雜區503a’，503b’包括一深度d₁ 。各個第一摻雜區501a’，501b’包括一深度d₂ 。各個第二摻雜區503a’，503b’的深度d₁ 大於各個第一摻雜區501a’，501b’的深度d₂ 。在一些實施例中，深度d₁ 與深度d₂ 之比不小於1.5。在一些實施例中，深度d₁ 是從吸收層502’的第一表面502s’測量到第二摻質具有背景濃度（例如1×10¹⁵ cm^-3 ）的位置。在一些實施例中，深度d₂ 是從吸收層502'的第一表面502s’ 測量到第一摻質具有背景濃度（例如1×10¹⁵ cm^-3 ）的位置。由於各個第二摻雜區503a’，503b’的深度d₁ 大於每個第一摻雜區501a’，501b’的深度d₂ ，所以可以保持調變帶寬。

圖5D繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖5D中的光偵測裝置500d類似於圖5B中的光偵測裝置，其中差異描述於下。光偵測裝置500d可以沒有第二摻雜區503a’，503b’。也就是說，在控制接觸層506a’，506b’正下方的吸收層502’的區域可以是本質的或包括摻質，並且具有峰值摻質濃度低於大約1×10¹⁵ cm^-3 的摻質分佈。術語“本質”是指半導體材料的區域，例如在控制接觸層506a’，506b’正下方的吸收層502’和/或鈍化層514，未故意添加摻質。在一些實施例中，取決於各種因素，包括吸收層502’的材料、控制接觸層506a’，506b’的材料、鈍化層514的材料、第二矽化物區515a’，515b’的材料以及吸收層502’中的雜質或缺陷程度，吸收層502’上的控制接觸層506a’，506b’可導致形成蕭特基接觸、歐姆接觸或具有在兩者之間的中間特性的一組合。

圖5E繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖5E中的光偵測裝置500e類似於圖5C中的光偵測裝置500c，其中差異描述於下。光偵測裝置500e可以沒有第二摻雜區503a’，503b’，類似於圖5D中的描述。

圖5F繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖5F中的光偵測裝置500f類似於圖5B中的光偵測裝置500b，其中差異描述於下。鈍化層514包括彼此分離的兩個中間區域514d1、514d2。中間區域514d1在第二摻雜區503a’和控制接觸層506a’之間。在一些實施例中，鈍化層514包括半導體材料。在一些實施例中，中間區域514d1在第二摻雜區503a’和第二矽化物區515a’之間。中間區域514d2在第二摻雜區503b’和控制接觸層506b’之間。在一些實施例中，中間區域514d2在第二摻雜區503b’和第二矽化物區515b’之間。在一些實施例中，中間區域514d1、514d2可以是本質的。在一些實施例中，中間區域514d1、514d2具有與第二摻雜區503a’，503b’的第二導電類型相同或不同的導電類型。在一些實施例中，各個中間區域514d1、514d2包括一摻質以及一摻質分佈。中間區域514d1、514d2的峰值摻質濃度小於第二摻雜區503a’，503b’的峰值摻質濃度。在一些實施例中，中間區域514d1、514d2的峰值摻質濃度在5×10¹⁶ cm^-3 至5×10¹⁷ cm^-3 之間。由於中間區域514d1、514d2的峰值摻質濃度小於第二摻雜區503a’，503b’的峰值摻質濃度，所以中間區域514d1、514d2可以阻擋第二摻雜區503a’，503b之間透過鈍化層514的電傳導，並且阻擋第二摻雜區503a’，503b’之間的沿著鈍化層514和吸收層502’之間的界面的電傳導。

在一些實施例中，一種用於製造光偵測裝置500f的方法包括以下步驟：形成第一摻雜區501a’，501b’；在吸收層502’中形成第二摻雜區503a’，503b’；在吸收層502’的第一表面502s’上形成鈍化層514。

在一些實施例中，在吸收層502’的第一表面502s’上方形成鈍化層514的步驟包括在吸收層502’的第一表面502s’上方形成一半導體層；然後通過任何合適的方法在半導體層中形成中間區域514d1，514d2，例如分別在第二摻雜區503a’，503b’上的部分半導體層中摻雜摻質。

在一些實施例中，用於製造光偵測裝置500f的方法還包括在鈍化層514中形成第一矽化物區513a’，513b’和第二矽化物區515a’，515b’。

在一些實施例中，形成第一摻雜區501a’，501b’的步驟包括在吸收層502’的第一表面502s’上形成鈍化層514的步驟之前，在吸收層502’中摻雜第一摻質。在一些實施例中，形成第一摻雜區501a’，501b’的步驟還包括在吸收層502’的第一表面502s’上形成鈍化層514的步驟之後，在鈍化層514中摻雜第一摻質。

圖5G繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖5G中的光偵測裝置500g類似於圖5C中的光偵測裝置500c，其中差異描述於下。 鈍化層514包括兩個中間區域514d1、514d2，類似於圖5F中所述的中間區域514d1、514d2。通過第二區域514b與中間區域514d1、514d2的組合，可以進一步降低第二摻雜區503a’503b’之間的漏電流。

圖5H繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖5H中的光偵測裝置500h類似於圖5G中的光偵測裝置500g，其中差異描述於下。光偵測裝置500h還包括圍繞吸收層502’的至少一部分的阻擋層519。在一些實施例中，阻擋層519的導電類型與吸收層502’的導電類型相同。阻擋層519可以阻擋吸收層502’中的光生電荷到達基底504’，這增加了光偵測裝置500h的光生載子的收集效率。阻擋層519還可以阻擋基底504’中的光生電荷到達吸收層502’，這增加了光偵測裝置500h的光生載子的速度。阻擋層519可以包括與吸收層502’的材料相同的材料、與基底504’的材料相同的材料、吸收層502’和基底504’的材料的組合，或者不同於吸收層502’和基底504’的材料。在一些實施例中，阻擋層519的形狀可以是但不限於環形。在一些實施例中，阻擋層519可以到達基底504’的第一表面504s。在一些實施例中，阻擋層519包括摻質並且具有峰值摻質濃度在1×10¹⁵ cm^-3 至1×10²⁰ cm^-3 範圍內的摻質分佈。阻擋層519可以減少兩個相鄰像素之間的串擾。

在一些實施例中，光偵測裝置500h還包括電連接到阻擋層519的導電層（圖未示）。可以通過導電層以偏壓電壓將阻擋層519偏壓以釋放未被第一摻雜區501a’，501b’收集的載子。

圖6A顯示依據一些實施例之可增進電荷轉移速度的光偵測裝置的剖視圖。此光偵測裝置600a包含控制金屬線606a，606b和讀出金屬線608a，608b。控制金屬線606a，606b和讀出金屬線608a，608b電性耦接到鍺基光吸收材料602之表面602s。控制金屬線606a，606b分別電性耦接到表面602s上的P型區域603a，603b。讀出金屬線608a，608b分別電性耦接到表面602s上的N型區域601a，601b。圖6A顯示的實施例分別在表面602s上添加一N型區域617及在表面602ss上添加一P型區域619。此N型區域617及P型區域619大體位在鍺基光吸收材料602中央，光信號IL可沿此位置通過。由於N型區域617及P型區域619集體形成一PN接面，在N型區域617及P型區域619之間有內建垂直電場，此電場有利於分開吸收光子產生的電子－電洞對；其中電子會移向N型區域617，而電洞會移向P型區域619。N型區域617經過操作可收集電子，而P型區域619經過操作可收集電洞。根據控制信號cs1，cs2，儲存在N型區域617的電子可移到N型區域601a或是N型區域601b。依據光偵測裝置600a的操作，金屬線610可為浮接，或是由一偏壓電壓ca1偏壓。依據一實施方式，N型區域601a，601b之摻雜濃度大於N型區域617之摻雜濃度。

圖6B顯示依據一些實施例之可增進電荷轉移速度的光偵測裝置的剖視圖。此光偵測裝置600b類似於光偵測裝置600a。差異為此實施例中，P型區域619可經由一矽穿孔604v偏壓，其中由P型區域619收集的電洞可經由矽穿孔604v放電，此矽穿孔604v由一偏壓電壓ca2所偏壓。

圖6C顯示依據一些實施例之可增進電荷轉移速度的光偵測裝置的剖視圖。圖6C之光偵測裝置600c類似於光偵測裝置600b。差異為此實施例中，P型區域619可為U形或是井形以在鍺基光吸收材料602之下圍繞此鍺基光吸收材料602。再者，此P型區域619電性耦接至一偏壓電壓ca2。因此光生電洞可以被P型區域619收集且放電。

圖6D繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。光偵測裝置600d包括基底604’。光偵測裝置還包括像素（圖未標），該像素包括由基底604’支撐的吸收層602’。像素在吸收層602’中包括由遮光板（圖未示）限定的吸收區域AR。吸收層602’包括第一表面602s’和與第一表面602s’相對的第二表面602ss’。吸收區域AR是接收通過遮光板的光學窗口入射的光信號的虛擬區域。像素包括電性耦接到吸收層602’的第一開關（圖未標）和第二開關（圖未標）。第一開關包括控制接觸層606a’和讀出接觸層608a’。第二開關包括控制接觸層606b’和讀出接觸層608b’。在一些實施例中，讀出接觸層608a’，608b’在基底604’的第一表面604s上。在一些實施例中，讀出接觸層608a’，608b’設置在吸收區域AR的兩個相對側。在一些實施例中，吸收區域AR的寬度小於控制接觸層606a’，606b’之間的距離d3。在一些實施例中，控制接觸層606a’，606b’設置在吸收區域AR的兩個相對側。在一些實施例中，吸收層602’的第一表面602s’與基底604’的第一表面604s基本上齊平。光偵測裝置600d包括多個重複的像素。光偵測裝置600d包括包括多個重複像素的像素陣列。在一些實施例中，像素陣列可以是一維或二維陣列的像素。

在一些實施例中，控制接觸層606a’，606b’在基底604’的第一表面604s和吸收層602'的第一表面602s’兩者上。換句話說，控制接觸層606a’，606b’的一部分在基底604’的第一表面604s’之上，而控制接觸層606a’，606b’的另一部分在吸收層602’的第一表面602s’之上。在一些實施例中，控制接觸層606a’，606b’在基底604’與吸收層602’之間的界面的一部分上。在一些實施例中，控制接觸層606a’，606b’之間的距離d₃ 小於吸收層602’的寬度w₃ 。 在一些實施例中，讀出接觸層608a’，608b’之間的距離d₄ 大於吸收層602’的寬度w₃ 。

在一些實施例中，未摻雜區605a，605b就在控制接觸層606a’，606b’之下。即，在控制接觸層606a’，606b’正下方的吸收層602’和基底604’的部分可以是本質的或包括摻質，並且具有峰值摻質濃度低於約1×10¹⁵ cm⁻³ 的摻質分佈。術語“本質”是指在控制接觸層606a’，606b’正下方的半導體材料部分未故意添加摻質。在一些實施例中，取決於各種因素，包括吸收層602’的材料、基底604’的材料、控制接觸層606a’，606b’的材料，以及吸收層602’和基底604’的雜質或缺陷程度，吸收層602’和基底604’上的控制接觸層606a’，606b’可以導致形成蕭特基接觸、歐姆接觸或其特性在兩者之間的組合。

像素還包括兩個控制信號cs1，cs2，其控制控制接觸層606a’，606b’，以控制由吸收層602’中的吸收的光子產生的電子或電洞的移動方向。例如，當使用電壓時，如果控制信號cs1相對於控制信號cs2偏置，則在控制接觸層606a’，606b’正下方的兩個部分之間會產生電場，並且根據電場的方向，自由電荷會向讀出接觸層608b’，608a’正下方的兩個部分的其中之一漂移。

在一些實施例中，像素還包括分別電性耦接到第一開關和第二開關的第一讀出電路（圖未示）和第二讀出電路（圖未示），用以處理收集的電荷。第一讀出電路電性耦接到讀出接觸層608a’。第二讀出電路電性耦接到讀出接觸層608b’。

在一些實施例中，第一開關包括在讀出接觸層608a’下的第一摻雜區601a’。第二開關包括在讀出的接觸層608b’下的第一摻雜區601b’。

在一些實施例中，第一摻雜區601a’，601b’是第一導電類型。在一些實施例中，各個第一摻雜區601a’，601b’包括一第一摻質和一摻質分佈。第一摻雜區601a’，601b’的峰值摻質濃度取決於讀出接觸層608a’，608b’的材料和吸收層602’的材料，例如在5×10¹⁸ cm^-3 至5×10²⁰ cm^-3 之間。第一摻雜區601a’，601b’用於收集由吸收層602’中的吸收區域AR產生的載子，其基於兩個控制信號cs1，cs2的控制，分別由第一讀出電路（圖未示）和第二讀出電路（圖未示）處理。

光偵測裝置600d的像素還包括在吸收層602’中的第三摻雜區617’。第三摻雜區617’具有與第一摻雜區601a’，601b’的第一導電類型相同的第三導電類型。光偵測裝置600d的像素還包括在吸收層602’中的第四摻雜區618。在一些實施例中，第四摻雜區618在第三摻雜區617’與第二表面602ss’之間。在一些實施例中，第三摻雜區617’包括一第三摻質並且具有峰值摻質濃度在1×10¹⁸ cm^-3 與5×10²⁰ cm^-3 之間的摻質分佈。與吸收層602’的第二表面602ss’相比，第三摻雜區617’的峰值摻質濃度更靠近吸收層602’的第一表面602s’。在一些實施例中，具有峰值摻質濃度的第三摻雜區617’的位置與吸收層602’的第一表面602s’之間的距離不大於50nm。在一些實施例中，第四摻雜區618包括一第四摻質，並且具有與第三摻雜區617’的第三導電類型不同的第四導電類型。在一些實施例中，第四摻雜區618包括第四摻質並且具有峰值摻質濃度在1×10¹⁸ cm^-3 和5×10²⁰ cm^-3 之間的摻質分佈。與吸收層602’的第一表面602s’相比，第四摻雜區618的峰值摻質濃度更接近吸收層602’的第二表面602ss’。

由於第三摻雜區617’和第四摻雜區618共同形成一垂直光電二極體，因此在第三摻雜區617’和第四摻雜區618之間建立了一個內置的垂直電場，可以幫助分離由吸收的光子產生的電子-電洞對，例如，當第三摻雜區617’是n型並且第四摻雜區618是p型時，電子趨於向第三摻雜區617’移動且電洞趨於向第四摻雜區618移動。第三摻雜區617’用於收集電子，第四摻雜區618用於收集電洞。可以基於控制信號cs1，cs2將存儲在第三摻雜區617’中的電子移動到第一摻雜區601b’或第一摻雜區601a’。因此，光偵測裝置600d的量子效率更高，並且朝向第一摻雜區601b’或第一摻雜區601a’移動的載子的數量也更高。

在一些實施例中，從光偵測裝置600d的剖視圖來看，光偵測裝置600d還包括至少設置在吸收層602’的兩個相對側的隔離區624。隔離區624在基底604’中，並且與吸收層602’物理上分離。在一些實施例中，隔離區624是填充有介電材料或絕緣材料的溝槽，以用作兩個相鄰像素之間的高電阻區域，從而阻止電流流過隔離區624並改善相鄰像素之間的電隔離。介電材料或絕緣材料可以包括但不限於，氧化物材料，包括二氧化矽（SiO₂ ），或氮化物材料，包括氮化矽（Si₃ N₄ ），或矽材料，包括非晶矽、多晶矽、單晶矽或磊晶矽。

在一些實施例中，隔離區624從基底604’的第一表面604s延伸並且從第一表面604s延伸到預定深度。在一些實施例中，隔離區624從基底604’的第二表面604ss延伸並且從第二表面604ss延伸到預定深度。在一些實施例中，隔離區624從第一表面604s至第二表面604ss穿透基底604’。

在一些實施例中，隔離區624是具有導電類型的摻雜區。隔離區624的導電類型可以與第一摻雜區601a’，601b’的第一導電類型不同或相同。隔離區624的摻雜可以產生能隙偏移引起的位能勢壘，其阻礙電流流過隔離區624並且改善相鄰像素之間的電隔離。在一些實施例中，隔離區624包括與基底604’的材料不同的半導體材料。在基底604’和隔離區624之間形成的兩種不同半導體材料之間的界面可以產生能隙偏移引起的能障，阻礙電流流過隔離區624並改善相鄰像素之間的電隔離。在一些實施例中，隔離區624的形狀可以是環形。在一些實施例中，隔離區624可以包括兩個獨立區域，其設置在吸收層602’的兩個相對側。

在一些實施例中，光偵測裝置600d還包括在吸收層602'的第一表面602s’上的導電層610’。導電層610’在第三摻雜區617’上。取決於光偵測裝置600d的操作，導電層610’可以是浮接的或被偏壓電壓ca1偏壓。

圖6E繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖6E中的光偵測裝置600e類似於圖6D中的光偵測裝置600d，其中差異描述於下。在一些實施例中，第一開關還包括在控制接觸層606a’之下的第二摻雜區603a’。第二開關還包括在控制接觸層606b’之下的第二摻雜區603b’。在一些實施例中，第三摻雜區617’與第二摻雜區603a’，603b’分離。在一些實施例中，第三摻雜區617’在第二摻雜區603a’，603b’之間。在一些實施例中，各個第二摻雜區603a’，603b’的一部分形成在吸收層602’中，並且第二摻雜區603a’，603b’的另一部分形成在基底604’中。第二摻雜區603a’，603b形成在吸收層602’和基底604’兩者中。在一些實施例中，各個第二摻雜區603a’，603b’覆蓋基底604’與吸收層602’之間的界面的一部分。在一些實施例中，第二摻雜區603a’，603b'具有與第一摻雜區601b’，603b'的第一導電類型不同的第二導電類型。在一些實施例中，第二摻雜區603a’，603b’包括一第二摻質以及一摻質分佈。第二摻雜區603a’，603b的峰值摻質濃度取決於控制接觸層606b’，606a’的材料和吸收層602’的材料以及基底604’的材料，例如在1×10¹⁷ cm^-3 至5×10²⁰ cm^-3 之間。在一些實施例中，被第二摻雜區603a’，603b’覆蓋的基底604’與吸收層602’之間的界面處濃度在1×10¹⁷ cm^-3 至5×10²⁰ cm^-3 之間。第二摻雜區603a’，603b’與控制接觸層606b’，606a’形成蕭特基接觸、歐姆接觸或其組合。基於控制信號cs1，cs2的控制，第二摻雜區603a’，603b’用於來解調從吸收層602’產生的載子。通過形成覆蓋基底604’和吸收層602’之間的界面的第二摻雜區603a’，603b’，光偵測裝置600e可以同時具有令人滿意的暗電流和解調對比度。在一些實施例中，控制接觸層606b’，606a’可以完全形成在吸收層602’之上，或者可以完全形成在基底604’之上。

圖6F繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖6F中的光偵測裝置600f類似於圖6D中的光偵測裝置600d，其中差異描述於下。控制接觸層606a’，606b’完全形成在吸收層602’的第一表面602s’上。

圖6G繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖6G中的光偵測裝置600g類似於圖6F中的光偵測裝置600f，其中差異描述於下。在一些實施例中，第一開關還包括在控制接觸層606a’下的第二摻雜區603a’。 第二開關還包括在控制接觸層606b’下的第二摻雜區603b’。圖6G中的第二摻雜區603a’，603b’與前面提到的第二摻雜區相似，例如如圖6E中所述的第二摻雜區603a’，603b’，除了在圖6G中第二摻雜區603a’，603b’完全形成在吸收層602’中。

圖6H繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖6H中的光偵測裝置600h類似於圖6D中的光偵測裝置600d，其中差異描述於下。在一些實施例中，讀出接觸層608a’，608b’之間的距離d₄ 小於吸收層602’的寬度w₃ 。在一些實施例中，光偵測裝置600g沒有如圖6D所述的第四摻雜區618。在一些實施例中，光偵測裝置600g還包括圍繞吸收層602’的至少一部分的阻擋層619’。在一些實施例中，阻擋層619’的導電類型與吸收層602’的導電類型相同。阻擋層619’可以阻擋吸收層602’中的光生電荷到達基底604’，這提高了光偵測裝置600g的光生載子的收集效率。阻擋層619’還可阻擋基底604’中的光生電荷到達吸收層602’，這增加了光偵測裝置600g的光生載子的速度。阻擋層619’可以包括與吸收層602’的材料相同、與基底604’的材料相同的一材料、吸收層602’的材料和吸收層602’的材料的組合的一材料，或與吸收層602’的材料和基底604’的材料不同。在一些實施例中，阻擋層619’的形狀可以是但不限於環形。在一些實施例中，阻擋層619’可以到達基底604’的第一表面604s。

由於第三摻雜區617’和阻擋層619’共同形成一垂直光電二極體，因此在第三摻雜區617’和阻擋層619’之間建立了內置的垂直電場，這可以幫助分離由吸收層602’中的吸收光子產生的電子-電洞對，例如，當第三摻雜區617’是n型並且阻擋層619’是p型時，電子趨於向第三摻雜區617’移動而電洞趨於向阻擋層619’移動。第三摻雜區617’用來收集電子並用作初步收集器。阻擋層619’用來收集電洞。可以基於控制信號cs1，cs2將存儲在第三摻雜區617’中的電子進一步移動到第一摻雜區601b’或第一摻雜區601a’。在一些實施例中，阻擋層619’可以通過偏壓電壓ca2偏壓以釋放未被第一摻雜區601a’，601b’收集的載子。因此，提高了光偵測裝置600g的解調對比度。

圖6I繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖6I中的光偵測裝置600i類似於圖6G中的光偵測裝置600g，其中差異描述於下。在一些實施例中，第一開關還包括在吸收層602’和控制接觸層606a之間的一第一介電層633a。第二開關可以進一步包括在吸收層602’和控制接觸層606b之間的一第二介電層633b。第一介電層633a防止從控制接觸層606a’至吸收層602’的直接電流傳導，但允許在吸收層602’內建立電場，以響應施加於控制接觸層606a’的一電壓。第二介電層633b防止從控制接觸層606b’至吸收層602’ 的直接電流傳導，但允許在吸收層602’內建立電場，以響應施加於控制接觸層606b’的一電壓。建立的電場可以吸引或排斥吸收層602’內的電荷載子。

圖6J繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖6J中的光偵測裝置600j類似於圖6I中的光偵測裝置600i，其中差異描述於下。在一些實施例中，第一開關還包括在第一介電層633a下方的第二摻雜區603a’。第二開關還包括在第二介電層633b下方的第二摻雜區603b’。第二摻雜區603a’，603b’與前面提到的第二摻雜區相似，例如如圖6G所描述的第二摻雜區603a’，603b’。

圖6K繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖6K中的光偵測裝置600k類似於圖6H中的光偵測裝置600h，其中差異描述於下。在一些實施例中，第三摻雜區617’與第二摻雜區603a’的遠離第一開關的第一摻雜區601a’的一部分重疊。第三摻雜區617’還與第二摻雜區603b’的遠離第二開關的第一摻雜區601b’的一部分重疊。在一些實施例中，第二摻雜區603a’的遠離第一摻雜區601a’的部分包括第三摻質和第二摻質兩者，其中第三摻質不同於第二摻質。類似地，第二摻雜區603b’的遠離第一摻雜區601b’的部分包括第三摻質和第二摻質兩者。

圖6L繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖6L中的光偵測裝置600l類似於圖6H中的光偵測裝置600h，其中差異描述於下。在一些實施例中，各個像素的吸收層602’包括阻礙區640。阻礙區640在第二摻雜區603a’，603b’之間並且與第三摻雜區617’完全重疊。在一些實施例中，阻礙區640包括一摻質，並且具有不同於第三摻雜區617’的第三導電類型的導電類型。在一些實施例中，阻礙區640具有一摻質和一摻質分佈，其峰值摻質濃度高於第三摻雜區617’的峰值摻質濃度。在一些實施例中，阻礙區640的峰值摻質濃度在1×10¹⁸ cm^-3 和5×10²⁰ cm^-3 之間。

阻礙區640可以阻止待收集的載子到達吸收層602'的第一表面602s’。結果是，降低了光偵測裝置600l的兩個第二摻雜區603a’，603b’之間的表面漏電流。

圖6M繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖6M中的光偵測裝置600m類似於圖6G中的光偵測裝置600g，其中差異描述於下。在一些實施例中，光偵測裝置600m的像素還包括在吸收層602’中的兩個反摻雜區651a，651b。各個反摻雜區651a，651b具有與第一摻雜區601a’，601b’的第一導電類型不同的導電類型。例如，如果光偵測裝置被配置為處理所收集的電子以進一步應用，則第一摻雜區601a’，601b’為n型，第三摻雜區617’為n型，並且反摻雜區651a，651b為p型。在一些實施例中，反摻雜區651a，651b與遠離第三摻雜區617’的第一摻雜區601a’，601b’的一部分重疊，並且第一摻雜區601a’，601b’的其他部分未與反摻雜區651a，651b重疊。在一些實施例中，各個第一摻雜區601a’，601b’與相應的反摻雜區651a，651b完全重疊。

在一些實施例中，各個反摻雜區651a，651b包括一摻質以及具有峰值摻質濃度的摻質分佈。峰值摻質濃度不小於1×10¹⁶ cm^-3 。在一些實施例中，反摻雜區651a，651b的峰值摻質濃度低於第一摻雜區601b'，601a'的峰值摻質濃度。在一些實施例中，反摻雜區651a，651b的峰值摻質濃度在1×10¹⁶ cm^-3 與1×10¹⁹ cm^-3 之間。在一些實施例中，反摻雜區651a，651b用作暗電流減小區域，用於降低光偵測裝置600m的暗電流。與沒有反摻雜區651a，651b的光偵測裝置相比，包括與第一摻雜區601a’，601b’的至少一部分重疊的反摻雜區651a，651b的光偵測裝置在吸收層602’中具有更薄的空乏區，因此光偵測裝置600m具有較低的暗電流。

圖6N繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖6N中的光偵測裝置600n類似於圖6M中的光偵測裝置600m，其中差異描述於下。在一些實施例中，第一開關還包括在吸收層602’和控制接觸層606a’之間的一第一介電層633a。第二開關可以進一步包括在吸收層602’和控制接觸層606b’之間的一第二介電層633b。第一介電層633a和第二介電層633b類似於圖6I中所述的第一介電層633a和第二介電層633b。

圖6O繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖6O中的光偵測裝置600o類似於圖6M中的光偵測裝置600m，其中差異描述於下。在一些實施例中，第一開關還包括在控制接觸層606a’下的一第二摻雜區603a’。第二開關還包括在控制接觸層606b’下的一第二摻雜區603b’。第二摻雜區603a’，603b’類似於前述的第二摻雜區，如圖6G所描述的第二摻雜區603a’，603b’。

圖6P繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖6P中的光偵測裝置600p類似於圖6O中的光偵測裝置600o，其中差異描述於下。在一些實施例中，第一開關還包括在吸收層602’和控制接觸層606a’之間的一第一介電層633a。第二開關可以進一步包括在吸收層602’和控制接觸層606b’之間的一第二介電層633b。第一介電層633a和第二介電層633b類似於圖6I中所述的第一介電層633a和第二介電層633b。

圖6Q繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖6Q中的光偵測裝置600q類似於圖6M中的光偵測裝置600m，其中差異描述於下。在一些實施例中，整個第一摻雜區601a’與反摻雜區651a重疊。在一些實施例中，從光偵測裝置600q的剖視圖來看，反摻雜區651a相對於第一摻雜區601a’是不對稱的輪廓。反摻雜區651a的不對稱輪廓是相對於第一摻雜區601a’。在一些實施例中，反摻雜區651a包括第一部分（圖未標）和第二部分（圖未標）。第一部分比第二部分更靠近第三摻雜區617’。第一部分具有第一寬度W₅ ，第二部分具有大於第一寬度W₅ 的第二寬度W₆ 。在一些實施例中，整個第一摻雜區601b’與反摻雜區651b重疊。在一些實施例中，從光偵測裝置600q的橫截面來看，反摻雜區651b相對於第一摻雜區601b’是不對稱的輪廓。反摻雜區651b的不對稱輪廓是相對於第一摻雜區601b’的。在一些實施例中，反摻雜區651b包括第一部分（圖未標）和第二部分（圖未標）。第一部分比第二部分更靠近第三摻雜區617’。第一部分具有第一寬度W₇ ，第二部分具有大於第一寬度W₇ 的第二寬度W₈ 。在一些實施例中，第一開關還包括在吸收層602’和控制接觸層606a’之間的一第一介電層633a。在一些實施例中，第二開關可以進一步包括在吸收層602’和控制接觸層606b’之間的一第二介電層633b。第一介電層633a和第二介電層633b分別類似於前述的第一介電層和第二介電層，例如圖6I中所述的第一介電層633a和第二介電層633b。

圖6R繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖6R中的光偵測裝置600r類似於圖6Q中的光偵測裝置600q，其中差異描述於下。在一些實施例中，第一開關還包括在控制接觸層606a’下的一第二摻雜區603a’。第二開關還包括在控制接觸層606b’下的一第二摻雜區603b’。第二摻雜區603a’，603b’類似於前述的第二摻雜區，例如如圖6G所示的第二摻雜區603a’，603b’。在一些實施例中，第一開關還包括在第二摻雜區603a’和控制接觸層606a’之間的一第一介電層633a。在一些實施例中，第二開關可以進一步包括在第二摻雜區603b’和控制接觸層606b’之間的一第二介電層633b。第一介電層633a和第二介電層633b類似於前述的第一介電層和第二介電層，例如圖6I中所述的第一介電層633a和第二介電層633b。

圖6S繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖6S中的光偵測裝置600s類似於圖6M中的光偵測裝置600m，其中差異描述於下。光偵測裝置600s的像素還包括在吸收層602’中的兩個嵌入反摻雜區652a，652b。在一些實施例中，嵌入反摻雜區652a，652b與吸收層602'的第一表面602s’分離。在一些實施例中，嵌入反摻雜區652a與反摻雜區651a重疊。在一些實施例中，嵌入反摻雜區652b與反摻雜區651b重疊。反摻雜區651a，651b和嵌入反摻雜區652a，652b可以以不同的步驟形成，例如通過不同的遮罩。在一些實施例中，嵌入反摻雜區652a從反摻雜區651a朝向第三摻雜區617’延伸。在一些實施例中，嵌入反摻雜區652b從反摻雜區651b朝向第三摻雜區617’延伸。在一些實施例中，嵌入反摻雜區652a的一部分在控制接觸層606a’和第二表面602ss’之間。在一些實施例中，嵌入反摻雜區652b的一部分在控制接觸層606b’和第二表面602ss’之間。在一些實施例中，各個嵌入反摻雜區652a，652b具有與第一摻雜區601b’，601a’的第一導電類型不同的導電類型。在一些實施例中，各個嵌入反摻雜區652a，652b包括具有一摻質以及具有一峰值摻質濃度的摻質分佈。峰值摻質濃度不小於1×10¹⁶ cm^-3 。在一些實施例中，嵌入反摻雜區652a，652b峰值摻質濃度低於第一摻雜區601b’，601a’的峰值摻質濃度。在一些實施例中，嵌入反摻雜區652a，652b的峰值摻質濃度在1×10¹⁶ cm^-3 與1×10¹⁹ cm^-3 之間。在一些實施例中，吸收層602’的第一表面602s’與具有峰值摻質濃度的嵌入反摻雜區652a，652b的位置之間的距離不小於50nm。在一些實施例中，第二表面602ss’與具有峰值摻質濃度的嵌入反摻雜區652a，652b的位置之間的距離不小於50nm，或不小於300nm。在一些實施例中，吸收層602’的第一表面602s’與具有峰值摻質濃度的嵌入反摻雜區652a，652b的位置之間的距離小於第二表面602ss’與具有峰值摻質濃度的嵌入反摻雜區652a，652b的位置之間的距離。在一些實施例中，吸收層602’的第一表面602s’與具有峰值摻質濃度的嵌入反摻雜區652a，652b之間的距離在50nm至400nm之間。可以通過任何合適的方法來控制每個嵌入反摻雜區652a，652b的摻質分佈，例如通過包括提供多個注入劑量和能量的佈植。在一些實施例中，嵌入反摻雜區652a，652b的摻質和反摻雜區651a，651b的摻質可以相同。

通過嵌入反摻雜區652a，652b和反摻雜區651a，651b的組合，可以在一定路徑上限制載子在吸收層602'中的流動，從而降低了體暗電流注入（bulk dark current injection）。例如，當第三摻雜區617’是n型並且阻擋層619’是p型時，電子傾向於朝著第三摻雜區617’移動，且電洞傾向於朝著阻擋層619’移動。第三摻雜區617’用來收集電子並用作初步收集器。基於控制信號cs1，cs2，存儲在第三摻雜區617’中的電子可以通過吸收層602’的第一表面602s’與嵌入反摻雜區652a，652b之間的區域進一步移動到第一摻雜區601b’或第一摻雜區601a’。結果是，進一步降低了光偵測裝置600s的暗電流。

圖6T繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖6T中的光偵測裝置600t類似於圖6S中的光偵測裝置600s，其中差異描述於下。在一些實施例中，第一開關還包括在控制接觸層606a’下的一第二摻雜區603a’。第二開關還包括在控制接觸層606b’下的一第二摻雜區603b’。第二摻雜區603a’，603b’類似於前述的第二摻雜區，例如如圖6G所示的第二摻雜區603a’，603b’。在一些實施例中，第一開關還包括在第二摻雜區603a’和控制接觸層606a’之間的一第一介電層633a。在一些實施例中，第二開關可以進一步包括在第二摻雜區603b’和控制接觸層606b'之間的一第二介電層633b。第一介電層633a和第二介電層633b類似於前述的第一介電層和第二介電層，例如圖6I中所述的第一介電層633a和第二介電層633b。

圖6U繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖6U中的光偵測裝置600u類似於圖6M中的光偵測裝置600m，其中差異描述於下。光偵測裝置600u的像素還包括在吸收層602’中的淺反摻雜區653a，653b。在一些實施例中，淺反摻雜區653a，653b沿著垂直方向D1分別在讀出接觸層608a’，608b’之下。在一些實施例中，淺反摻雜區653a與反摻雜區651a和第一摻雜區601a’重疊。在一些實施例中，淺反摻雜區653b與反摻雜區651b和第一摻雜區601b’重疊。反摻雜區651a，651b和淺反摻雜區653a，653b可以以不同的步驟形成，例如通過不同的遮罩。在一些實施例中，各個淺反摻雜區653a，653b具有與第一摻雜區601b’，601a’的第一導電類型不同的導電類型。在一些實施例中，各個淺反摻雜區653a，653b包括一摻質以及具有一峰值摻質濃度的摻質分佈。峰值摻質濃度不小於1×10¹⁵ cm^-3 。在一些實施例中，淺反摻雜區653a，653b的峰值摻質濃度低於第一摻雜區601b’，601a’的峰值摻質濃度。在一些實施例中，淺反摻雜區653a，653b的峰值摻質濃度在1×10¹⁵ cm^-3 與1×10¹⁸ cm^-3 之間或在1×10¹⁶ cm^-3 與5×10¹⁷ cm^-3 之間。在一些實施例中，吸收層602’的第一表面602s’與具有峰值摻質濃度的淺反摻雜區653a，653b之間的距離不大於50nm。在一些實施例中，淺反摻雜區653a，653b的摻質和反摻雜區651a，651b的摻質可以相同。淺反摻雜區653a，653b可以鈍化存在於吸收層602’的第一表面602s’上的表面缺陷。此外，淺反摻雜區653a，653b可以進一步調整吸收層602’的第一表面602s’附近的空乏區。結果是，可以進一步降低光偵測裝置600u的暗電流。

圖6V繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖6V中的光偵測裝置600v類似於圖6U中的光偵測裝置600u，其中差異描述於下。在一些實施例中，第一開關還包括在控制接觸層606a’下的一第二摻雜區603a’。第二開關還包括在控制接觸層606b’下的一第二摻雜區603b’。第二摻雜區603a’，603b’類似於前述的第二摻雜區，例如如圖6G所示的第二摻雜區603a’，603b’。在一些實施例中，第一開關還包括在第二摻雜區603a’和控制接觸層606a’之間的一第一介電層633a。在一些實施例中，第二開關可以進一步包括在第二摻雜區603b’和控制接觸層606b’之間的一第二介電層633b。第一介電層633a和第二介電層633b類似於前述的第一介電層和第二介電層，例如圖6I中所述的第一介電層633a和第二介電層633b。

在一些實施例中，光偵測裝置600g至600v還可包括如圖6D中所描述的隔離區（圖未示）。在一些實施例中，隔離區的導電類型不同於阻擋層619’的導電類型。例如，如果阻擋層619’的導電類型是p型，則隔離區的導電類型是n型。隔離區與阻擋層619’分離。

圖7A顯示依據一些實施例之具有表面空乏模式的光偵測裝置的剖視圖。此光偵測裝置700a包含控制金屬線706a，706b和讀出金屬線708a，708b。控制金屬線706a，706b和讀出金屬線708a，708b電性耦接到鍺基光吸收材料702之表面702s。控制金屬線706a，706b分別電性耦接到表面702s上的P型區域703a，703b。讀出金屬線708a，708b分別電性耦接到表面702s上的N型區域701a，701b。此實施例包含在表面702s上之一層間介電層（Interlayer dielectric）ILD及在層間介電層ILD上形成之金屬721，716a，716b，718a及718b。這些金屬721，716a，716b，718a及718b可經過偏壓而產生空乏區721d，716ad，716bd，718ad及718bd。施加到金屬721，716a，716b，718a及718b的偏壓可為不同或是相同電壓，或者金屬721，716a，716b，718a及718b中部份的金屬可以浮接。

空乏區721d可降低P型區域703a及P型區域703b之間的暗電流。空乏區716ad可降低P型區域703a及N型區域701a之間的暗電流。空乏區716bd可降低P型區域703b及N型區域701b之間的暗電流。空乏區718ad可降低N型區域701a及另一像素（未顯示於圖7A）之間的暗電流。空乏區718bd可降低N型區域701b及另一像素（未顯示於圖7A）之間的暗電流。因此藉由形成這些表面空乏區，可降低功耗及所產生的雜訊。

如上所述，這些金屬721，716a，716b，718a及718b可經由偏壓而產生這些空乏區721d，716ad，716bd，718ad及718bd。在其他的應用中，金屬721，716a，716b，718a及718b可經由偏壓而使這些區域721d，716ad，716bd，718ad及718bd為累積（Accumulation）區域或是反轉（Inversion）區域而非空乏區。

除了降低漏電流外，這些金屬721，716a，716b，718a及718b還可以將光信號IL的殘存信號反射到鍺基光吸收材料702，以使其相應轉換為電子-電洞對。這些金屬721，716a，716b，718a及718b可作為反射鏡，以將未完全被鍺基光吸收材料702吸收及轉換的光線反射回鍺基光吸收材料702，並再度吸收。此可增加整體吸收效率及增加系統效能。

再者，圖7B顯示本發明之另一選擇實施例。相較於圖7A之實施例，在圖7B所示實施例中使用極化介電質（Polarized dielectrics）721e，716ae，716be，718ae及718be (例如： HfO2)。因為在極化介電質721e，716ae，716be，718ae及718be中具有電偶極，不需對於金屬721，716a，716b，718a及718b施加偏壓，或使僅對於金屬721，716a，716b，718a及718b施加小偏壓，即可產生空乏／累積／反轉區721d，716ad，716bd，718ad及718bd。

圖7C顯示光偵測裝置700c的平面圖。此金屬721，716a，716b，718a及718b及極化介電質721e，716ae，716be，718ae及718be的形成方式可具有選擇性。基於不同的設計需求，元件實施者設計的光偵測裝置可具有或是不具有這些元件。此外，圖7C所示之金屬及極化介電質係在垂直方向添加；圖7D揭露一種可選擇的方式，金屬723a，723b及極化介電質725a，725b係在水平方向添加。

圖8A顯示依據一些實施例之具有表面離子佈植（Surface ion implantation）的光偵測裝置的剖視圖。此光偵測裝置800a包含控制金屬線806a，806b和讀出金屬線808a，808b。控制金屬線806a，806b和讀出金屬線808a，808b電性耦接到鍺基光吸收材料802之表面802s。控制金屬線806a，806b分別電性耦接到表面802s上的P型區域803a，803b。讀出金屬線808a，808b分別電性耦接到表面802s上的N型區域801a，801b。為了提供高表面電阻以抑制表面漏電流，本發明使用中性離子注入以作為表面處理。如此圖所示，離子處理區829，831a，831b，833a及833b接受離子佈植（例如矽、鍺、碳，氫），其中加速離子與物質相撞且在注入區破壞原子週期性或是晶格結構。晶格破壞（例如原子空位或是間隙）會斷開電子包絡函數所遇到的週期位能勢，因此電子／電洞會更可能散開。此效應為更低的遷移率及更高的電阻。

圖8B顯示具有表面離子佈植的光偵測裝置800b的平面圖。如此圖所示，離子處理區829，831a，831b，833a及833b係在垂直方向形成於摻雜區801a，801b，803a及803b之間。依據一些實施方式，離子處理區829，831a，831b，833a及833b可在其他位置形成，因此本圖所示實施例僅為參考而非本案限制。

圖9A顯示依據一些實施例之具有像素間隔離(Pixel to pixel isolation)的光偵測裝置的剖視圖。此光偵測裝置900a包含控制金屬線906a，906b和讀出金屬線908a，908b。控制金屬線906a，906b和讀出金屬線908a，908b電性耦接到鍺基光吸收材料902之表面902s。控制金屬線906a，906b分別電性耦接到表面902s上的P型區域903a，903b。讀出金屬線908a，908b分別電性耦接到表面902s上的N型區域901a，901b。此實施例具有一隔離區924，此隔離區924為環形且圍繞鍺基光吸收材料902。依據一實施方式，此隔離區924為N型區域。依據鍺基光吸收材料902的類型、半導體基底904的類型及其他因素，此隔離區924也為P型區域。藉由此隔離區924，光偵測裝置900a可降低至鄰近元件的串擾信號及／或功率。

圖9B顯示依據一些實施例之具有像素間隔離的光偵測裝置900b的平面圖。如此圖所示，此隔離區924為一完整環形。在其他實施方式，此隔離區924可為斷開(Fragmented)或是不連續。

圖9C顯示依據一些實施例之具有像素間隔離的光偵測裝置的剖視圖。此光偵測裝置900c具有在隔離區924內的額外窄淺隔離區924a。隔離區924及隔離區924a具有不同的摻雜濃度。此架構可抑制由表面導通路徑來的串擾。

圖9D顯示依據一些實施例之具有像素間隔離的光偵測裝置的剖視圖。此光偵測裝置900d具有額外之溝渠隔離區域924b，此溝渠隔離區域924b由隔離區924a延伸到半導體基底904的底部。溝渠隔離區域924b可為氧化物溝渠，其可阻隔鍺基光吸收材料902及鄰近元件之間的電路徑。

圖9E顯示依據一些實施例之具有像素間隔離的光偵測裝置的剖視圖。此光偵測裝置900e具有額外之溝渠隔離區域924b，此溝渠隔離區域924b由半導體基底904的第一表面延伸到半導體基底904的底部。溝渠隔離區域924b可為氧化物溝渠，其可阻隔鍺基光吸收材料902及鄰近元件之間的電路徑。

圖10A顯示依據一些實施例之光偵測裝置的剖視圖。此光偵測裝置1000a包含控制金屬線1006a，1006b和讀出金屬線1008a，1008b。控制金屬線1006a，1006b和讀出金屬線1008a，1008b電性耦接到鍺基光吸收材料1002之表面1002s。控制金屬線1006a，1006b分別電性耦接到表面1002s上的P型區域1003a，1003b。讀出金屬線1008a，1008b分別電性耦接到表面1002s上的N型區域1001a，1001b。同樣的，此光偵測裝置1000a可藉由光信號IL獲得一距離資訊。更明確而言，當光信號IL入射到吸收區域AR，此光信號IL會被轉換成電子－電洞對且被P型區域1003a，1003b產生的電場分開。根據控制信號cs1，cs2，電子會移向 N型區域1001a或是N型區域1001b。依據一些實施方式，控制信號cs1及cs2為差動信號。在一些實施方案中，控制信號cs1和cs2中其中之一者可以是一固定的電壓信號（例如，0.5V）且另一控制信號是時變的電壓信號（例如，在0V和1V之間操作的弦波信號、時脈信號或脈衝信號）。由於光偵測裝置1000a與目標物體（圖10A中未繪示）之間存在一距離，光信號IL與發射器（圖10A中未繪示）所發射出的發射光之間具有一相位延遲。通過一調變信號調變的一發射光且經由另一調變信號（此另一調變信號通過控制金屬線1006a，1006b）以解調出電子-電洞對。存儲在電容1010a，1010b中的電子或電洞將根據該距離而變化。因此，光偵測裝置1000a可以依據電容1010a上的電壓v1及電容1010b上的電壓v2獲得距離資訊。根據一實施例，光偵測裝置100b可以基於電壓v1和電壓v2作為輸入的變數以計算出距離資訊。例如，在一脈衝飛行時間(Pulse time-of-flight)的應用中，可以將相關於電壓v1和電壓v2的一電壓比例作為輸入變數。在另一實施例中，在連續波飛行時間(Continues-wave time-of-flight)的應用中，可以將相關於電壓v1和電壓v2的一同相(In-phase)和正交(Quadrature)電壓作為輸入變數。

除了偵測距離外，光偵測裝置1000a包含N型區域1001a，1001b與P型區域1003a，1003b深度不同的設計；且增加了N井1011a，1011b，其可降低P型區域1003a，1003b之間的漏電流。第二，光偵測裝置1000a包含一井形P型區域1019，此井形P型區域1019包覆鍺基光吸收材料1002且施加偏壓電壓ca2後可收集電洞及釋放電洞。第三，光偵測裝置1000a包含一鈍化層1014及層間介電層ILD，以處理表面1002s上的缺陷。第四，光偵測裝置1000a包含一金屬1021，此金屬1021可施加偏壓或是不施加偏壓，以在表面1002s上建立累積、反轉或是空乏。此金屬1021也可作為鏡面以將光信號IL的殘餘信號反射回鍺基光吸收材料1002以轉換成電子－電洞對。第五，此鍺基光吸收材料1002包含金屬矽化物1013a，1013b，1015a及1015b以降低電壓降。第六，光偵測裝置1000a可添加隔離區1024，此隔離區1024可由摻雜材料或是由絕緣氧化物形成。此隔離區1024可電性耦合至一偏壓電壓ca3。在一些實施方式中，隔離區1024及P型區域1019可由一金屬層而電性耦合，且此金屬層係浮接或是電性耦合到一電壓源。

圖10B顯示依據一些實施例之光偵測裝置的剖視圖。圖10B顯示之光偵測裝置1000b類似於光偵測裝置1000a，然而圖10B顯示之光偵測裝置1000b的控制金屬線1006a，1006b係電性耦合到未摻雜區1005a，1005b。

再者，雖然上述實施例使用鍺基光吸收材料1002以吸收光信號IL，一種實施方式也可以不使用此鍺基光吸收材料1002。如圖10C所示，光偵測裝置1000c可用半導體基底1004作為光吸收材料。在一些實施方式中，半導體基底1004可由矽(Silicon)、矽-鍺(Silicon-germanium)、鍺(Germanim)或III-V族化合物所製成，再者，如圖10D所示，在半導體基底1004表面1002s上也可以加上P型區域1003a，1003b及N井1011a，1011b。

前述的光偵測裝置1000a，1000b，1000c及1000d說明圖1A- 9E實施例的可能組合。須知元件實施者可以任意組合二或多個前述實施例以實現其他的光偵測裝置，且可實現多種組合。

在上述實施例中的摻雜區的摻雜濃度可以適度設計。以圖10A實施例為例，N型區域1001a，1001b的摻雜濃度與P型區域1003a，1003b的摻雜濃度可為不同。依據一個實施方式，P型區域1003a，1003b為輕度摻雜，而N型區域1001a，1001b為重度摻雜。一般而言，輕度摻雜的摻雜濃度為10¹⁶ / cm³ 到低於 10¹⁸ / cm³ ；重度摻雜的摻雜濃度10¹⁸ / cm³ 到 10²⁰ / cm³ 或是更高。藉由調整摻雜濃度，在控制金屬線1006a，1006b及P型區域1003a，1003b之間可以形成蕭特基接觸；在讀出金屬線1008a，1008b及N型區域1001a，1001b之間可以形成歐姆接觸(Ohmic contact)。在此狀況下，在控制金屬線1006a，1006b及P型區域1003a，1003b之間的電阻會高於在讀出金屬線1008a，1008b及N型區域1001a，1001b之間的電阻。

另一方面，這些摻雜區的摻雜類型也可以不同方式實現。以圖10A實施例為例，P型區域1003a，1003b若改採用N型摻雜，則區域1003a，1003b可為N型區域。同樣的，N型區域1001a，1001b若改採用P型摻雜，則區域1001a，1001b可為P型區域。因此，可採用摻雜區 1001a，1001b，1003a及1003b都為相同摻雜形態之實施方式。

圖11A顯示依據一些實施例之光偵測裝置的平面圖。光偵測裝置1100a包含在鍺基光吸收材料1102的佈局位置，這些佈局位置對應控制金屬線1106a，1106b、讀出金屬線1108a，1108b、N型區域1101a，1101b及P型區域1103a，1103b的位置。在此實施例中，控制金屬線1106a，1106b係在x軸上，然而讀出金屬線1108a，1108b並不在x軸上。在此實施例中，此四個終端並非完全在同一軸上，藉此降低光偵測裝置1100a的面積。每一元件間之幾何關係顯示於圖11A。

圖11B顯示依據一些實施例之光偵測裝置的平面圖。相較於圖11A，在圖11B中，控制金屬線1106a，1106b並不在x軸上，而是沿著與x軸垂直的方向與讀出金屬線1108a，1108b 對齊。同樣的，每一元件間之幾何關係顯示於圖11B。

圖11C顯示依據一些實施例之光偵測裝置的平面圖。控制金屬線1106a，1106b形成於吸收區域AR之上，且在光學窗口WD之對角線上彼此相對。讀出金屬線1108a，1108b係在x軸上形成。

圖11D顯示依據一些實施例之光偵測裝置的平面圖。圖11D之光偵測裝置類似於圖11C所示者，然而鍺基光吸收材料1102旋轉一角度，以使x軸為鍺基光吸收材料1102之對角線方向。這可以降低光偵測裝置之整體面積。

圖11E顯示依據一些實施例之光偵測裝置的平面圖。圖11E之實施例與先前實施例之差異為光學窗口WD為八角形。此光學窗口WD也可設計為其他形狀(例如，圓形或是六角形)。

圖11A-11D顯示一些實施例，其中控制金屬線1106a，1106b、讀出金屬線1108a，1108b、N型區域1101a，1101b及P型區域1103a，1103b的佈局位置經過調整。實施者也可以設計對於不同元件的不同幾何關係以降低或是最小化晶片面積。這些可選擇實施例僅用以說明而非本發明的限制。

上述的光偵測裝置使用單一光偵測器作為實施例，此單一光偵測器係做單一像素應用。下面說明的光偵測裝置係做多像素應用（例如影像像素陣列或是影像感測器）。

依據一些實施方式，光偵測裝置可經設計而接收相同或是不同光信號，例如具有相同或是不同波長、有相同或是多重調變、或是在不同的時間訊框操作。

參考圖12A，此光偵測裝置1200a具有一像素陣列，例如包含四個像素12021，12022，12023及12024。每一像素可為依據本發明所述實施例的光偵測器。在一實施例中，陣列中的像素12021，12024接收具有光波長λ₁ 之光信號IL；且陣列中的像素12022，12023接收具有光波長λ₂ 之光信號IL。依據另外的實施例，本發明之光信號IL僅有單一波長λ，但是具有多個調變頻率f_mod1 及 f_mod2 （或是更多）。例如，對像素12021，12024施加調變頻率f_mod1 以在光信號IL中解調此頻率成份；對像素12022，12023施加調變頻率f_mod2 以在光信號IL中解調此頻率成份。在另一實施例中，相類似地，光信號IL僅有單一波長λ，但是具有多個調變頻率f_mod1 及 f_mod2 （或是更多）。然而，在時間點t₁ ，陣列中的像素係以調變頻率f_mod1 驅動，以在光信號IL中解調此頻率成份；在時間點t₂ ，陣列中的像素係以調變頻率f_mod2 驅動，以在光信號IL中解調此頻率成份，因此光偵測裝置1200a係在分時多工模式(Time multiplexing mode)下操作。

在另一實施例中，光波長λ₁ 及λ₂ 分別在頻率 f_mod1 及 f_mod2 下調變且被像素陣列 1200a收集。在時間點t₁ ，陣列中的像素係在頻率f_mod1 操作，以解調波長為λ₁ 的光信號；在時間點t₂ ，陣列中的像素係在頻率f_mod2 操作，以解調波長為λ₂ 的光信號。在另一實施例中，具有光波長λ₁ 及λ₂ 的光信號IL係分別被頻率f_mod1 及頻率f_mod2 調變，其中像素12021，12024由頻率f_mod1 驅動；而像素12022，12023由頻率f_mod2 驅動，以同時對於入射的調變光信號進行解調。本領域技術人員可知光波長、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。

參考圖12B，此光偵測裝置1200b具有四個像素12021，12022，12023及12024。每一像素為依據本發明所述實施例的光偵測器。除了如圖12A所示之佈局外，圖12B所示之像素12021，12022，12023及12024係為錯開的佈局，每一像素的寬度及長度係與相鄰像素的寬度及長度方向垂直。

圖13A顯示依據一些實施例之光偵測裝置1300a之方塊圖，此光偵測裝置1300a使用具有相位變化的調變機制。此光偵測裝置1300a為使用間接飛行時間的深度影像感測器，以偵測一目標物件1310之距離資訊。此光偵測裝置1300a包含一像素陣列1302、雷射二極體驅動器（LDD）1304、雷射二極體（LD）1306及時脈驅動電路1308（包含時脈驅動器13081，13082）。像素陣列1302包含所述實施例之多數個光偵測器。一般而言，感測器晶片產生及發出時脈信號以1)由雷射二極體驅動器1304對被發射的光信號進行調變；及2)由像素陣列1302對接收／吸收光信號進行解調。為了得到深度資訊，在整個像素陣列的所有光偵測器係參考相同的時脈進行解調，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°，而在發射器端沒有相位變化。然而，在此實施例中，此四正交相位變化係在發射器端實施，而在接收器端沒有相位變化，此於下面說明中解釋。

參考圖13B，其顯示由時脈驅動器13081，13082分別產生的時脈信號CLK1及CLK2的時序圖。時脈信號CLK1為具有四正交相位變化（例如0°、90°、180°及270°）之調變信號，而時脈信號CLK2為不具相位變化之解調信號。更明確而言，時脈信號CLK1驅動雷射二極體驅動器1304，使雷射二極體1306產生調變發射光信號TL。時脈信號CLK2及其反向信號CLK2’（未顯示於圖13B）係分別用作控制信號cs1及控制信號cs2（如前述實施例所述），以進行解調。換言之，在此實施例，控制信號cs1及控制信號cs2係為差動信號。此實施例可避免在影像感測器因為寄生電阻－電容引發記憶效應可能導致的時間同調（Temporal coherence）問題。

參考圖13C及13D，相較於圖13A，此光偵測裝置1300c在接收端使用兩個解調機制。像素陣列1302包含兩個部份，第一像素陣列1302a及第二像素陣列1302b。第一解調機制應用於第一像素陣列1302a，而第二解調機制應用於第二像素陣列1302b，且第一解調機制與第二解調機制在時間順序上不同。例如，第一解調機制應用於第一像素陣列1302a且具有如下時間順序的相位變化： 0°、90°、180°及270°；第二解調機制應用於第二像素陣列1302b且具有如下時間順序的相位變化：90°、180°、270°及0°。淨效應為第一像素陣列1302a的相位變化與第二像素陣列1302b的相位變化為正交（Quadrature），而在發射器端無相位變化。此種操作可以降低由電源器吸取出的最大瞬間電流（如果解調波形不是理想方波）。

參考圖13E，其顯示使用光偵測裝置1300c之調變機制。與圖13D所示相較，此實施例係在發射器端採取相位變化，而在接收端的兩個不同的像素陣列1302a，1302b不採取相位變化；但是在兩個不同的像素陣列1302a，1302b設定不同的固定相位，且這兩個不同的固定相位彼此正交。例如，在發射器端的調變信號為時脈信號CLK1，具有如下時間順序的相位變化： 0°、90°、180°及270°。時脈信號CLK2用以解調被像素陣列1302a吸收的入射光信號IL且具有固定相位為0°。時脈信號CLK3用以解調被像素陣列1302b吸收的入射光信號IL且具有固定相位為90°。

在圖13A-13E所示實施例，雖然作為調變及解調信號的時脈信號具有50%之工作週期（Duty cycle），在其他可的實施方式中，工作週期可以不同（例如具有30%之工作週期）。在一些實施方式中，可使用弦波作為調變及解調信號以取代方波。

圖14顯示依據一些實施例，使用具有相位改變調變機制的光偵測裝置操作方法。在其他的實施例中，可以執行所示流程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。

在圖14所示的實施例中，光偵測方法包含下列步驟。步驟1401：發射由一第一調變信號所調變之一光信號，其中此光信號係被在多重時間訊框中具有一或多個預定相位之第一調變信號所調變。步驟1402：由一光偵測器接收反射之光信號。步驟1403：一或多個解調信號解調此反射光信號，其中一或多個解調信號為在多重時間訊框中具有一或多個預定相位之一或多個信號。步驟1404：在一電容上輸出至少一電壓信號。在此方法中，光偵測器可使用本發明所述實施例或是其變化實施方式。

圖15A繪示根據一些實施例的光偵測裝置的俯視圖。光偵測裝置1500a包括一基底1504。光偵測裝置1500a還包括一像素（圖未標），其包括由基底1504支撐的吸收層1502。像素還包括在吸收層1502中由遮光板（圖未示）定義的吸收區域AR。吸收區域AR是接收通過遮光板入射的光信號的虛擬區域。像素包括電性耦接到吸收層1502的第一開關（圖未標）和第二開關（圖未標）。第一開關包括一控制接觸層1506a和一讀出接觸層1508a。第二開關包括一控制接觸層1506b和一讀出接觸層1508b。在一些實施例中，讀出接觸層1508a，1508b和控制接觸層1506a，1506b形成在吸收層1502的第一表面上。在一些實施例中，讀出接觸層1508a，1508b和控制接觸層1506a，1506b形成在吸收區域AR的同一側。在一些實施例中，從光偵測裝置1500a的俯視圖看，沿Y方向Y1的讀出接觸層1508a，1508b之間的距離大於沿Y方向Y1的控制接觸層1506a，1506b之間的距離。在一些實施例中，從光偵測裝置1500a的俯視圖來看，沿著基本上垂直於Y方向Y1的方向，控制接觸層1506a，1506b比讀出接觸層1508a，1508b更接近吸收區域AR。

在一些實施例中，像素還包括第一讀出電路（圖未示）和第二讀出電路（圖未示），其分別電性耦接到第一開關和第二開關，以處理收集的電荷。第一讀出電路電性耦接到讀出接觸層1508a。第二讀出電路電性耦接到讀出接觸層1508b。

像素還可以包括控制信號（圖未示），該控制信號控制控制接觸層1506a，1506b，如前面提到的實施例中所述。

在一些實施例中，像素還包括形成在吸收層1502中並且在第一開關和第二開關之間的一引導區域1517。在一些實施例中，引導區域1517在吸收層1502的位於控制接觸層1506a，1506b正下方的部分之間。在一些實施例中，引導區域1517的一部分在吸收區域AR中。即，引導區域1517沿著基本上垂直於吸收層1502的第一表面的方向與吸收區域AR重疊。在一些實施例中，引導區域1517具有一導電類型。在一些實施例中，如果光偵測裝置被配置為收集電子，則引導區域1517是n型。在一些實施例中，如果光偵測裝置被配置為收集電洞，則引導區域1517是p型。在一些實施例中，引導區域1517不耦合至任何外部控制，因此是浮接的。

在一些實施例中，引導區域1517包括一摻質並且具有峰值摻質濃度不小於1×10¹⁵ cm^-3 的摻質分佈。在一些實施例中，引導區域1517的峰值摻質濃度在1×10¹⁵ cm^-3 和1×10¹⁷ cm^-3 之間。

引導區域1517用於促進載子從吸收區域AR向設置第一開關和第二開關的方向流動，然後基於兩個控制信號（圖未示）的控制通過控制接觸層1506a，1506b進行解調。

光偵測裝置1500a包括多個重複的像素。光偵測裝置1500a包括具有多個重複像素的像素陣列。在一些實施例中，像素陣列可以是一維或二維陣列的像素。

在一些實施例中，光偵測裝置1500a還包括圍繞吸收層1502的至少一部分的阻擋層1519。阻擋層1519具有一導電類型。在一些實施例中，阻擋層1519的導電類型與吸收層1502的導電類型相同。阻擋層1519可以阻擋吸收層1502中的光生電荷到達基底1504，這增加了光偵測裝置1500a的光生載子的收集效率。阻擋層1519還可以阻擋基底1504中的光生電荷到達吸收層1502，這增加了光偵測裝置1500a的光生載子的速度。阻擋層1519可以包括與吸收層1502的材料相同、與基底1504的材料相同的材料、吸收區域1502的材料和基底1504的材料的組合的材料，或者可以不同於吸收層1502的材料和基底1504的材料。在一些實施例中，阻擋層1519的形狀可以是但不限於環形。在一些實施例中，阻擋層1519包括一摻質，並且具有峰值摻質濃度範圍為10¹⁵ cm^-3 至10²⁰ cm^-3 的摻質分佈。阻擋層1519可以減少兩個相鄰像素之間的串擾。

圖15B繪示根據一些實施例的光偵測裝置的俯視圖。圖15B中的光偵測裝置1500b類似於圖15A中的光偵測裝置1500a，其中差異描述於下。在一些實施例中，沿Y方向Y1的讀出接觸層1508a，1508b之間的距離可以與沿Y方向Y1的控制接觸層1506a，1506b之間的距離基本相同。在一些實施例中，控制接觸層1506a在吸收區域AR和讀出接觸層1508a之間。在一些實施例中，控制接觸層1506b在吸收區域AR和讀出接觸層1508b之間。在一些實施例中，引導區域1517可以與吸收區域AR相鄰並且不與吸收區域AR重疊。

圖15C繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。在一些實施例中，圖15C繪示沿圖15A或圖15B中的A-A’線的剖視圖。在一些實施例中，圖15C所示的剖視圖可以是沿著光偵測裝置的任何可能的截面線的剖視圖。在一些實施例中，第一開關還包括在讀出接觸層1508a下的第一摻雜區1501a。第二開關還包括在讀出接觸層1508b下的第一摻雜區1501b。在一些實施例中，第一摻雜區1501a，1501b是第一導電類型。在一些實施例中，第一摻雜區1501a，1501b包括第一摻質。第一摻雜區1501a，1501b的峰值摻質濃度取決於讀出接觸層1508a，1508b的材料和吸收層1502的材料，例如在5×10¹⁸ cm^-3 至5×10²⁰ cm^-3 之間。第一摻雜區1501a，1501b用於收集從吸收層1502產生的載子，其基於兩個控制信號（圖未示）的控制而分別由第一讀出電路（圖未示）和第二讀出電路（圖未示）處理。

在一些實施例中，阻擋層1519的導電類型不同於各個第一摻雜區1501b，1501a的第一導電類型。在一些實施例中，引導區域1517的峰值摻質濃度低於第一摻雜區1501a，1501b的峰值摻質濃度。在一些實施例中，光偵測裝置1500c還包括電性耦接到阻擋層1519的導電層（圖未示）。在一些實施例中，可以透過導電層以偏壓電壓來偏壓阻擋層1519，以釋放未被第一摻雜區1501a，1501b收集的載子。

在一些實施例中，第一開關還包括在控制接觸層1506a下的第二摻雜區1503a。第二開關還包括在控制接觸層1506b下的第二摻雜區1503b。在一些實施例中，第二摻雜區1503a，1503b具有與第一摻雜區1501b，1501a的第一導電類型不同的第二導電類型。在一些實施例中，第二摻雜區1503a，1503b包括一第二摻質。第二摻雜區1503a，1503b的峰值摻質濃度取決於控制接觸層1506b，1506a的材料和吸收層1502的材料，例如在1×10¹⁷ cm^-3 至5×10²⁰ cm^-3 之間。第二摻雜區1503a，1503b與控制接觸層1506b，1506a形成蕭特基接觸、歐姆接觸或其組合。基於控制信號（圖未示）的控制，第二摻雜區1503a，1503b用於來解調從吸收層1502產生的載子。在一些實施例中，引導區域1517在第二摻雜區1503a，1503b之間。

在一些實施例中，各個第二摻雜區1503a，1503b的深度大於各個第一摻雜區1501a，1501b的深度。深度係從吸收層1502的第一表面1502s到摻質達到背景濃度（例如1×10¹⁵ cm^-3 ）的位置來測量。在一些實施例中，引導區域1517的深度不大於各個第二摻雜區1503a，1503b的深度。

在一些實施例中，引導區域1517可以是浮接的。在一些實施例中，光偵測裝置1500c可以進一步包括電連接至引導區域1517的導電層（圖未示）。在一些實施例中，引導區域1517可以透過導電層被一偏壓電壓偏壓。在一些實施例中，引導區域1517和阻擋層1519共同形成為一垂直光電二極體，在引導區域1517和阻擋層1519之間建立有內置的垂直電場，其可以幫助分離由吸收層1502中的吸收的光子產生的電子-電洞對。術語“垂直”是基本上垂直於吸收層1502的第一表面的方向。

圖15D繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。在一些實施例中，圖15D所示的剖視圖可以是沿著光偵測裝置的任何可能的截面線的剖視圖。圖15D中的光偵測裝置1500d類似於圖15C中的光偵測裝置1500c，其中差異描述於下。在一些實施例中，光偵測裝置進一步1500d包括兩個反摻雜區1551a，1551b。在一些實施例中，反摻雜區1551a，1551b形成在吸收層1502中。在一些實施例中，反摻雜區1551a與第一摻雜區1501a的至少一部分重疊。反摻雜區1551b與第一摻雜區1501b的至少一部分重疊。在一些實施例中，反摻雜區1551a，1551b與遠離控制接觸層1506a，1506b的第一摻雜區1501a，1501b的一部分重疊，並且第一摻雜區1501a，1501b的其他部分不與反摻雜區1551a，1551b重疊。在一些實施例中，各個第一摻雜區1501a，1501b的全部都與相應的反摻雜區1551a，1551b重疊。

各個反摻雜區1551a，1551b具有與第一摻雜區1501a，1501b的第一導電類型不同的導電類型。例如，如果第一摻雜區1501a，1501b是n型，則反摻雜區1551a，1551b是p型。在一些實施例中，各個反摻雜區1551a，1551b包括摻質以及具有峰值摻質濃度的摻質分佈。峰值摻質濃度不小於1×10¹⁶ cm^-3 。在一些實施例中，反摻雜區1551a，1551b的峰值摻質濃度低於第一摻雜區1501b，1501a的峰值摻質濃度。在一些實施例中，各個反摻雜區1551a，1551b的峰值摻質濃度在1x10¹⁶ cm^-3 和1x10¹⁹ cm^-3 之間。在一些實施例中，反摻雜區1551a，1551b用作暗電流減小區，用於降低光偵測裝置1500d的暗電流。與不具有反摻雜區1551a，1551b的光偵測裝置相比，包括與第一摻雜區1501a，1501b的至少一部分重疊的反摻雜區1551a，1551b的光偵測裝置1500d在吸收層1502內具有更薄的空乏區，因此光偵測裝置1500d具有較低的暗電流。

在一些實施例中，反摻雜區1551a，1551b可以降低兩個第一摻雜區1501a，1501b之間的耦合。

在一些實施例中，光偵測裝置1500d可以進一步包括電連接至阻擋層1519的導電層1521。可以透過導電層1521以偏壓電壓將阻擋層1519偏壓，以釋放未被第一摻雜區1501a，1501b收集的載子。在一些實施例中，阻擋層1519可以被偏壓並且因此在阻擋層1519和引導區域1517之間提供一垂直電場，這可以幫助分離在吸收區域AR中產生的電子-電洞對。在一些實施例中，光偵測裝置1500d可以進一步包括電連接到引導區域1517並用以偏壓引導區域1517的另一導電層（圖未示），這進一步增強了阻擋層1519和引導區域1517之間的垂直電場。

圖15E繪示根據一些實施例的光偵測裝置的俯視圖。圖15E中的光偵測裝置1500e類似於圖15A中的光偵測裝置，其中差異描述於下。光偵測裝置1500e沒有阻擋層1519。讀出接觸層1508a，1508b、控制接觸層1506a，1506b形成在基底1504的第一表面上。引導區域1517形成在吸收層1502和基底1504兩者中。換句話說，引導區域1517的一部分在吸收層1502中，引導區域1517的另一部分在基底1504中。在一些實施例中，引導區域1517覆蓋基底1504和吸收層1502之間的界面的一部份。在一些實施例中，從光偵測裝置1500e的頂視圖來看，光偵測裝置1500e還包括形成在基底1504中並且圍繞吸收層1502、讀出接觸層1508a，1508b和控制接觸層1506a，1506b的一隔離區1524。隔離區1524與吸收層1502分離。在一些實施例中，隔離區1524是填充有介電材料或絕緣材料的溝槽，以用作兩個相鄰像素之間的高電阻區域，從而阻礙了跨隔離區1524的電流流動，並改善相鄰像素之間的電隔離。所述介電材料或絕緣材料可以包括但不限於包括SiO₂ 的氧化物材料或包括Si₃ N₄ 的氮化物材料或包括非晶矽、多晶矽、單晶矽或磊晶矽的矽材料。在一些實施例中，從光偵測裝置1500e的橫截面看，隔離區1524從基底1504的第一表面（圖未示）延伸並且從第一表面延伸到一預定深度。在一些實施例中，隔離區1524從基底1504的第二表面（圖未示）延伸並且從第二表面延伸到一預定深度。在一些實施例中，隔離區1524從第一表面至第二表面貫穿基底1504。

在一些實施例中，隔離區1524是具有導電類型的摻雜區。隔離區1524的摻雜可以產生能隙偏移引起的位能勢壘（bandgap offset-induced potential energy barrier），其阻止了電流流過隔離區1524，並改善光偵測裝置1500e的相鄰像素之間的電隔離。在一些實施例中，隔離區1524包括與基底1504的材料不同的半導體材料。在基底1504和隔離區1524之間形成的兩種不同半導體材料之間的界面可以產生能隙偏移引起的能障，其阻止了電流流過隔離區1524，並改善了光偵測裝置1500e相鄰像素之間的電隔離。在一些實施例中，隔離區1524的形狀可以是環形。在一些實施例中，隔離區1524可以包括兩個獨立區域，其設置在吸收層1502的兩個相對側。

圖15F繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。在一些實施例中，圖15F繪示沿圖15E中的A-A’線的剖視圖。在一些實施例中，圖15F所示的剖視圖可以是沿著光偵測裝置的任何可能的截面線的剖視圖。在一些實施例中，光偵測裝置1500f的第一開關還包括一第一摻雜區1501a，其類似於前述的第一摻雜區，例如圖15C中描述的第一摻雜區1501a。在一些實施例中，第二開關還包括一第一摻雜區1501b，其類似於前述的第一摻雜區，例如圖15C中描述的第一摻雜區1501b。在一些實施例中，第一開關還包括一第二摻雜區1503a，其類似於前述的第二摻雜區，例如圖15C中描述的第二摻雜區1503a。在一些實施例中，第二開關包括一第二摻雜區1503b，其類似於前述的第二摻雜區，例如圖15C中描述的第二摻雜區1503b。引導區域1517在第二摻雜區1503a，1503b之間。在一些實施例中，隔離區1524的導電類型可以與第一摻雜區1501a，1501b的第一導電類型不同或相同。

圖15G繪示根據一些實施例的光偵測裝置的俯視圖。圖15G中的光偵測裝置1500g類似於圖15E中的光偵測裝置1500e，其中差異描述於下。在一些實施例中，光偵測裝置的像素還包括形成在吸收層1502中的排出區域1518。在一些實施例中，排出區域1518設置在吸收區域AR的相對於吸收區域AR設置有第一開關和第二開關的相反側。在一些實施例中，吸收區域AR在排出區域1518與控制接觸層1506a或控制接觸層1506b之間。

排出區域1518具有不同於引導區域1517的導電類型的導電類型。在一些實施例中，排出區域1518包括一摻質並且具有峰值摻質濃度範圍為1×10¹⁸ cm^-3 至5×10²⁰ cm^-3 的摻質分佈。在光偵測裝置1500g的操作中，排出區域1518用於釋放未被第一摻雜區1501a，1501b收集的載子。因此，光偵測裝置1500g具有改善的可靠性和量子效率。在一些實施例中，光偵測裝置1500g的像素還包括電性耦接到排出區域1518並且設置在吸收層1502上的一導電層1541，用於偏壓排出區域1518。例如，如果光偵測裝置1500g被配置為收集電子，則電洞可以通過排出區域1518和導電層1541被釋放。

圖15H繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。在一些實施例中，圖15H繪示沿圖15G中的B-B’線的剖視圖。在一些實施例中，圖15H所示的剖視圖可以是沿著光偵測裝置的任何可能的截面線的剖視圖。

圖15I繪示根據一些實施例的光偵測裝置的俯視圖。圖15I中的光偵測裝置1500i類似於圖15A中的光偵測裝置1500a，其中差異描述於下。在一些實施例中，光偵測裝置1500i的像素還包括一排出區域1518，其類似於圖15G中描述的排出區域1518。其中區別描述於下。排出區域1518形成在吸收層1502和基底1504兩者中。換句話說，排出區域1518的一部分在吸收層1502中，排出區域1518的另一部分在基底1504中。光偵測裝置1500i的像素還包括電性耦接至排出區域1518的一導電層1541，以用於偏壓排出區域1518，如圖15G所示。導電層1541設置在基底1504上方並且與排出區域1518重疊。

圖15J繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。在一些實施例中，圖15J繪示沿圖15I中的B-B’線的剖視圖。在一些實施例中，圖15J所示的剖視圖可以是沿著光偵測裝置的任何可能的截面線的剖視圖。

圖15K繪示根據一些實施例的光偵測裝置的俯視圖。圖15K中的光偵測裝置1500k類似於圖15E中的光偵測裝置1500e，其中差異描述於下。在一些實施例中，控制接觸層1506a，1506b在吸收層1502的第一表面上，其可以增加吸收層1502中的控制接觸層1506a，1506b正下方的部分之間的橫向電場。在一些實施例中，光偵測裝置1500k的像素可以進一步包括如圖15G或圖15I中所述的一排出區域1518。在一些實施例中，光偵測裝置1500k可以進一步包括如圖15G或圖15I中所述的一導電層1541。

圖15L繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。在一些實施例中，圖15L繪示沿圖15K中的A-A’線的剖視圖。在一些實施例中，圖15L所示的剖視圖可以是沿著光偵測裝置的任何可能的截面線的剖視圖。在一些實施例中，第一開關還包括一第一摻雜區1501a，其類似於前述的第一摻雜區，例如圖15C中所述的第一摻雜區1501a。在一些實施例中，第二開關還包括一第一摻雜區1501b，其類似於前述的第一摻雜區，例如圖15C中描述的第一摻雜區1501b。在一些實施例中，第一開關還包括一第二摻雜區1503a，其類似於前述的第二摻雜區，例如圖15C中描述的第二摻雜區1503a。在一些實施例中，第二開關包括一第二摻雜區1503b，其類似於前述的第二摻雜區，例如圖15C中描述的第二摻雜區1503b。引導區域1517在第二摻雜區1503a，1503b之間。

圖16A繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。光偵測裝置1600a包括一基底1604。光偵測裝置1600a還包括一像素，其包括由基底1604支撐的一吸收層1602。像素包括類似於前述的吸收區域AR的一吸收區域AR，例如圖15A所示的吸收區域AR。像素包括電性耦接到吸收層1602的一第一開關（圖未標）和一第二開關（圖未標）。第一開關包括一控制接觸層1606a和一讀出接觸層1608a。第二開關包括一控制接觸層1606b和一讀出接觸層1608b。在一些實施例中，讀出接觸層1608a，1608b和控制接觸層1606a，1606b形成在吸收層1602的第一表面1602s上。在一些實施例中，吸收區域AR的寬度小於讀出接觸層1608a，1608b之間的距離。在一些實施例中，讀出接觸層1608a，1608b被設置在吸收區域AR的兩個相對側。

光偵測裝置1600a包括多個重複的像素。光偵測裝置1600a包括具有多個重複像素的像素陣列。在一些實施例中，像素陣列可以是一維或二維陣列的像素。

在一些實施例中，未摻雜區1605a，1605b位在控制接觸層1606a，1606b的正下方。即，吸收層1602在控制接觸層1606a，1606b正下方的部分可以是本質的或包括摻質，並且具有峰值摻質濃度低於大約1×10¹⁵ cm^-3 的摻質分佈。術語“本質”是指吸收層1602在控制接觸層1606a，1606b正下方的部分未故意添加摻質。在一些實施例中，取決於各種因素，包括吸收層1602的材料、控制接觸層1606a，1606b的材料以及吸收層1602的雜質或缺陷程度，吸收層1602上的控制接觸層1606a，1606b可導致蕭特基接觸、歐姆接觸或具有在兩者之間的中間特性的一組合的形成。

在一些實施例中，像素還包括控制控制接觸層1606a，1606b的兩個控制信號cs1，cs2，以控制由吸收層1602中的吸收光子產生的電子或電洞的移動方向。例如，當使用電壓時 如果控制信號cs1相對於控制信號cs2偏置，則在控制接觸層1606a，1606b的正下方的兩個未摻雜區1605a，1605b之間會產生電場，且取決於電場的方向，自由電荷會向兩個未摻雜區1605a，1605b之一漂移。

在一些實施例中，像素包括兩個電容1610a，1610b。讀出接觸層1608a電性耦接到電容1610a，且讀出接觸層1608b電性耦接到電容1610b。電容1610a，1610b類似於前述的電容。在一些實施例中，像素還包括分別電性耦接到第一開關和第二開關的第一讀出電路和第二讀出電路，用以處理收集的電荷。第一讀出電路可以包括電容1610a。第二讀出電路可以包括電容1610b。第一讀出電路電性耦接到讀出接觸層1608a。第二讀出電路電性耦接到讀出接觸層1608b。

在一些實施例中，第一開關包括在吸收層1602中並且在讀出接觸層1608a下的一第一摻雜區1601a。第二開關包括在吸收層1602中並且在讀出接觸層1608b下的一第一摻雜區1601b。在一些實施例中，第一摻雜區1601a類似於前述的第一摻雜區，例如圖15C中描述的第一摻雜區1501a。在一些實施例中，第一摻雜區1601b類似於前述的第一摻雜區，例如圖15C中描述的第一摻雜區1501b。

光偵測裝置1600a的像素還包括在吸收層1602中的通道區1630。在一些實施例中，通道區1630沿著基本垂直吸收層1602的第一表面1602s的方向佈置在兩個開關與吸收層1602的第二表面1602ss之間。

通道區1630沿著垂直方向D1在控制接觸層1606a，1606b下方。通道區1630包括一摻質，且具有與第一摻雜區1601a，1601b的第一導電類型相同的導電類型。在一些實施例中，通道區1630包括一摻質並且具有峰值摻質濃度不小於1×10¹⁵ cm^-3 的摻質分佈。在一些實施例中，通道區1630的峰值摻質濃度在1×10¹⁵ cm^-3 與5×10¹⁷ cm^-3 之間。在一些實施例中，通道區1630的峰值摻質濃度位於吸收層1602中。通道區1630是位於吸收層1602中的一埋入區。在一些實施例中，第一表面1602s和具有峰值摻質濃度的通道區1630的位置之間的距離不小於30nm。在一些實施例中，第二表面1602ss和具有峰值摻質濃度的通道區1630的位置之間的距離不小於30nm。在一些實施例中，吸收層1602的第一表面1602s和具有峰值摻質濃度的通道區1630的位置之間的距離小於第二表面1602ss和具有峰值摻質濃度的通道區1630的位置之間的距離。

在一些實施例中，吸收層1602的第一表面1602s和具有通道區1630的峰值摻質濃度的通道區1630的位置之間的距離在50nm至650nm之間。通道區1630的摻質分佈可以通過任何合適的方法來控制，例如通過包括提供多個注入劑量和能量的佈植。在一些實施例中，通道區1630的寬度大於控制接觸層1606a，1606b之間的距離d₃ ，以降低光偵測裝置1600a的兩個控制接觸層1606a，1606b之間的漏電流。在一些實施例中，通道區1630的寬度在10nm至500nm之間。

通道區1630促進從吸收層1602產生的載子流向第一摻雜區1601a或第一摻雜區1601b，而不會到達吸收層1602的第一表面1602s。結果是，累積在控制接觸層1606a，1606b下方的部分之間的載子變少。因此，提高了解調對比度，且光偵測裝置1600a的兩個控制接觸層1606a，1606b之間的漏電流變得較低。

在一些實施例中，通道區1630可以與第一摻雜區1601a，1601b重疊。即，通道區1630可以連接到第一摻雜區1601a，1601b。如果第一開關開啟並且第二開關斷閉，則可以通過偏壓第二開關的第一摻雜區1601b來將載子推向第一摻雜區1601a流動。也就是說，通過電壓控制，通道區1630與對於載子是關閉的開關的第一摻雜區之間會斷開，因此載子將不會流入到關閉的開關的第一摻雜區中。

在一些實施例中，通道區1630與第一摻雜區1601a，1601b分離，以降低第一摻雜區1601a，1601b之間的漏電流。

圖16B繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖16B中的光偵測裝置1600b類似於圖16A中的光偵測裝置1600a，其中差異描述於下。在一些實施例中，第一開關還包括在吸收層1602中並且在控制接觸層1606a下的一第二摻雜區1603a。第二開關還包括在吸收層1602中並且在控制接觸層1606b下的一第二摻雜區1603b。第二摻雜區1503a類似於前述的第二摻雜區，例如圖15C中描述的第二摻雜區1503a。第二摻雜區1503b類似於前述的第二摻雜區，例如圖15C中描述的第二摻雜區1503b。在一些實施例中，通道區1630與第二摻雜區1603a，1603b重疊。即，重疊區域可以包括通道區1630的摻質和第二摻雜區1603a，1603b的摻質，其中兩種摻質是不同的。

圖16C繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖16C中的光偵測裝置1600c類似於圖16A中的光偵測裝置1600a，其中差異描述於下。在一些實施例中，第一開關還包括在吸收層1602和控制接觸層1606a之間的一第一介電層1633a。第二開關可以進一步包括在吸收層1602和控制接觸層1606b之間的一第二介電層1633b。

第一介電層1633a防止從控制接觸層1606a至吸收層1602的直接電流傳導，但允許在吸收層1602內建立電場，以響應施加於控制接觸層1606a的一電壓。第二介電層1633b防止從控制接觸層1606b至吸收層1602的直接電流傳導，但允許在吸收層1602內建立電場，以響應施加於控制接觸層1606b的一電壓。建立的電場可以吸引或排斥吸收層1602內的電荷載子。

圖16D繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖16D中的光偵測裝置1600d類似於圖16C中的光偵測裝置1600c，其中差異描述於下。在一些實施例中，第一開關還包括在第一介電層1633a下方的一第二摻雜區1603a。第二開關還包括在第二介電層1633b下方的一第二摻雜區1603b。第二摻雜區1603a，1603b類似於前述的第二摻雜區，例如圖16B中描述的第二摻雜區1603a，1603b。

圖16E繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖16E中的光偵測裝置1600e類似於圖16A中的光偵測裝置1600a，其中差異描述於下。在一些實施例中，像素的吸收層1602包括一阻礙區1640。阻礙區1640在第一摻雜區1601a，1601b之間。阻礙區1640在第一表面1602s和通道區1630之間。

在一些實施例中，阻礙區1640包括一摻質並且具有一導電類型。在一些實施例中，阻礙區1640具有一摻質分佈，其峰值摻質濃度不同於通道區1630的峰值摻質濃度。在一些實施例中，阻礙區1640的導電類型與通道區1630的導電類型相同，且阻礙區1640的峰值摻質濃度低於通道區1630的峰值摻質濃度。例如，如果光偵測裝置1600e被配置為處理所收集的電子以進一步應用，第一摻雜區1601b，1601a為n型，通道區1630為n型，阻礙區1640為n型，且阻礙區1640的峰值摻質濃度低於通道區1630的峰值摻質濃度。

在一些實施例中，阻礙區1640的導電類型不同於通道區1630的導電類型，且阻礙區1640的峰值摻質濃度高於通道區1630的峰值摻質濃度。在一些實施例中，阻礙區1640的峰值摻質濃度在1×10¹⁸ cm^-3 和5×10²⁰ cm^-3 之間。例如，如果光偵測裝置1600e被配置為處理所收集的電子以進一步應用，第一摻雜區1601b，1601a為n型，通道區1630為n型，阻礙區1640為p型，且阻礙區1640的峰值摻質濃度高於通道區1630的峰值摻質濃度。

阻礙區1640可以阻擋要被收集的載子到達吸收層1602的第一表面1602s。結果是，可以提高光偵測裝置1600e的收集效率。

圖16F繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖16F中的光偵測裝置1600f類似於圖16E中的光偵測裝置1600e，其中差異描述於下。光偵測裝置1600f還包括一第一緩衝區1661和一第二緩衝區1662。第一緩衝區1661和第二緩衝區1662位於吸收層1602中。第一緩衝區1661位於第一摻雜區1601a，1601b之間，且與第一摻雜區1601b相鄰或重疊。在一些實施例中，第一緩衝區1661與通道區1630分離，以降低光偵測裝置1600f的暗電流。第二緩衝區1662在第一摻雜區1601a，1601b之間，且與第一摻雜區1601a相鄰或重疊。在一些實施例中，第二緩衝區1662與通道區1630分離，以降低光偵測裝置1600f的暗電流。第一緩衝區1661和第二緩衝區1662可以進一步調整吸收層1602中的空乏區，例如第一摻雜區1601a，1601b周圍的空乏區以及吸收層1602的第一表面1602s附近的空乏區。

在一些實施例中，各個第一緩衝區1661和第二緩衝區1662具有一導電類型。在一些實施例中，各個第一緩衝區1661和第二緩衝區1662包括一第五摻質並且具有一峰值摻質濃度的摻質分佈。所述峰值摻質濃度不小於1×10¹⁶ cm^-3 。在一些實施例中，第一緩衝區1661和第二緩衝區1662的峰值摻質濃度低於第一摻雜區1601b，1601a的峰值摻質濃度。在一些實施例中，第一緩衝區1661和第二緩衝區1662的峰值摻質濃度在例如1x10¹⁶ cm^-3 和1x10¹⁸ cm^-3 之間。

由於各個第一緩衝區1661和第二緩衝區1662都具有低於第一摻雜區1601b，1601a的峰值摻質濃度的峰值摻質濃度，所以可以改善光偵測裝置1600f的可靠性。

在一些實施例中，第一緩衝區1661和第二緩衝區1662的導電類型與第一摻雜區1601a，1601b的第一導電類型相同。例如，如果光偵測裝置1600f被配置為處理所收集的電子以進一步應用，則第一摻雜區1601a，1601b為n型，通道區1630為n型，且第一緩衝區1661 第二緩衝區1662為n型。

具有與第一摻雜區1601a，1601b的第一導電類型相同的導電類型的第一緩衝區1661和第二緩衝區1662可以提高載子收集效率，因為載子收集可以被第一緩衝區1661和第二緩衝區1662限制在吸收層1602的第一表面1602s附近。

在一些實施例中，第一緩衝區1661和第二緩衝區1662的導電類型不同於第一摻雜區1601a，1601b的第一導電類型。例如，如果光偵測裝置1600f被配置為處理所收集的電子以進一步應用，則第一摻雜區1601a，1601b為n型，通道區1630為n型，且第一緩衝區1661和第二緩衝區1662為p型。第一緩衝區1661阻止載子在第一表面1602s附近流入第一摻雜區1601b，並同時降低局部暗電流。第二緩衝區1662阻止載子在第一表面1602s附近流入第一摻雜區1601a，並同時降低局部暗電流。

具有不同於第一摻雜區1601a，1601b的第一導電類型的導電類型的第一緩衝區1661和第二緩衝區1662可以提高載子收集效率，因為載子收集可以被限制在遠離吸收層1602的第一表面1602s的區域內，例如，被限制在第一摻雜區1601a，1601b的遠離吸收層1602的第一表面1602s的部分。

在一些實施例中，第一緩衝區1661的深度d₅ 小於第一摻雜區1601b的深度d₂ 。在一些實施例中，第二緩衝區1662的深度d₆ 小於第一摻雜區1601a的深度d₂ 。所述深度係從吸收層1602的第一表面1602s測量到摻質分佈達到背景濃度的位置（例如1×10¹⁵ cm^-3 ）。

圖16G繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖16G中的光偵測裝置1600g類似於圖16F中的光偵測裝置1600f，其中差異描述於下。在一些實施例中，通道區1630可以與第一緩衝區1661和第二緩衝區1662重疊。也就是說，通道區1630可以連接到第一緩衝區1661和第二緩衝區1662。由於通道區1630連接到第一緩衝區1661和第二緩衝區1662，改善了光偵測裝置1600g的解調對比度。

圖16H繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖16H中的光偵測裝置1600h類似於圖16A中的光偵測裝置1600a，其中差異描述於下。在一些實施例中，光偵測裝置1600h的像素還包括在吸收層1602中的兩個反摻雜區1651a，1651b。反摻雜區1651a，1651b類似於前述的反摻雜區，例如，圖15D中所描述的反摻雜區1551a，1551b。

圖16I繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖16I中的光偵測裝置1600i類似於圖16A中的光偵測裝置1600a，其中差異描述於下。在一些實施例中，光偵測裝置1600i還包括圍繞吸收層1602的一阻擋層1619。阻擋層1619類似於前述的阻擋層，例如圖15A和圖15C中的阻擋層1519。光偵測裝置1600i還包括電性耦接至阻擋層1619的一導電層1609。在一些實施例中，可以通過導電層1609以偏壓電壓ca2對阻擋層1619進行偏壓，以釋放未被第一摻雜區1601a，1601b收集的載子。

在一些實施例中，由於通道區1630和阻擋層1619共同形成一垂直光電二極體，因此在通道區1630和阻擋層1619之間建立了內置的垂直電場，其可以幫助分離由吸收層1602中的吸收光子產生的電子-電洞，例如，當通道區1630為n型並且阻擋層1619為p型時，電子趨於向通道區1630移動並且電洞趨於向阻擋層1619移動。通道區1630被用來收集電子並用作初步收集器。阻擋層1619被用來收集電洞。存儲在通道區1630中的電子可以基於控制信號cs1，cs2進一步移動到第一摻雜區1601b或第一摻雜區1601a。因此，改善了光偵測裝置1600i的解調對比度。

圖16J繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖16J中的光偵測裝置1600j類似於圖16I中的光偵測裝置1600i，其中差異描述於下。在一些實施例中，光偵測裝置1600j的像素還包括反摻雜區1651a，1651b。反摻雜區1651a，1651b類似於前述的反摻雜區，例如圖16H中所述的反摻雜區1651a，1651b。在一些實施例中，像素的吸收層1602包括一阻礙區1640。阻礙區1640類似於前述的阻礙區，例如圖16E中所描述的阻礙區1640。在一些實施例中，光偵測裝置1600j的像素還包括一第一緩衝區1661和一第二緩衝區1662。第一緩衝區1661和第二緩衝區1662類似於如圖16F中所述的第一緩衝區1661和第二緩衝區1662。

在一些實施例中，如果第一緩衝區1661和第二緩衝區1662的導電類型與第一摻雜區1601a，1601b的第一導電類型相同，則各整個第一摻雜區1601b，1601a都分別與反摻雜區1651b，1651a重疊。在一些實施例中，第一緩衝區1661與第一摻雜區1601b相鄰或與反摻雜區1651b的一部分重疊，且第二緩衝區1662與第一摻雜區1601a相鄰並且與反摻雜區1651a的一部分重疊。即，第一緩衝區1661與反摻雜區1651b重疊的部分包括第五摻質和反摻雜區1651a的摻質，其中第五摻質與反摻雜區1651b的摻質不同。反摻雜區1651b的峰值摻質濃度低於第一緩衝區1661的峰值摻質濃度。類似地，第二緩衝區1662與反摻雜區1651a重疊的部分包括反摻雜區1651a的摻質和第五摻質。反摻雜區1651a的峰值摻質濃度低於第二緩衝區1662的峰值摻質濃度。

在一些實施例中，第一緩衝區1661和第二緩衝區1662的導電類型不同於第一摻雜區1601a，1601b的第一導電類型，反摻雜區1651b與第一摻雜區1601b的一部分重疊，且反摻雜區1651a 與第一摻雜區1601a的一部分重疊。即，第一摻雜區1601b的遠離吸收層1602的第一表面1602s的部分既不與反摻雜區1651b重疊也不與第一緩衝區1661重疊，且第一摻雜區1601a的遠離吸收層1602的第一表面1602s的部分既不與反摻雜區1651a重疊也不與第二緩衝區1662重疊。

具有不同於第一摻雜區1601a，1601b的第一導電類型的導電類型的第一緩衝區1661和第二緩衝區1662可以改善載子收集效率，因為載子收集可以被限制在遠離吸收層1602的第一表面1602s的區域內，例如，被限制在第一摻雜區1601a的遠離吸收層1602的第一表面1602s，且既不與反摻雜區1651a重疊也不與第二緩衝區1662重疊的部分；並被限制在第一摻雜區1601b的遠離吸收層1602的第一表面1602s，且既不與反摻雜區1651b重疊也不與第一緩衝區1661重疊的部分。

圖16K繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖16K中的光偵測裝置1600k類似於圖16J中的光偵測裝置1600j，其中差異描述於下。在一些實施例中，光偵測裝置1600k還包括第二摻雜區1603a，1603b。第二摻雜區1603a，1603b類似於前述的第二摻雜區，例如圖16B中描述的第二摻雜區1603a，1603b。在一些實施例中，第一緩衝區1661與第二摻雜區1603b分離。在一些實施例中，第二緩衝區1662與第二摻雜區1603a分離。在一些實施例中，第一緩衝區1661、第一摻雜區1601b和反摻雜區1651b可以在不同的步驟中形成，例如通過不同的遮罩。第二緩衝區1662、第一摻雜區1601a和反摻雜區1651a可以在不同的步驟中形成，例如通過不同的遮罩。

在一些實施例中，如果阻礙區1640的導電類型不同於通道區1630的導電類型，則阻礙區1640與第二摻雜區1603a，1603b分離。 即，阻礙區1640不與第二摻雜區1603a，1603b重疊。在一些實施例中，阻礙區1640的寬度小於通道區1630的寬度。

在一些實施例中，如果阻礙區1640的導電類型與通道區1630的導電類型相同，則阻礙區1640可以連接到第二摻雜區1603a，1603b。即，阻礙區1640與第二摻雜區1603a，1603b重疊。

具有與第一摻雜區1601a，1601b的第一導電類型相同的導電類型的第一緩衝區1661和第二緩衝區1662可以改善載子收集效率，因為載子收集可以被第一緩衝區1661和第二緩衝區1662限制在吸收層的第一表面1602s附近，並且因為具有相反導電類型的兩個區域之間的距離縮短了，即第一緩衝區1661和第二摻雜區1603b之間的距離短於第一緩衝區1661和第二摻雜區1603b之間的距離；且第二緩衝區1662與第二摻雜區1603a之間的距離短於第一摻雜區1601a與第二摻雜區1603a之間的距離。

在一些實施例中，第一緩衝區1661的深度d₅ 小於第二摻雜區1603b的深度d₁ 。在一些實施例中，第二緩衝區1662的深度d₆ 小於第二摻雜區1603a的深度d₁ 。

圖16L繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖16L中的光偵測裝置1600l類似於圖16J中的光偵測裝置1600j，其中差異描述於下。在一些實施例中，第一開關還包括在吸收層1602和控制接觸層1606a之間的一第一介電層1633a。第二開關可以進一步包括在吸收層1602和控制接觸層1606b之間的一第二介電層1633b。第一介電層1633a和第二介電層1633b類似於前述的第一介電層和第二介電層，例如圖16C中所描述的第一介電層1633a和第二介電層1633b。

圖16M繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖16M中的光偵測裝置1600m類似於圖16L中的光偵測裝置1600l，其中差異描述於下。在一些實施例中，光偵測裝置1600m還包括分別在第一介電層1633a和第二介電層1633b下方的第二摻雜區1603a，1603b。第二摻雜區1603a，1603b類似於前述的第二摻雜區，例如圖16B中描述的第二摻雜區1603a，1603b。

圖17A繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。光偵測裝置1700a包括一基底1704。光偵測裝置還包括一像素，該像素包括由基底1704支撐的一吸收層1702。吸收層1702完全在基底1704的第一表面1704s上方。像素包括在吸收層1702中的一吸收區域AR。吸收區域AR類似於前述的吸收區域，例如圖15A中描述的吸收區域AR。像素包括電性耦接到吸收層1702一第一開關（圖未標）和一第二開關（圖未標）。第一開關包括一控制接觸層1706a和一讀出接觸層1708a。第二開關包括一控制接觸層1706b和一讀出接觸層1708b。在一些實施例中，讀出接觸層1708a，1708b形成在基底1704的第一表面1704s上。在一些實施例中，吸收層1702在控制接觸層1706b，1706b之間。在一些實施例中，控制接觸層1706b，1706b設置在吸收層1702的兩個相對側。在一些實施例中，吸收層1702的寬度w₁ 小於控制接觸層1706b，1706b之間的距離d₃ 。在一些實施例中，入射光信號從吸收層1702的第一表面1702s進入吸收區域AR。在一些實施例中，吸收層1702可以是本質的。

在一些實施例中，光偵測裝置1700a包括多個重複的像素。光偵測裝置1700a包括具有多個重複像素的像素陣列。在一些實施例中，像素陣列可以是一維或二維陣列的像素。

在一些實施例中，像素還包括分別電性耦接到第一開關和第二開關的一第一讀出電路（圖未示）和一第二讀出電路（圖未示），以處理收集的電荷。第一讀出電路電性耦接到讀出接觸層1708a。第二讀出電路電性耦接到讀出接觸層1708b。

在一些實施例中，第一開關包括一第一摻雜區1701a，其在基底1704中且在讀出接觸層1708a下方。第二開關包括一第一摻雜區1701b，在基底1704中且在讀出接觸層1708b下方。第一摻雜區1701a，1701b類似於前述的第一摻雜區，例如圖16A中描述的第一摻雜區1601a，1601b。在一些實施例中，光偵測裝置1700a的像素還包括在吸收層1702中的一埋入區1731。

埋入區1731比吸收層1702的第一表面1702s更靠近基底1704的第一表面1704s。埋入區1731包括一摻質，並且具有與第一摻雜區1701a，1701b的第一導電類型相同的導電類型。在一些實施例中，埋入區1731包括一摻質並且具有峰值摻質濃度不小於1×10^15c m^-3 的摻質分佈。在一些實施例中，埋入區1731的峰值摻質濃度在1×10¹⁵ cm^-3 和5×10¹⁷ cm^-3 之間。在一些實施例中，埋入區1731的峰值摻質濃度位於吸收層1702中。在一些實施例中，基底1704的第一表面1704s與具有峰值摻質濃度的埋入區1731的位置之間的距離不超過50nm。可以通過任何合適的方法來控制埋入區1731的摻雜分佈，例如通過包括提供多個注入劑量和能量的佈植。

在一些實施例中，埋入區1731的摻質可以通過基底1704和吸收層1702之間的界面擴散到基底1704。在一些實施例中，在基底1704和吸收層1702之間的界面處的摻雜濃度不小於1×10¹⁵ cm^-3 。因此，可以鈍化界面處的缺陷。

在一些實施例中，光偵測裝置1700a的像素還包括在吸收層1702中的一排斥區1741。排斥區1741與埋入區1731相對。在一些實施例中，與基底1740的第一表面1704s相比，排斥區1741更靠近吸收層1702的第一表面1702s。在一些實施例中，排斥區1741的導電類型不同於第一摻雜區1701a，1701b的第一導電類型。在一些實施例中，排斥區1741包括一摻質以及峰值摻質濃度不小於5×10¹⁵ cm^-3 的摻質分佈。在一些實施例中，埋入區1731的峰值摻質濃度在1×10¹⁸ cm^-3 和5×10²⁰ cm^-3 之間。

排斥區1741可以在吸收層中排斥要被收集在的載子，從而驅動載子向基底1704移動。因此，改善了光偵測裝置1700a的操作速度。例如，如果光偵測裝置1700a被配置為收集電子，則排斥區1741可以排斥電子並且推動電子向基底1704移動。

在一些實施例中，載子在吸收層1702中產生，並且載子的解調和收集在基底1704中。

在一些實施例中，排斥區1741可以是浮接的。在一些實施例中，光偵測裝置1700a還包括電性耦接至排斥區1741的一導電層1710。例如，排斥區1741可以通過導電層1710耦合至接地。

在一些實施例中，由於吸收層1702中的埋入區1731和排斥區1741共同形成一垂直光電二極體，所以在埋入區1731和排斥區1741之間建立了內置的垂直電場，這可以幫助分離由吸收層1702中的吸收的光子產生的電子-電洞對，例如，當埋入區1731是n型而排斥區1741是p型時，電子趨於向埋入區1731移動，且電洞趨於向排斥區1741移動。埋入區1731用來收集電子並用作初步收集器。排斥區1741用於收集電洞。基於控制信號cs1，cs2，存儲在埋入區1731中的電子可以越過基底1704與吸收層1702之間的界面進一步移動到第一摻雜區1701b或第一摻雜區1701a。因此，改善了光偵測裝置1700a的解調對比度。

圖17B繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖17B中的光偵測裝置1700b類似於圖17A中的光偵測裝置1700a，其中差異描述於下。在一些實施例中，第一開關還包括在基底1704中並且在控制接觸層1706a下的第二摻雜區1703a。第二開關還包括在基底1704中並且在控制接觸層1706b下的第二摻雜區1703b。第二摻雜區1703a，1703b類似於前述的第二摻雜區，例如圖16B中描述的第二摻雜區1603a，1603b。

圖17C繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖17C中的光偵測裝置1700c類似於圖17A中的光偵測裝置1700a，其中差異描述於下。在一些實施例中，第一開關還包括在基底1704和控制接觸層1706a之間的一第一介電層1733a。第二開關可以進一步包括在基底1704和控制接觸層1706b之間的一第二介電層1733b。第一介電層1733a防止從控制接觸層1706a到基底1704的直接電流傳導，但允許在基底1704內建立電場，以響應施加於控制接觸層1706a的一電壓。第二介電層1733b防止從控制接觸層1706b到基底1704的直接電流傳導，但允許在基底1704內建立電場，以響應施加於控制接觸層1706b的一電壓。建立的電場可以吸引或排斥基底1704內的電荷載子。

圖17D繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖17D中的光偵測裝置1700d類似於圖17C中的光偵測裝置1700c，在下面描述差異。在一些實施例中，第一開關還包括在基底1704中並且在第一介電層1733a下的一第二摻雜區1703a。第二開關還包括在基底1704中並且在第一介電層1733b下的一第二摻雜區1703b。第二摻雜區1703a，1703b類似於前述的第二摻雜區，例如圖16B中描述的第二摻雜區1603a，1603b。

圖17E繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。 圖17E中的光偵測裝置1700e類似於圖17A中的光偵測裝置1700a，其中差異描述於下。 在一些實施例中，光偵測裝置1700e還包括在基底1704中的一第一緩衝區1761和一第二緩衝區1762。第一緩衝區1761和第二緩衝區1762類似於如圖16F中所描述的第一緩衝區1661和第二1662。

第一緩衝區1761和第二緩衝區1762可以進一步調整基底1704中的空乏區，例如第一摻雜區1701a，1701b周圍的空乏區以及基底1704的第一表面1704s附近的空乏區。

具有不同於第一摻雜區1701a，1701b的第一導電類型的導電類型的第一緩衝區1761和第二緩衝區1762可以改善載子收集效率，因為載子收集可以被限制在遠離基底1704的第一表面1704s的區域內，例如，被限制在第一摻雜區1701a，1701b的遠離基底1704的第一表面1704s的部分。

具有與第一摻雜區1701a，1701b的第一導電類型相同的導電類型的第一緩衝區1761和第二緩衝區1762可以改善載子收集效率，因為載子收集可以被第一緩衝區1761和第二緩衝區1762限制在基底1704的第一表面1704s附近。

在一些實施例中，光偵測裝置1700e可以進一步包括在控制接觸層1706a，1706b下方的第二摻雜區（圖未示）。第二摻雜區與前述的第二摻雜區相似，例如如圖17B所示的第二摻雜區1703a，1703b。在這樣的實施例中，與第一摻雜區1701a，1701b的第一導電類型相同的導電類型的第一緩衝區1761和第二緩衝區1762可以改善載子收集效率，因為載子收集可以被第一緩衝區1761和第二緩衝區1762限制在基底1704的第一表面1704s附近，並且由於具有相反導電類型的兩個區域之間的距離縮短了，即第一緩衝區1761和第二摻雜區（圖未示）之間的距離短於第一摻雜區1701b和第二摻雜區（圖未示）之間的距離；第二緩衝區1762與第二摻雜區（圖未示）之間的距離短於第一摻雜區1701a與第二摻雜區（圖未示）之間的距離。

在一些實施例中，光偵測裝置1700e可以進一步包括如圖17C所示的第一介電層1733a和第二介電層1733b。

圖17F繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖17F中的光偵測裝置1700f類似於圖17A中的光偵測裝置1700a，其中差異描述於下。在一些實施例中，光偵測裝置1700f的像素還包括在基底1704中的反摻雜區1751a，1751b。反摻雜區1751a，1751b類似於前述的反摻雜區，例如如圖16H所述的反摻雜區1651a, 1651b。由於反摻雜區1751a，1751b與第一摻雜區1701a，1701b的至少一部分重疊，所以光偵測裝置1700f在基底1704中具有較薄的空乏區，因此光偵測裝置1700f具有較低的暗電流。

在一些實施例中，光偵測裝置1700f可以進一步包括如前所述的第一介電層和第二介電層，例如如圖17C所示的第一介電層1733a和第二介電層1733b。

圖17G繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖17G中的光偵測裝置1700g類似於圖17F中的光偵測裝置1700f，其中差異描述於下。在一些實施例中，光偵測裝置1700g的像素還包括在基底1704中的一第一緩衝區1761和一第二緩衝區1762。第一緩衝區1761和第二緩衝區1762類似於前述的第一緩衝區域和第二緩衝區域，例如如圖17E中所述的第一緩衝區域1761和第二緩衝區域1762。在一些實施例中，光偵測裝置1700g可以進一步包括如前所述的第一介電層和第二介電層，例如如圖17C中所述的第一介電層1733a和第二介電層1733b。

圖17H繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖17H中的光偵測裝置1700h類似於圖17A中的光偵測裝置1700a，其中差異描述於下。在一些實施例中，光偵測裝置1700h包括多個埋入區。例如，光偵測裝置1700h包括一第一埋入區1731a，其類似於圖17A中描述的埋入區1731。光偵測裝置1700h的像素還包括一第二埋入區1731b。第二埋入區1731b在基底1704中。第二埋入區1731b形成在基底1704的第一表面1704s。第二埋入區1731b也包括一摻質，並且具有與第一摻雜區1701a，1701b的第一導電類型相同的導電類型。在一些實施例中，第二埋入區1731b的峰值摻質濃度位於基底1704中。在一些實施例中，基底1704的第一表面1704s與具有峰值摻質濃度的第二埋入區1731b的位置之間的距離不超過50 nm。在一些實施例中，第二埋入區1731b的摻質可以通過基底1704和吸收層1702之間的界面擴散到吸收層1702。因此，界面處的缺陷可以被鈍化。在一些實施例中，第二埋入區1731b的寬度w₂ 大於吸收層1702的寬度w₁ 。

在一些實施例中，第一埋入區1731a的摻質和第二埋入區1731a的摻質可以相同。 在一些實施例中，第一埋入區1731a的峰值摻質濃度和第二埋入區1731a的峰值摻質濃度在基底1704和吸收層1702之間的界面的相對兩側。在一些實施例中，吸收層1702可以是本質的。

圖17I繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖17I中的光偵測裝置1700i類似於圖17H中的光偵測裝置1700h，其中差異描述於下。在一些實施例中，光偵測裝置1700i的像素還包括在基底1704中的一第一緩衝區1761和一第二緩衝區1762。第一緩衝區域1761和第二緩衝區域1762類似於前述的第一緩衝區域和第二緩衝區域，例如如圖17E中所述的第一緩衝區域1761和第二緩衝區域1762。在一些實施例中，光偵測裝置1700i的像素還包括在基底1704中的反摻雜區1751a，1751b。反摻雜區1751a，1751b類似於之前提到的反摻雜區，例如 如圖17F中所描述的反向摻雜1751a，1751b。

在一些實施例中，光偵測裝置1700i的第一開關還包括在基底中並且在控制接觸層1706a下方的一第二摻雜區（圖未示）。光偵測裝置1700i的第二開關還包括在基底1704中並且在控制接觸層1706b之下的第二摻雜區（圖未示）。第二摻雜區1703a，1703b類似於前述的第二摻雜區，例如圖17B中描述的第二摻雜區1703a，1703b。

圖18A繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。光偵測裝置1800a包括一基底1804。光偵測裝置1800a還包括一像素，該像素包括由基底1804支撐的一吸收層1802。該像素在吸收層1802中包括一吸收區域AR。吸收區域AR與前述的吸收區域AR類似，例如圖15A中描述的吸收區域AR。像素還包括在吸收層1802上方的一載子控制層1810。在一些實施例中，載子控制層1810在吸收層1802的第一表面1802s上。在一些實施例中，載子控制層1810以磊晶形成在吸收層1802的第一表面1802s上。

在一些實施例中，吸收層1802接收光信號並將光信號轉換成電信號。在一些實施例中，載子控制層1810的材料不同於吸收層1802的材料。

在一些實施例中，載子控制層1810的材料包括一半導體材料。在一些實施例中，吸收層1802的材料包括一半導體材料。在一些實施例中，吸收層1802的材料具有第一能隙，並且載子控制層1810的材料具有大於第一能隙的第二能隙。在一些實施例中，載子控制層1810的導電類型不同於吸收層1802的導電類型。在一些實施例中，載子控制層1810的導電類型與吸收層1802的導電類型相同。在一些實施例中，半導體材料包括III-V族半導體材料或IV族半導體材料。在一些實施例中，載子控制層1810包括矽，且吸收層1802包括鍺。在一些實施例中，載子控制層1810包括非晶矽、多晶矽、結晶矽或其組合。

在一些實施例中，載子控制層1810和吸收層1802是一異質接面二極體。 在一些實施例中，載子控制層1810的厚度小於吸收層1802的厚度。在一些實施例中，載子控制層1810的厚度不小於100nm且不大於500nm。在一些實施例中，載子控制層1810的厚度在200nm至500nm之間。在一些實施例中，光偵測裝置1800a還包括電性耦接到載子控制層1810的一讀出接觸層1808。讀出接觸層1808在載子控制層1810的第一表面1810s上。載子控制層1810可以通過讀出接觸層1808被一偏壓電壓偏壓，以控制和收集載子。

在一些實施例中，光偵測裝置1800a包括在讀出接觸層1808下方的一第一摻雜區（圖未示）。第一摻雜區包括一第一摻質，並且具有峰值摻質濃度在1x 10¹⁷ cm^-3 至5 x 10²⁰ cm^-3 範圍內的摻質分佈。第一摻雜區是為了方便控制載子的移動和收集。

在一些實施例中，如果光偵測裝置1800a被配置為收集電子，則在讀出接觸層1808下方的第一摻雜區是n型的。

光偵測裝置1800a包括多個重複的像素。光偵測裝置1800a包括包括多個重複像素的像素陣列。在一些實施例中，像素陣列可以是一維或二維陣列的像素。

在一些實施例中，在吸收層1802中產生的載子流過吸收層1802和載子控制層1810之間的界面，然後流到要控制的載子控制層1810中，例如被形成在載子控制層1810上的讀出接觸層1808解調和收集。這樣，由於隨後的製程可以在載子控制層1810上而不是在吸收層1802上完成，因此可以改善微縮能力和製程整合。此外，由於吸收功能和例如載子的解調和載子的收集的載子控制功能，分別在吸收層1802和載子控制層1810中進行，其中載子控制層1810的能隙大於吸收層的能隙 1802，故光偵測裝置1800a的暗電流較低。

在一些實施例中，光偵測裝置1800a可以應用於CMOS影像感測器。

圖18B繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖18B中的光偵測裝置1800b類似於圖18A中的光偵測裝置1800a，其中差異描述於下。

在一些實施例中，光偵測裝置1800b的像素還包括電連接到載子控制層1810的一控制接觸層1806。控制接觸層1806形成在載子控制層1810的第一表面1810s上。

在一些實施例中，光偵測裝置1800b還包括在控制接觸層1806正下方的一第二摻雜區（圖未示）。第二摻雜區的導電類型不同於第一摻雜區的導電類型。在一些實施例中，第二摻雜區包括一第二摻質，並且具有一摻質分佈，其摻質濃度在1×10¹⁷ cm^-3 至5×10²⁰ cm^-3 的範圍內。第二摻雜區用於促進收集與由讀出接觸層1808收集的載子不同的載子。第二摻雜區可以通過控制接觸層1806以一偏壓電壓偏壓以釋放收集的載子。

圖18C繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖18C中的光偵測裝置1800c類似於圖18B中的光偵測裝置1800b，其中差異描述於下。

在一些實施例中，光偵測裝置1800c還包括圍繞吸收層1802的至少一部分的一阻擋層1819。阻擋層1819可以類似於前述的阻擋層，例如如圖15A中所述的阻擋層1519。

在一些實施例中，光偵測裝置1800c還包括一導電層1809，其電連接到阻擋層1819並且在基底1804的第一表面1804s上。阻擋層1819可以通過導電層1809以一偏壓電壓偏壓，以釋放載子。

圖18D示出根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。

光偵測裝置1800d包括一基底1804。光偵測裝置1800d進一步包括一像素，其包括由基底1804支撐的一吸收層1802。像素包括在吸收層1802中的一吸收區域AR。吸收區域AR與前述吸收區域AR類似，例如圖15A中描述的吸收區域AR。像素還包括在吸收層1802上的一載子控制層1810。在一些實施例中，載子控制層1810在吸收層1802的第一表面1802s上。在一些實施例中，載子控制層1810磊晶形成在吸收層1802的第一表面1802s上。載子控制層1810可以類似於圖18A中描述的載子控制層1810。像素還包括電性耦接到吸收層1802的一第一開關（圖未標）和一第二開關（圖未標）。第一開關包括一控制接觸層1806a和一讀出接觸層1808a。第二開關包括一控制接觸層1806b和一讀出接觸層1808b。在一些實施例中，讀出接觸層1808a，1808b和控制接觸層1806a，1806b形成在載子控制層1810的第一表面1810s上。在一些實施例中，吸收區域AR的寬度小於讀出接觸層1808a，1808b之間的距離。在一些實施例中，讀出接觸層1808a，1808b設置在吸收區域AR的兩個相對側。

在一些實施例中，一未摻雜區（圖未標）在控制接觸層1806a的正下方。另一個未摻雜區（圖未標）在控制接觸層1806b的正下方。即，載子控制層1810的位於控制接觸層1806a，1806b正下方的部分可以是本質的，或者可以包括具有一摻質，其峰值摻質濃度低於約1×10¹⁵ cm^-3 。術語“本質”是指載子控制層1810的在控制接觸層1806a，1806b正下方的部分未故意添加摻質。在一些實施例中，取決於包括載子控制層1810材料、控制接觸層1806a，1806b的材料，以及載子控制層1810的雜質或缺陷程度在內的各種因素，載子控制層1810上的控制接觸層1806a，1806b可以導致蕭特基接觸、歐姆接觸或其具有在兩者之間的中間特性的一組合的形成。

像素還包括兩個控制信號cs1，cs2，其控制控制接觸層1806a，1806b，以控制載子控制層1810中載子的移動方向，其中，載子由吸收層1802中吸收的光子產生。當使用電壓時，如果控制信號cs1相對於控制信號cs2偏置，則在載子控制層1810的位於控制接觸層1806a，1806b正下方的兩個部分之間產生電場，且取決於電場的方向，自由電荷向讀出接觸層1808b，1808a的正下方的載子控制層1810的兩個未摻雜部分之一漂移。

在一些實施例中，光偵測裝置1800d包括如前所述的兩個電容，例如圖16A中描述的電容1610a，1610b。電容用於存儲在吸收層1802中產生的載子，並基於兩個控制信號cs1，cs2的控制流入載子控制層1810。

在一些實施例中，光偵測裝置1800d還包括一第一讀出電路和一第二讀出電路，第一讀出電路和第二讀出電路分別電性耦接到第一開關和第二開關，以處理收集的電荷。第一讀出電路可以包括電容中的一個。第二讀出電路可以包括另一個電容。第一讀出電路電性耦接到讀出接觸層1808a。第二讀出電路電性耦接到讀出接觸層1808b。

光偵測裝置1800d包括多個重複的像素。光偵測裝置1800d包括包括多個重複像素的像素陣列 在一些實施例中，像素陣列可以是一維或二維陣列的像素。

在一些實施例中，在吸收層1802中產生的載子流過吸收層1802和載子控制層1810之間的界面，然後流入到載子控制層1810中以被控制，例如被控制接觸層1806a，1806b和讀出接觸層1808b，1808a解調和收集。這樣，由於可以在載子控制層1810上而不是在吸收層1802上完成隨後的製程，因此可以改善微縮能力和製程整合。此外，由於吸收功能和例如載子解調和載子收集的載子控制功能，分別操作在吸收層1802和載子控制層1810，且其中載子控制層1810的能隙大於吸收層1802的能隙，故光偵測裝置1800d的暗電流較低。

圖18E繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖18E中的光偵測裝置1800e類似於圖18D中的光偵測裝置，其中差異描述於下。在一些實施例中，光偵測裝置1800e還包括一阻擋層1819。阻擋層1819可以類似於之前提到的阻擋層，例如圖15A中描述的阻擋層1519。光偵測裝置1800e還包括一導電層1809，其電連接到阻擋層1819。阻擋層1819可以通過導電層1809以一偏壓電壓偏壓，以釋放載子。

圖18F繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖18F中的光偵測裝置1800f類似於圖18E中的光偵測裝置1800e，其中差異描述於下。在一些實施例中，第一開關在讀出接觸層1808a下方和載子控制層1810中包括一第一摻雜區1801a。第二開關在讀出接觸層1808b下方和載子控制層1810中包括一第一摻雜區1801b。在一些實施例中，第一摻雜區1801a，1801b均為第一導電類型。在一些實施例中，第一摻雜區1801a，1801b包括一第一摻質。第一摻雜區1801a，1801b的峰值摻質濃度取決於讀出接觸層1808a，1808b的材料和載子控制層1810的材料，例如在5×10¹⁸ cm^-3 至5×10²⁰ cm^-3 之間。在一些實施例中，第一摻雜區1801a，1801b的峰值摻質濃度位於載子控制層1810中。第一摻雜區1801a，1801b用於收集從吸收層1802產生和流出的載子，其基於兩個控制信號cs1，cs2的控制，分別進一步被第一讀出電路（圖未示）和第二讀出電路（圖未示）處理。

圖18G繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖18G中的光偵測裝置1800g類似於圖18F中的光偵測裝置1800f，其中差異描述於下。在一些實施例中，第一開關還包括在控制接觸層1806a下方的一第二摻雜區1803a。第二開關還包括在控制接觸層1806b下方的一第二摻雜區1803b。第二摻雜區1803a，1803b在載子控制層1810中。在一些實施例中，第二摻雜區1803a，1803b各具有與第一摻雜區1801b，1801a的導電類型不同的第二導電類型。在一些實施例中，各個第二摻雜區1803a，1803b包括一第二摻質。第二摻雜區1803a，1803b的峰值摻質濃度取決於控制接觸層1806b，1806a的材料和載子控制層1810的材料，例如在1×10¹⁷ cm^-3 至5×10²⁰ cm^-3 之間。在一些實施例中，第二摻雜區1803a，1803b的峰值摻質濃度位於載子控制層1810中。第二摻雜區1803a，1803b與控制接觸層1806b，1806a形成蕭特基接觸、歐姆接觸或其組合。第二摻雜區1803a，1803b用於基於控制信號cs1，cs2的控制來解調從吸收層1802產生並流動過來的載子。在一些實施例中，各個第一摻雜區1801a，1801b的深度d₂ 和各個第二摻雜區1803a，1803b的深度d₁ 小於載子控制層1810的厚度。深度係從載子控制層1810的表面1810s測量至摻質分佈達到背景濃度的位置，例如1 x 10¹⁵ cm^-3 。在一些實施例中，載子控制層1810與吸收層1802之間以及在第二摻雜區1803a，1803b下方的界面部分具有或小於背景濃度，例如1×10¹⁵ cm^-3 。在一些實施例中，在載子控制層1810與吸收層1802之間以及在第一摻雜區1801a，1801b之下的界面部分具有或小於背景濃度，例如1×10¹⁵ cm^-3 。

在一些實施例中，由於吸收功能和例如為載子解調和載子收集的載子控制功能，分別操作在吸收層1802和載子控制層1810，且其中載子控制層1810的能隙大於吸收層1802的能隙，故光偵測裝置1800g的兩個控制接觸層1806a，1806b之間的漏電流較低。

圖18H繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖18H中的光偵測裝置1800h類似於圖18F中的光偵測裝置1800f，其中差異描述於下。在一些實施例中，第一開關還包括在載子控制層1810和控制接觸層1806a之間的一第一介電層1833a。第二開關還可以包括在載子控制層1810和控制接觸層1806b之間的一第二介電層1833b。第一介電層1833a防止從控制接觸層1806a到載子控制層1810的直接電流傳導，但允許在載子控制層1810內建立電場，以響應施加於控制接觸層1806a的一電壓。第二介電層1833b防止從控制接觸層1806b到載子控制層1810的直接電流傳導，但允許在載子控制層1810內建立電場，以響應施加於控制接觸層1806b的一電壓。建立的電場可以吸引或排斥載子控制層1810內的電荷載子，其中電荷載子從吸收層1802產生並從吸收層1802流出。

圖18I繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖18I中的光偵測裝置1800i類似於圖18H中的光偵測裝置1800h，其中差異描述於下。在一些實施例中，第一開關還包括在第一介電層1833a下方的一第二摻雜區1803a。第二開關還包括在第二介電層1833b下方的第二摻雜區1803b。第二摻雜區1803a，1803b類似於如圖18G中所述的第二摻雜區1803a，1803b。

圖18J繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖18J中的光偵測裝置1800j類似於圖18G中的光偵測裝置1800g，其中差異描述於下。在一些實施例中，光偵測裝置1800j的像素還包括在載子控制層1810中的兩個反摻雜區1851a，1851b。反摻雜區1851a，1851b類似於前述的反摻雜區，例如圖15D中描述的反摻雜區1551a，1551b。在一些實施例中，反摻雜區1851a，1851b的峰值摻質濃度位於載子控制層1810中。在一些實施例中，反摻雜區1851a，1851b的摻質可擴散到吸收層1802中。摻雜區1851a，1851b用作暗電流減小區，用於降低光偵測裝置1800j的暗電流。與沒有反摻雜區1851a，1851b的光偵測裝置相比，包括與第一摻雜區1801a，1801b的至少一部分重疊的反摻雜區1851a，1851b的光偵測裝置1800j在載子控制層1810中具有更薄的空乏區，因此光偵測裝置1800j具有較低的暗電流。

圖18K繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖18K中的光偵測裝置1800k類似於圖18J中的光偵測裝置1800j，其中差異描述於下。光偵測裝置1800k的像素還包括一第一緩衝區1861和一第二緩衝區1862。第一緩衝區1861和第二緩衝區1862位於載子控制層1810中。第一緩衝區1861和第二緩衝區1862類似於前述的第一緩衝區和第二緩衝區，例如圖16J中描述的第一緩衝區1661和第二緩衝區1662。在一些實施例中，第一緩衝區1861和第二緩衝區1862的峰值摻質濃度位於載子控制層1810中。

第一緩衝區1861和第二緩衝區1862可以進一步調整載子控制層1810的第一表面1810s附近的空乏區。

在一些實施例中，類似於圖16J中所述，第一緩衝區1861和第二緩衝區1862的導電類型與第一摻雜區1801a，1801b的第一導電類型相同。具有與第一摻雜區1801a，1801b的第一導電類型相同的導電類型的第一緩衝區1861和第二緩衝區1862可以提高載子收集效率，因為載子收集可以被第一緩衝區1861和第二緩衝區1862限制在載子控制層1810的第一表面1810s附近，並且由於縮短了具有相反導電類型的兩個區域之間的距離，即，第一緩衝區1861和第二摻雜區1803b之間的距離短於第一摻雜區1801b和第二摻雜區1803b之間的距離；第二緩衝區1862與第二摻雜區1803a之間的距離小於第一摻雜區1801a與第二摻雜區1803a之間的距離。

在一些實施例中，如圖16J中類似地描述，第一緩衝區1861和第二緩衝區1862的導電類型不同於第一摻雜區1801a，1801b的第一導電類型。例如，如果光偵測裝置1800k被配置為處理所收集的電子以供進一步應用，則第一摻雜區1801a，1801b為n型，第二摻雜區1803a，1803b為p型，反摻雜區1851a，1851b為p型，且第一緩衝區1861和第二緩衝區1862為p型。第一緩衝區1861阻止載子在載子控制層1810的第一表面1810s附近流入第一摻雜區1801b，並同時降低局部暗電流。第二緩衝區1862阻止載子在載子控制層1810的第一表面1810s附近流入第一摻雜區1801a，並同時降低局部暗電流。

在一些實施例中，反摻雜區1851b僅與第一摻雜區1801b的一部分重疊，即，第一摻雜區1801b的遠離載子控制層1810的第一表面1810s的一部分均不與反摻雜區1851b或第一緩衝區1861重疊。在一些實施例中，反摻雜區1851a僅與第一摻雜區1801a的一部分重疊，即，第一摻雜區1801a的遠離載子控制層1810的第一表面1810s的一部分均不與反摻雜區1851a或第二緩衝區1862重疊。

具有不同於第一摻雜區1801a，1801b的第一導電類型的導電類型的第一緩衝區1861和第二緩衝區1862可以提高載子收集效率，因為載子收集可以被限制在遠離載子控制層1810的第一表面1810s的區域內，例如，被限制在第一摻雜區域1801a的遠離載子控制層1810的第一表面1810s，且不與反摻雜區1851a或第二緩衝區1862重疊的部分；並且被限制在第一摻雜區1801b的遠離載子控制層1810的第一表面1810s且不與反摻雜區1851b或第一緩衝區1861重疊的部分。

在一些實施例中，類似於如圖16k中描述的，第一緩衝區1861包括一深度d₅ ，其小於第一摻雜區1801b的深度d₂ 。在一些實施例中，第一緩衝區1861的深度d₅ 小於第二摻雜區1803b的深度d₁ 。在一些實施例中，第二緩衝區1862包括一深度d₆ ，其小於第一摻雜區1801a的深度d₂ 。在一些實施例中，第二緩衝區1862的深度d₆ 小於第二摻雜區1803a的深度d₁ 。

圖18L繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖18L中的光偵測裝置1800l類似於圖18G中的光偵測裝置1800g，其中差異描述於下。光偵測裝置1800l的像素還包括阻障區1820a，1820b。在一些實施例中，阻障區1820a的一部分在吸收層1802中。阻障區1820b的一部分在吸收層1802中。在一些實施例中，阻障區1820a形成在吸收層1802和載子控制層1810兩者中。阻障區1820b形成在吸收層1802和載子控制層1810兩者中。阻障區1820a，1820b覆蓋載子控制層1810和吸收層2002之間的界面的一部分。

在一些實施例中，阻障區1820a在第一開關和第二表面1802ss’之間。在一些實施例中，阻障區1820a沿著垂直方向D1部分地在第一摻雜區1801a下方。阻障區1820b在第二開關和第二表面1802ss之間。在一些實施例中，阻障區1820b沿著垂直方向D1部分地在第一摻雜區1801b下方。在一些實施例中，阻障區1820a沿著垂直方向D1部分地在第二摻雜區1803a下方。阻障區1820b沿著垂直方向D1部分地在第二摻雜區1803b下方。在一些實施例中，吸收區域AR的寬度w₃ 大於控制接觸層1806a，1806b之間的距離d₃ 。在一些實施例中，吸收區域AR的寬度w₃ 比阻障區1820a和1820b的外側之間的距離w₄ 短。

在一些實施例中，各個阻障區1820a，1820b具有與第一摻雜區1801a，1801b的第一導電類型不同的導電類型。在一些實施例中，各個阻障區1820a，1820b包括一摻質並且具有帶有峰值摻質濃度的一摻質分佈。該峰值摻質濃度低於第一摻雜區1801b，1801a的峰值摻質濃度。在一些實施例中，阻障區1820a，1820b的峰值摻質濃度例如不大於1×10¹⁸ cm^-3 。在一些實施例中，吸收層1802與載子控制層1810之間的被阻障區1820a，1820b覆蓋的界面處的濃度不小於1×10¹⁵ cm^-3 。

在一些實施例中，阻障區1820a，1820b包括與吸收層1802的材料不同並且與載子控制層1810的材料不同的一材料。在一些實施例中，阻障區1820a，1820b包括一絕緣材料，以用作吸收區域AR與第一摻雜區1801a，1801b之間的高電阻區。

在一些實施例中，阻障區1820a，1802b能夠限制載子的路徑，其在吸收層1802中產生，然後流向載子控制層1810。結果是，與沒有阻障區的光偵測裝置相比，可以擴大吸收區域AR，因此可以在吸收區域AR中產生更多的載子，然後通過限制在阻障區1820a，1802b之間的路徑流入載子控制層1810。此外，阻障區1820a，1820b還可以阻擋在吸收層1802中產生的暗電流。因此，光偵測裝置1800l的解調對比度得以改善，並且光偵測裝置1800l的暗電流可以同時降低。

在一些實施例中，光偵測裝置1800l還包括一第一緩衝區1861和一第二緩衝區1862，如圖18K所示。

在一些實施例中，光偵測裝置1800l還包括如圖18J所示的反摻雜區1851a，1851b。

圖18M繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖18M中的光偵測裝置1800m類似於圖18G中的光偵測裝置1800g，其中差異描述於下。

光偵測裝置1800m的像素還包括在載子控制層1810中並且在第一開關和第二開關之間的一第三摻雜區1817。在一些實施例中，第三摻雜區1817在第二摻雜區1803a，1803b之間。第三摻雜區1817具有與第一摻雜區1801b，1801a的第一導電類型相同的第三導電類型。在一些實施例中，第三摻雜區1817包括一摻質以及一摻質分佈，摻質分佈具有一峰值摻質濃度，其低於第一摻雜區1801b，1801a的峰值摻質濃度。在一些實施例中，第三摻雜區1817的峰值摻質濃度不大於1×10¹⁸ cm^-3 。在一些實施例中，第三摻雜區1817的峰值摻質濃度位於載子控制層1810中。在一些實施例中，第三摻雜區1817的摻質可以擴散到吸收層1802中。

由於第三摻雜區1817和阻擋層1819共同形成一垂直光電二極體，因此在第三摻雜區1817和阻擋層1819之間建立有內置的垂直電場，這可以有助於分離由吸收層1802中吸收的光子產生的電子-電洞對，例如，當第三摻雜區1817為n型而阻擋層1819為p型時，電子趨於向第三摻雜區1817移動並且電洞趨於向阻擋層1819移動。第三摻雜區1817用於收集電子，阻擋層1819用於收集電洞。第三摻雜區1817用作一初步收集器。然後，基於控制信號cs1，cs2，存儲在第三摻雜區1817中的電子可以移動到第一摻雜區1801b或第一摻雜區1801a。

在一些實施例中，由於吸收層1802和載子控制層1810之間的能隙差異，在吸收層1802中產生的載子可能難以從吸收層1802通過它們之間的界面流到載子控制層1810。第三摻雜區1817用作吸引載子的通道。結果是，由於在吸收層1802中產生的載子將集中地流向第三摻雜區1817，然後流入載子控制層1810，因此也可以擴大吸收區域AR。因此，光偵測裝置1800m的量子效率更高，並且朝向第一摻雜區1801b或第一摻雜區1801a移動的載子的數量也更高。

在一些實施例中，光偵測裝置1800m還可包括如圖18L中所描述的阻障區1820a，1820b，以進一步將載子限制在一定路徑中。

在一些實施例中，光偵測裝置1800m還包括如圖18K中所描述的一第一緩衝區1861和一第二緩衝區1862，以進一步調整在載子控制層1810的第一表面1810s附近的空乏區。

在一些實施例中，光偵測裝置1800m還包括如圖18J所示的反摻雜區1851a，1851b，以進一步降低光偵測裝置1800m的暗電流。

圖18N繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖18N中的光偵測裝置1800n類似於圖18M中的光偵測裝置1800m，其中差異描述於下。像素的載子控制層1810還包括阻礙區1840。阻礙區1840在第一開關和第二開關之間。在一些實施例中，阻礙區1840位於第二摻雜區1803a，1803b之間，並且比第三摻雜區1817更靠近載子控制層1810的第一表面1810s。阻礙區1840與第二摻雜區1803a，1803b分離。

在一些實施例中，阻礙區1840沿著垂直方向D1與第三摻雜區1817重疊。在一些實施例中，阻礙區1840包括一摻質，並且具有與第三摻雜區1817的第三導電類型不同的導電類型。在一些實施例中，阻礙區1840包括一摻質並且具有帶有峰值摻質濃度的摻質分佈。該峰值摻質濃度高於第三摻雜區1817的峰值摻質濃度。在一些實施例中，阻礙區1840的峰值摻質濃度在1×10¹⁸ cm^-3 和5×10²⁰ cm^-3 之間。

阻礙區1840可以阻擋待收集的載子到達載子控制層1810的第一表面1810s。結果是，減少了光偵測裝置1800n的兩個第二摻雜區1803a，1803b之間的表面漏電流。

在一些實施例中，光偵測裝置1800n還可以包括如圖18L所示的阻障區1820a，1820b，以進一步將載子的流動限制在特定路徑中。

在一些實施例中，光偵測裝置1800n還包括如圖18K中所描述的一第一緩衝區1861和一第二緩衝區1862，以進一步調整在載子控制層1810的第一表面1810s附近的空乏區。

在一些實施例中，光偵測裝置1800n還包括如圖18J所示的反摻雜區1851a，1851b，以進一步降低光偵測裝置1800n的暗電流。

圖18O繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖18O中的光偵測裝置1800o類似於圖18M中的光偵測裝置1800m，其中差異描述於下。光偵測裝置1800o的像素還包括在載子控制層1810中的一通道區1830。通道區1830在垂直方向D1上位於控制接觸層1806a，1806b的下方。在一些實施例中，載子控制層1810沿著垂直方向D1在第二摻雜區1803a，1803b下方。通道區1830包括一摻質，並且具有與第一摻雜區1801a，1801b的第一導電類型相同的導電類型。在一些實施例中，通道區1830包括一摻質，並且具有峰值摻質濃度不小於1×10¹⁵ cm^-3 的摻質分佈。在一些實施例中，通道區1830的峰值摻質濃度在1×10¹⁵ cm^-3 與5×10¹⁷ cm^-3 之間。在一些實施例中，通道區1830的峰值摻質濃度位於載子控制層1810中。在一些實施例中，載子控制層1810的第一表面1810s與具有峰值摻質濃度的通道區1830的位置之間的距離不小於30nm。通道區1830促使從吸收層1802產生的載子流向第一摻雜區1801a，1801b而不會到達載子控制層1810的第一表面1810s。因此，改善了解調對比度並且光偵測裝置1800o的兩個控制接觸層1806a，1806b之間的漏電流得以較低。

在一些實施例中，通道區1830與第二摻雜區1803a，1803b重疊。

在一些實施例中，通道區1830可以與第一摻雜區1801a，1801b重疊。即，通道區1830可以連接到第一摻雜區1801a，1801b。如果第一開關開啟並且第二開關關閉，則可以通過偏壓第二開關的第一摻雜區1801b來將載子推向第一摻雜區1801a流動。也就是說，通過電壓控制，在通道區1830與對於載子關閉的開關的第一摻雜區之間會斷開，因此載子將不會流入到關閉的開關的第一摻雜區中。

藉由第三摻雜區1817和通道區1830的組合，在吸收層1802中產生的載子集中地流向第三摻雜區1817，並基於兩個控制信號cs1，cs2的控制，通過通道區1830移向第一摻雜區1801a，1801b之一。

在一些實施例中，光偵測裝置1800o還可包括如圖18L中所描述的阻障區1820a，1820b，以進一步將載子的流動限制在特定路徑中。

在一些實施例中，光偵測裝置1800o還包括如圖18K中所描述的一第一緩衝區1861和一第二緩衝區1862，以進一步修改在載子控制層1810的第一表面1810s附近的空乏區。

在一些實施例中，光偵測裝置1800o還包括如圖18J所示的反摻雜區1851a，1851b，以進一步降低光偵測裝置1800o的暗電流。

在一些實施例中，像素的載子控制層1810還包括如圖18N所示的阻礙區1840，以阻擋載子到達第一表面1810s。

圖18P繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖18P中的光偵測裝置1800p類似於圖18F中的光偵測裝置1800f，其中差異描述於下。光偵測裝置1800p的像素還包括在載子控制層1810中的淺通道區1831。淺通道區1831沿著垂直方向D1在控制接觸層1806a，1806b下方。淺通道區1831包括一摻質，並且具有與第一摻雜區1801a，1801b的第一導電類型相同的導電類型。在一些實施例中，淺通道區1831包括具有不小於1×10¹⁵ cm^-3 的峰值摻質濃度的摻質分佈。在一些實施例中，淺通道區1831的峰值摻質濃度在1×10¹⁵ cm^-3 與5×10¹⁷ cm^-3 之間。在一些實施例中，淺通道區1831的峰值摻質濃度位於載子控制層1810中。在一些實施例中，第一表面1810s與具有峰值摻質濃度的淺通道區1831的位置之間的距離小於30nm。淺通道區1831可以吸引在吸收層1802中產生的載子，並且基於兩個控制信號cs1，cs2的控制進一步限制載子流向第一摻雜區1801a，1801b其中之一。

因此，光偵測裝置1800p的解調對比度被改善，並且光偵測裝置1800p的兩個控制接觸層1806a，1806b之間的漏電流較低。

在一些實施例中，光偵測裝置1800p的像素還包括在載子控制層1810中並且在第一開關和第二開關之間的一第三摻雜區1817。第三摻雜區1817類似於如圖18M中所述的第三摻雜區1817。第三摻雜區1817用作一垂直通道以進一步吸引從吸收層1802產生的載子。

在一些實施例中，光偵測裝置1800p的像素還包括如圖18L所示的阻障區1820a，1820b，以進一步將載子的流動限制在特定路徑中。在一些實施例中，由於阻障區1820a，1820b阻擋了載子的流動，並且由於第三摻雜區1817吸引了載子，因此在吸收層1802中產生的載子集中地流向第三摻雜區1817並基於兩個控制信號cs1，cs2的控制，通過淺通道區1831向第一摻雜區1801a，1801b其中之一移動。由於光偵測裝置1800p包括阻障區1820a，1820b和第三摻雜區1817，因此可以擴大吸收區域AR。

在一些實施例中，光偵測裝置1800p的像素還包括如圖18J所示的反摻雜區1851a，1851b，以進一步降低光偵測裝置1800p的暗電流。

在一些實施例中，光偵測裝置1800p的像素還包括如圖18K所示的一第一緩衝區1861和一第二緩衝區1862，以進一步修調整載子控制層1810的第一表面1810s附近的空乏區。

圖18Q繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖18Q中的光偵測裝置1800q類似於圖18O中的光偵測裝置1800o，其中差異描述於下。

在一些實施例中，像素的載子控制層1810還包括如圖18N所示的一阻礙區1840，以阻擋要收集的載子到達第一表面1810s。

在一些實施例中，光偵測裝置1800q的像素還包括如圖18L所述的阻障區1820a，1820b，以進一步將載子的流動限制在特定路徑中。

在一些實施例中，光偵測裝置1800q的像素還包括如圖18K所示的一第一緩衝區1861和一第二緩衝區1862，以進一步修改載子控制層1810的第一表面1810s附近的空乏區。

在一些實施例中，光偵測裝置1800q的像素還包括如圖18J所示的反摻雜區1851a，1851b，以進一步降低光偵測裝置1800q的暗電流。

圖18R繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖18R中的光偵測裝置1800r類似於圖18P中的光偵測裝置1800p，其中差異描述於下。第一開關還包括在淺通道區1831和控制接觸層1806a之間的一第一介電層1833a。第二開關可以進一步包括在淺通道區1831和控制接觸層1806b之間的一第二介電層1833b。第一介電層1833a和第二介電層1833b分別類似於如圖18H所示的第一介電層1833a和第二介電層1833b。

圖18S繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖18S中的光偵測裝置1800s類似於圖18Q中的光偵測裝置1800q，其中差異描述於下。第一開關還包括在第二摻雜區1803a和控制接觸層1806a之間的一第一介電層1833a。第二開關可以進一步包括在第二摻雜區1803b和控制接觸層1806b之間的一第二介電層1833b。第一介電層1833a和第二介電層1833b分別類似於如圖18H所示的第一介電層1833a和第二介電層1833b。

圖18T繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。 圖18T中的光偵測裝置1800t類似於圖18E中的光偵測裝置1800e，其中差異描述於下。

光偵測裝置1800t還包括在載子控制層1810的第一表面1810s上的一第一導電層1811。在一些實施例中，第一導電層1811在控制接觸層1806a，1806b之間。第一導電層1811可被一偏壓電壓偏壓以降低光偵測裝置1800t的漏電流。

在一些實施例中，光偵測裝置1800t還包括在載子控制層1810的第一表面1810s上的一調整接觸層1812a。在一些實施例中，從剖視圖看，讀出接觸層1808a在控制接觸層1806a和調整接觸層1812a之間。光偵測裝置1800t還包括在載子控制層1810的第一表面1810s上的一調整接觸層1812b。在一些實施例中，從剖視圖看，讀出接觸層1808b在控制接觸層1806b和調整接觸層1812b之間。

在一些實施例中，調整接觸層1812a，1812b可各自被一偏壓電壓偏壓以對載子控制層1810中的電場進行塑形。因此，光偵測裝置1800t的暗電流較低。調整接觸層1812a用於塑形第一開關附近的電場。調整接觸層1812b用於塑形第二開關附近的電場。

圖18U繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖18U中的光偵測裝置1800u類似於圖18T中的光偵測裝置1800t，其中差異描述於下。

第一開關還包括在載子控制層1810和控制接觸層1806a之間的一第一介電層1833a。 第二開關還可包括在載子控制層1810和控制接觸層1806b之間的一第二介電層1833b。第一介電層1833a和第二介電層1833b分別類似於如圖18H所示的第一介電層1833a和第二介電層1833b。

光偵測裝置1800u還包括在載子控制層1810和調整接觸層1812a之間的一第三介電層1834a。光偵測裝置1800u還包括在載子控制層1810和調整接觸層1812b之間的一第四介電層1834b。

在一些實施例中，光偵測裝置1800u還包括在載子控制層1810和第一導電層1811之間的一第五介電層1832。

在一些實施例中，光偵測裝置1800u還包括如圖18L所述的第一摻雜區1801a，1801b。 在一些實施例中，光偵測裝置1800u還包括如圖18L所述的第二摻雜區1803a，1803b。

在一些實施例中，光偵測裝置1800u的像素還包括如圖18L所述的阻障區1820a，1820b。

在一些實施例中，光偵測裝置1800u的像素還包括如圖18K所述的反摻雜區1851a，1851b。

在一些實施例中，光偵測裝置1800u的像素還包括如圖18K所述的一第一緩衝區1861和一第二緩衝區1862。

在一些實施例中，光偵測裝置1800u的像素還包括如圖18M所述的第三摻雜區1817。

在一些實施例中，光偵測裝置1800u的像素還包括如圖18N所述的阻礙區1840。

在一些實施例中，光偵測裝置1800u的像素還包括如圖18O所述的通道區1830或如圖18P所述的淺通道區1831。

在一些實施例中，圖18D至18U中的光偵測裝置可以進一步包括兩個第一矽化物區，各個第一矽化物區分別是在相應的讀出接觸層1808a，1808b下。第一矽化物區在載子控制層1810中，並且可以類似於如圖5B中所描述的第一矽化物區513a’，513b’。在一些實施例中，圖18D至18G、18J至18Q、18T中的光偵測裝置可以進一步包括在控制接觸層1806a，1806b下的兩個第二矽化物區。第二矽化物區在載子控制層1810中，並且可以類似於如圖5B中所描述的第二矽化物區515a’，515b’。

只要本領域技術人員能夠產生，這些元素的組合就在本公開的範圍內。

圖19A繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。光偵測裝置1900a包括一基底1904。光偵測裝置1900a還包括一像素，該像素包括由基底1904支撐的一吸收層1902。該像素在吸收層1902中包括一吸收區域AR。吸收區域AR與前述吸收區域類似，例如圖15A中描述的吸收區域AR。像素包括電性耦接到吸收層1902的一第一開關（圖未標）和一第二開關（圖未標）。第一開關包括一控制接觸層1906a和一讀出接觸層1908a。第二開關包括一控制接觸層1906b和一讀出接觸層1908b。第一開關還包括在讀出接觸層1908a下方的一第一摻雜區1901a。第二開關還包括在讀出接觸層1908b下方的一第一摻雜區1901b。在一些實施例中，像素還包括分別電性耦接到第一開關和第二開關的一第一讀出電路（圖未示）和一第二讀出電路（圖未示），以處理收集的電荷。第一讀出電路電性耦接到讀出接觸層1908a。第二讀出電路電性耦接到讀出接觸層1908b。

控制接觸層1906a，1906b類似於前述的控制接觸層，例如圖16A中描述的控制接觸層1606a，1606b。讀出接觸層1908b，1908a類似於前述的讀出接觸層，例如圖16A中所描述的讀出接觸層1608a，1608b。第一摻雜區1901b，1901a類似於前述的第一摻雜區，例如圖16A中描述的第一摻雜區1601a，1601b。

在一些實施例中，光偵測裝置1900a還包括一阻擋層1919，其類似於前述的阻擋層，例如圖15A和圖15C中描述的阻擋層1519。

在一些實施例中，光偵測裝置1900a的像素還包括一第三摻雜區1917，其類似於圖6G中描述的第三摻雜區617’。

在一些實施例中，光偵測裝置1900a的像素還包括一阻礙區1940，其類似於圖6L中描述的阻礙區640。

在一些實施例中，光偵測裝置1900a還包括一導電層1909，其電性耦接到阻擋層1919，以偏壓阻擋層1919。

光偵測裝置1900a還包括一導電層1909，電性耦接到阻擋層1919。

在一些實施例中，光偵測裝置1900a的像素還包括在吸收層1902中的兩個反摻雜區1951a，1951b。反摻雜區1951a，1951b類似於前述的反摻雜區，例如在圖15D中所描述的反摻雜區1551a，1551b。

在一些實施例中，光偵測裝置1900a的像素還包括一第一緩衝區1961和一第二緩衝區1962。第一緩衝區1961和第二緩衝區1962在吸收層1902中。第一緩衝區1961和第二緩衝區1962分別類似於圖16F所述的第一緩衝區1661和第二緩衝區1662。第一緩衝區1961和第二緩衝區1962可以進一步調整吸收層1902的第一表面1902s附近的空乏區。

在一些實施例中，光偵測裝置1900a進一步包括一導電層（圖未示），其在吸收層1902的第一表面1902s上，並且電連接到阻礙區1940。

在一些實施例中，如前所述，第一緩衝區1961的深度d₅ 小於第一摻雜區1901b的深度d₂ ，第二緩衝區1962的深度d₆ 小於第一摻雜區1901a的深度d₂ 。

圖19B繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖19B中的光偵測裝置1900b類似於圖19A中的光偵測裝置1900a，其中差異描述於下。在一些實施例中，第一開關還包括在控制接觸層1906a下方的第二摻雜區1903a。第二開關還包括在控制接觸層1906b下方的第二摻雜區1903b。第二摻雜區1903a，1903b類似於前述的第二摻雜區，例如圖16B中所述的第二摻雜區1603a，1603b。

在一些實施例中，第三摻雜區1917與第二摻雜區1903a的遠離第一開關的第一摻雜區1901a的一部分重疊。第三摻雜區1917還與第二摻雜區1903b的遠離第二開關的第一摻雜區1901b的一部分重疊。在一些實施例中，整個第二摻雜區1903a，1903b與第三摻雜區1917重疊並且與第一緩衝區1961和第二緩衝區1962分開。

在一些實施例中，如前所述，第一緩衝區1961的深度d₅ 小於第二摻雜區1903b的深度d₁ 。 在一些實施例中，第二緩衝區1962的深度d₆ 小於第二摻雜區1903a的深度d₁ 。

圖19C繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖19C中的光偵測裝置1900c類似於圖19A中的光偵測裝置1900a，其中差異描述於下。

在一些實施例中，第一開關還包括在吸收層1902和控制接觸層1906a之間的一第一介電層1933a。第二開關可以進一步包括在吸收層1902和控制接觸層1906b之間的一第二介電層1933b。第一介電層1933a和第二介電層1933a類似於前述的第一介電層和第二介電層，例如如圖16C中所述的第一介電層1633a和第二介電層1633b。

圖19D繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖19D中的光偵測裝置1900d類似於圖19C中的光偵測裝置1900c，其中差異描述於下。在一些實施例中，第一開關還包括在控制接觸層1906a之下的一第二摻雜區1903a。第二開關還包括在控制接觸層1906b下方的一第二摻雜區1903b。第二摻雜區1903b，1903a類似於前述的第二摻雜區，例如圖16B中所述的第二摻雜區1603a，1603b。

圖20A繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。光偵測裝置2000a包括一基底2004。光偵測裝置2000a還包括一像素，其包括由基底2004支撐的一吸收層2002。像素在吸收層2002中包括一吸收區域AR。吸收區域AR與前述吸收區域AR類似，例如圖15A中描述的吸收區域AR。像素還包括在吸收層2002上方的一載子收集層2050。在一些實施例中，載子收集層2050在吸收層2002的第一表面2002s上。在一些實施例中，載子收集層2050磊晶形成在吸收層2002的第一表面2002s上。

像素還包括電性耦接到吸收層2002的一第一開關（圖未標）和一第二開關（圖未標）。第一開關包括一控制接觸層2006a和一讀出接觸層2008a。第二開關包括一控制接觸層2006b和一讀出接觸層2008b。在一些實施例中，讀出接觸層2008a，2008b和控制接觸層2006a，2006b形成在載子收集層2050的第一表面2050s上。在一些實施例中，吸收區域AR的寬度小於讀出接觸層2008a，2008b之間的距離。在一些實施例中，讀出接觸層2008a，2008b設置在吸收區域AR的兩個相對側。在一些實施例中，像素還包括分別電性耦接到第一開關和第二開關的一第一讀出電路（圖未示）和一第二讀出電路（圖未示），以處理收集的電荷。第一讀出電路電性耦接到讀出接觸層2008a。第二讀出電路電性耦接到讀出接觸層2008b。光偵測裝置2000a包括多個重複的像素。光偵測裝置2000a包括具有多個重複像素的像素陣列。在一些實施例中，像素陣列可以是一維或二維陣列的像素。

在一些實施例中，載子收集層2050的材料不同於吸收層2002的材料。在一些實施例中，載子收集層2050的材料包括一半導體材料。在一些實施例中，吸收層2002的材料包括一半導體材料。在一些實施例中，吸收層2002的材料具有第一能隙，並且載子收集層2050的材料具有大於第一能隙的第二能隙。在一些實施例中，半導體材料包括III-V族半導體材料或IV族半導體材料。在一些實施例中，載子收集層2050包括矽，且吸收層2002包括鍺。在一些實施例中，載子收集層2050包括非晶矽、多晶矽、結晶矽或其組合。

在一些實施例中，載子收集層2050的厚度小於吸收層2002的厚度。在一些實施例中，載子收集層2050的厚度不小於100nm且不大於500nm。在一些實施例中，載子收集層2050的厚度在200nm至500nm之間。

在一些實施例中，第一開關包括一第一摻雜區2001a，在讀出接觸層2008a之下和在載子收集層2050中。第二開關包括一第一摻雜區2001b，在讀出接觸層2008b之下和載子收集層2050中。在一些實施例中，第一摻雜區2001a，2001b各具有第一導電類型。在一些實施例中，第一摻雜區2001a，2001b包括一第一摻質。第一摻雜區2001a，2001b的峰值摻質濃度取決於讀出接觸層2008a，2008b的材料和載子收集層2050的材料，例如在5×10¹⁸ cm^-3 至5×10²⁰ cm^-3 之間。在一些實施例中，第一摻雜區2001a，2001b的峰值摻質濃度位於載子收集層2050中。第一摻雜區2001a，2001b用於收集載子收集層2050中的載子，其中載子從吸收層2002中產生並流出，並基於兩個控制信號cs1，cs2的控制，分別由第一讀出電路（圖未示）和第二讀出電路（圖未示）處理。在一些實施例中，各個第一摻雜區2001a，2001b具有深度d₂ 。各個第一摻雜區2001a，2001b的深度d₂ 小於載子收集層2050的厚度。深度d₂ 是從載子收集層2050的第一表面2050s測量到摻質分佈達到背景濃度，例如1×10¹⁵ cm^-3 的位置。在一些實施例中，載子收集層2050與吸收層2002之間的界面以及在第一摻雜區2001a，2001b下的部分具有或小於背景濃度，例如1×10¹⁵ cm^-3 。

在一些實施例中，第一開關還包括在控制接觸層2006a下的一第二摻雜區2003a。第二開關還包括在控制接觸層2006b下的一第二摻雜區2003b。第二摻雜區2003a，2003b在載子收集層2050中和在吸收層2002中。在一些實施例中，第二摻雜區2003a，2003b覆蓋載子收集層2050與吸收層2002之間的界面的一部分。在一些實施例中，第二摻雜區2003a，2003b各具有與第一摻雜區2001b，2001a的導電類型不同的第二導電類型。在一些實施例中，各個第二摻雜區2003a，2003b包括一第二摻質。第二摻雜區2003a，2003b的峰值摻質濃度取決於控制接觸層2006b，2006a的材料和載子收集層2050的材料，例如在1×10¹⁷ cm^-3 至5×10²⁰ cm^-3 之間。在一些實施例中，第二摻雜區2001a，2001b的峰值摻質濃度位於載子收集層2050中。第二摻雜區2003a，2003b與控制接觸層2006b，2006a形成蕭特基接觸、歐姆接觸或其組合。在一些實施例中，各個第二摻雜區2003a，2003b具有深度d₁ 。各個第二摻雜區2003a，2003b的深度d₁ 大於載子收集層2050的厚度。深度d₁ 是從載子收集層2050的第一表面2050s測量到各個第二摻雜區2003a，2003b中的摻質分佈的達到背景濃度，例如1×10¹⁵ cm^-3 的位置。在一些實施例中，在載子收集層2050與吸收層102之間的界面並被第二摻雜區2003a，2003b覆蓋的第二摻雜區2003a，2003b的摻質濃度不小於1×10¹⁵ cm^-3 ，在一些實施例中，不小於1×10¹⁷ cm^-3 。第二摻雜區2003a，2003b用於基於控制信號cs1，cs2的控制來對在吸收層2002中產生的載子進行解調。

在一些實施例中，吸收功能和載子解調功能在吸收層2002中操作，而載子收集在載子收集層2050中操作。

在一些實施例中，由於在載子收集層2050與吸收層2002之間的界面處並被第二摻雜區2003a，2003b覆蓋的第二摻質的摻質濃度不小於1×10¹⁶ cm^-3 ，因此界面造成的暗電流可以被抑制。此外，第二摻雜區2003a，2003b之間的橫向場可以同時更強。結果是，可以改善光偵測裝置2000a的解調對比度，並且可以同時降低光偵測裝置2000a的暗電流。

圖20B繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖20B中的光偵測裝置2000b類似於圖20A中的光偵測裝置2000a，其中差異描述於下。在一些實施例中，第一開關還包括在第二摻雜區2003a和控制接觸層2006a之間的一第一介電層2033a。 第二開關可以進一步包括在第二摻雜區2003b和控制接觸層2006b之間的一第二介電層2033b。

第一介電層2033a防止從控制接觸層2006a到載子收集層2050的直接電流傳導，但允許在載子收集層2050和吸收層2002內建立電場，以響應施加於控制接觸層2006a的一電壓。第二介電層2033b防止從控制接觸層2006b到吸收層2002的直接電流傳導，但允許在載子收集層2050和吸收層2002內建立電場，以響應施加於控制接觸層2006b的一電壓。建立的電場可以吸引或排斥吸收層2002內的電荷載子。

圖20C繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖20C中的光偵測裝置2000c類似於圖20A中的光偵測裝置2000a，其中差異描述於下。在一些實施例中，光偵測裝置2000c還包括圍繞吸收層2002的一阻擋層2019。阻擋層2019類似於前述的阻擋層，例如圖15A和圖15C中的阻擋層1519。光偵測裝置2000c還包括電性耦接至阻擋層2019的一導電層2009。在一些實施例中，可以通過導電層2009以一偏壓電壓偏壓阻擋層2019，以釋放未被第一摻雜區2001a，2001b收集的載子。

圖20D繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖20D中的光偵測裝置2000d類似於圖20C中的光偵測裝置2000c，其中差異描述於下。在一些實施例中，第一開關還包括在第二摻雜區2003a和控制接觸層2006a之間的一第一介電層2033a。第二開關可以進一步包括在第二摻雜區2003b和控制接觸層2006b之間的一第二介電層2033b。第一介電層2033a和第二介電層2033b類似於如上所述的第一介電層和第二介電層，例如圖20B中的第一介電層2033a和第二介電層2033b。

圖20E繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖20E中的光偵測裝置2000e類似於圖20C中的光偵測裝置2000c，其中差異描述於下。在一些實施例中，光偵測裝置2000e的像素還包括在吸收層2002中的一通道區2030。通道區2030類似於前述的通道區，例如圖16A中描述的通道區1630。由於通道區2030和阻擋層2019共同形成一垂直光電二極體，因此在通道區2030和阻擋層2019之間建立了內置的垂直電場，這可以有助於分離由吸收層2002中吸收的光子產生的電子-電洞對，例如，當通道區2030為n型並且阻擋層2019為p型時，電子趨於向通道區2030移動，電洞趨於向阻擋層2019移動。通道區2030用於收集電子，而阻擋層2019用於收集電洞。通道區2030用作初步收集器。然後，基於控制信號cs1，cs2，存儲在通道區2030中的電子可以移動到第一摻雜區2001b或第一摻雜區2001a。

圖20F繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。 圖20F中的光偵測裝置2000f類似於圖20C中的光偵測裝置2000c，其中差異描述於下。在一些實施例中，光偵測裝置2000f的像素還包括一第三摻雜區2017。第三摻雜區2017類似於前述的第三摻雜區，例如圖19B中的第三摻雜區1917。在一些實施例中，第三摻雜區1917的深度d₈ 大於載子收集層2050的厚度。深度d₈ 是從載子收集層2050的第一表面2050s測量到第三摻雜區1917的摻質分佈達到背景濃度，例如1 x 10¹⁵ cm^-3 的位置。

由於第三摻雜區2017和阻擋層2019共同形成一垂直光電二極體，因此在第三摻雜區2017和阻擋層2019之間建立了內置的垂直電場，這可以幫助分離由吸收的光子產生的電子-電洞對，例如，當第三摻雜區2017是n型並且阻擋層2019是p型時，電子會趨於向第三摻雜區2017移動，而電洞趨於向阻擋層2019移動。第三摻雜區2017用以收集電子，阻擋層2019用以收集電洞。第三摻雜區2017用作初步收集器。基於控制信號cs1，cs2，可以將存儲在阻擋層2019中的電子移動到第一摻雜區2001a或第一摻雜區2001b。因此，光偵測裝置2000f的量子效率更高，並且朝向第一摻雜區2001a或第一摻雜區2001b移動的載子的數量也更高。

圖20G繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖20G中的光偵測裝置2000g類似於圖20F中的光偵測裝置2000f，其中差異描述於下。在一些實施例中，光偵測裝置2000g的像素的載子收集層2050還包括一阻礙區2040。阻礙區2040類似於前述的阻礙區，例如圖6L中所描述的阻礙區640。在一些實施例中，阻礙區2040的深度d₉ 不大於載子收集層2050的厚度。深度d₉ 是從載子收集層2050的第一表面2050s測量到阻礙區2040的摻質分佈達到背景濃度，例如1 x 10¹⁵ cm^-3 的位置。

阻礙區2040可以阻止待收集的載子到達載子收集層2050的第一表面2050s，並且還可以將載子侷限在受限制的流動路徑中。結果是，降低了光偵測裝置2000g的兩個第二摻雜區2003a，2003b之間的表面漏電流。

圖20H繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖20H中的光偵測裝置2000h類似於圖20C中的光偵測裝置2000c，其中差異描述於下。在一些實施例中，光偵測裝置2000h的像素還包括在載子收集層2050和吸收層2002中的反摻雜區2051a，2051b。反摻雜區2051a，2051b類似於前述的反摻雜區，例如圖15D中描述的反摻雜區1551a，1551b。在一些實施例中，反摻雜區2051a，2051b的峰值摻質濃度位於載子收集層2050中。反摻雜區2051a，2051b覆蓋載子收集層2050與吸收層2002之間的界面的一部分。在一些實施例中，各個反摻雜區2051a，2051b具有深度d₇ 。各個反摻雜區2051a，2051b的深度d₇ 大於載子收集層2050的厚度。深度d₇ 是從載子收集層2050的第一表面2050s測量到反摻雜區2051a，2051b的摻質分佈達到背景濃度，例如1 x 10¹⁵ cm^-3 的位置。如前所述，在一些實施例中，反摻雜區2051a，2051b與第一摻雜區2001a，2001b的至少一部分重疊，以進一步降低光偵測裝置2000h的暗電流。

圖20I繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖20I中的光偵測裝置2000i類似於圖20E中的光偵測裝置2000e，其中差異描述於下。 在一些實施例中，光偵測裝置2000I的像素還包括在載子收集層2050和吸收層2002中的反摻雜區2051a，2051b。反摻雜區2051a，2051b類似於前述的反摻雜區，例如如圖20H所述的反摻雜區2051a，2051b。光偵測裝置2000i具有較低的暗電流。

圖20J繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖20J中的光偵測裝置2000j類似於圖20G中的光偵測裝置2000g，其中差異描述於下。在一些實施例中，光偵測裝置2000j的像素還包括在載子收集層2050和吸收層2002中的反摻雜區2051a，2051b。反摻雜區2051a，2051b類似於前述的反摻雜區，例如如圖20H所述的反摻雜區2051a，2051b。光偵測裝置2000j具有較低的暗電流。

在一些實施例中，像素的載子收集層2050還包括在載子收集層2050中的阻礙區（圖未示）。阻礙區與前述的阻礙區類似，例如如圖20G中所述的障礙物區域2040，藉以將載子侷限在受限制的流動路徑中。

圖20k繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖20K中的光偵測裝置2000k類似於圖20C中的光偵測裝置2000c，其中差異描述於下。在一些實施例中，光偵測裝置2000k的像素還包括一第一緩衝區2061和一第二緩衝區2062。第一緩衝區2061和第二緩衝區2062類似於如圖16F中所描述的第一緩衝區1661和第二緩衝區1662，其中差異描述於下。在一些實施例中，第一緩衝區2061覆蓋載子收集層2050和吸收層2002之間的界面的一部分。在一些實施例中，第二緩衝區2062覆蓋載子收集層2050和吸收層2002之間的界面的一部分。在一些實施例中，載子收集層2050與吸收層2002之間的界面並被第一緩衝區2061和第二緩衝區2062覆蓋處的第五摻質的摻質濃度不小於1×10¹⁶ cm^-3 。

在一些實施例中，第一緩衝區2061的深度d₅ 大於載子收集層2050的厚度。第二緩衝區2062的深度d₆ 大於載子收集層2050的厚度。深度d₅ 是從載子收集層2050的第一表面2050s測量到第一緩衝區2061的摻質分佈達到背景濃度，例如1×10¹⁵ cm^-3 的位置。深度d₆ 是從載子收集層2050的第一表面2050s測量到第二緩衝區2062的摻質分佈達到背景濃度，例如1×10¹⁵ cm^-3 的位置。第一緩衝區2061和第二緩衝區2062可以進一步調整載子收集層2050中的空乏區，例如第一摻雜區1601a，1601b周圍的空乏區和載子收集層2050的第一表面2050s附近的空乏區。如前所述，第一緩衝區2061和第二緩衝區2062的導電類型可以與第一摻雜區2001a，2001b的第一導電類型相同或不同。如果第一緩衝區2061和第二緩衝區2062的導電類型與第一摻雜區2001a，2001b的第一導電類型相同，則由於在載子收集層2050和吸收層2002之間的界面且被第一緩衝區2061和第二緩衝區2062覆蓋處的第五摻質的摻質濃度為1×10¹⁵ cm^-3 以上，可以降低載子在此界面的勢壘。結果是，第一緩衝區2061和第二緩衝區2062可以促進載子從吸收層2002流向第一摻雜區2001a，2001b。

如果第一緩衝區2061和第二緩衝區2062的導電類型不同於第一摻雜區2001a，2001b的第一導電類型，則可以將載子的流動侷限在遠離第一緩衝區2061和第二緩衝區2062的路徑上。結果是，可以改善光偵測裝置2000k的解調對比度。

在一些實施例中，光偵測裝置2000k的像素可以進一步包括在載子收集層2050和吸收層2002中的反摻雜區2051a，2051b。反摻雜區2051a，2051b類似於前述的反摻雜區，例如圖20H中所述的反摻雜區2051a，2051b，以進一步降低光偵測裝置2000k的暗電流。

圖20L繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖20L中的光偵測裝置2000l類似於圖20K中的光偵測裝置2000k，其中差異描述於下。在一些實施例中，光偵測裝置2000l的像素還包括在吸收層2002中的一通道區2030。通道區2030類似於前述的通道區，例如圖20E中描述的通道區2030，以進一步改善光偵測裝置2000L的解調對比度。

圖20M繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。圖20M中的光偵測裝置2000m類似於圖20K中的光偵測裝置2000k，其中差異描述於下。在一些實施例中，光偵測裝置2000l的像素還包括一第三摻雜區2017。第三摻雜區2017類似於前述的第三摻雜區，例如圖20G所述的第三摻雜區2017，以進一步改善光偵測裝置2000m的解調對比度。

在一些實施例中，光偵測裝置2000m的像素的載子收集層2050還包括一阻礙區（圖未示）。阻礙區類似於前述的阻礙區，例如圖20G中描述的阻礙區2040，以將載子侷限在受限制的流動路徑中。

在一些實施例中，圖20A至20M中的光偵測裝置可以進一步包括在讀出接觸層2008a，2008b下方的兩個第一矽化物區。第一矽化物區在載子收集層2050中，並且可以類似於如圖5B中所描述的第一矽化物區513a’，513b’。在一些實施例中，圖20A、20C、20E至20M中的光偵測裝置可以進一步包括在控制接觸層2006a，2006b下方的兩個第二矽化物區。第二矽化物區在載子收集層2050中，並且可以類似於如圖5B中所描述的第二矽化物區515a’，515b’。

在一些實施例中，光偵測裝置2000e至2000m的第一開關可以進一步包括在第二摻雜區2003a和控制接觸層2006a之間的一第一介電層。光偵測裝置2000e至2000m的第二開關可以進一步包括在第二摻雜區2003b和控制接觸層2006b之間的一第二介電層。第一介電層和第二介電層類似於前述的第一介電層和第二介電層，例如圖20B中的第一介電層2033a和第二介電層2033b。

在一些實施例中，圖1A至1J，圖2A至圖2H，圖3A至3B，圖4A至4H，圖5A至5H，圖6A至6C，圖6H至6V，圖7A至7D，圖.8A至8B，圖15A在圖至15D，圖16A至16M，圖17A至17I，圖18A至18U，圖19A至19D和圖20A至20M中的光偵測裝置可進一步包含如前所述的隔離區，例如圖6D中的隔離區624或圖15E中的隔離區1524。

在一些實施例中，圖1A至圖1H中，圖2A至圖2H中，在圖1至圖3中，圖3A至3B，圖4A至4H，圖6A至6H，圖6K至6M，圖6O，圖6Q至圖6V，圖9A至9E，圖15A至15L，圖16A至16B，圖16E至16K，圖19A至19B還包括如圖5A至5H任一所示的鈍化層514，只要本領域技術人員能夠產生，這些元素的組合就在本公開的範圍內。

在一些實施例中，本公開中的光偵測裝置還包括位於像素上方的光學元件（未示出）。在一些實施例中，本公開中的光偵測裝置還包括在多個像素上方的多個光學元件（未示出）。光學元件會聚集入射的光信號以進入吸收區域。在一些實施例中，光學元件包括透鏡。

在一些實施例中，p型摻雜物包括III族元素。在一些實施例中，p型摻雜物是硼。在一些實施例中，n型摻雜物包括V族元素。在一些實施例中，n型摻雜物是磷。

在本公開內容中，如果沒有特別指明，則吸收層完全嵌入基底中，部分嵌入基底中或完全位於基底的第一表面上。類似地，如果沒有特別指明，則鍺基光吸收材料完全嵌入在半導體基底中，部分嵌入在半導體基底中，或者完全位在半導體基底的第一表面上。

在一些實施例中，如果沒有特別指明，吸收層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。在一些實施例中，不可見波長範圍不大於2000nm。在一些實施例中，吸收層接收光訊號並將光訊號轉換成電訊號。

在本公開內容中，如果沒有特別指明，則基底由第一材料或第一材料複合物製成。吸收層由第二材料或第二材料複合物製成。第二材料或第二材料複合物不同於第一材料或第一材料複合物。在一些實施例中，吸收層包括半導體材料。在一些實施例中，吸收層包括多晶材料。在一些實施例中，基底包括半導體材料。在一些實施例中，吸收層包括III-V族半導體材料。在一些實施例中，基底包括III-V族半導體材料。 III-V族半導體材料可以包括但不限於GaAs / AlAs，InP / InGaAs，GaSb / InAs或InSb。在一些實施例中，吸收層包括包含IV族元素的半導體材料。例如，鍺（Ge）、矽（Si）或錫（Sn）。在一些實施例中，吸收層包括Ge_x Si_1-x ，其中0 ＜x ＜1。在一些實施例中，吸收層包括Si_x Ge_y Sn_1-x-y ，其中0≤x≤1，0≤y≤1。在一些實施例中，吸收層包括Ge_1-a Sn_a ，其中0≤a≤0.1。在一些實施例中，基底包括Si。在一些實施例中，基底由矽組成。在一些實施例中，吸收層由Ge_x Si_1-x 、Si或Ge組成。在一些實施例中，由於在形成吸收層10的過程中所形成的材料缺陷，包含本質鍺的吸收層是p型的，其中缺陷密度介於1×10¹⁴ cm^-3 至1×10¹⁶ cm^-3 。

在本公開內容中，如果沒有特別指明，吸收層包含一厚度，厚度取決於待檢測光子的波長和吸收層的材料。於一些實施例中，當吸收層包含鍺並且被設計為吸收具有波長不小於 800 nm的光子時，吸收層的厚度不小於0.1微米 （μm）。於一些實施例中，吸收層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，吸收層的厚度介於0.1μm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。

在本公開內容中，如果沒有特別指明，第一讀出電路和第二讀出電路可以為三個電晶體的配置，例如由重置（Reset）電晶體（圖未示）、源極隨耦器（source follower）（圖未示）以及一行列選擇（selection）電晶體（圖未示）組成，可以為包含四個或更多個電晶體（圖未示）的電路或任何用於處理載子的適合的電子元件（圖未示）。在一些實施例中，第一讀出電路和第二讀出電路可以被製造在基底上。在一些其他實施例中，第一讀出電路和第二讀出電路可以被製造在另一基底上，並且可以通過晶粒/晶圓接合（bonding）或堆疊與吸收層整合/共同封裝。

在本公開內容中，如果沒有特別指明，第一讀出電路包含一第一電容。第一電容被設置為儲存由其中一第一摻雜區收集的光載子。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的源極隨耦器和第一讀出電路的重置電晶體之間。於一些實施例中，第二讀出電路包含第二電容。於一些實施例中，第二電容被設置為儲存由另一第一摻雜區收集的光載子。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的源極隨耦器和第二讀出電路的重置電晶體之間。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。

在本公開內容中，如果沒有特別指明，遮光板具有用於定義吸收區域的位置的一光學窗口。換句話說，光學窗口用於使入射的光訊號進入吸收層以及定義吸收區域。在一些實施例中，當入射光從基底的第二表面進入吸收層時，遮光板在基底的第二表面上。於一些實施例中，從光學窗口的頂視圖看，光學窗口可以是橢圓形、圓形、矩形、正方形、菱形、八邊形或任何其他合適的形狀。

在本公開內容中，如果沒有特別指明，則像素的兩個開關對電荷的收集可以隨時間改變，使得應用於影像系統的光偵測裝置可以測定感測光的相位信息。影像系統可以使用相位信息來分析與三維物體相關聯的特性，包括深度信息或材料成分。影像系統還可以使用相位信息來分析與臉部辨識、眼睛追踪、手勢識別、三維模型掃描/視頻記錄、運動追踪和/或增強/虛擬現實應用相關聯的特性。在一些實施例中，光偵測裝置被配置用於飛行時間感測。影像系統可以是行動裝置（例如，智能手機或平板電腦）、用於行動裝置的輔助裝置（例如，可穿戴裝置），車輛或固定設施（例如，工廠）中的計算系統、機器人系統或任何其他合適的裝置和/或系統。在一些實施例中，影像系統可以包括一個或多個光學模組。例如，光學模組可以包括與光偵測裝置整合在一起的一個或多個相機。作為另一示例，影像系統中的一個光學模組可以包括一個或多個照相機，並且影像系統的另一光學模組可以包括具有針對飛行時間感測的一維或二維像素陣列的光偵測裝置以取得飛行時間資訊。

於一些實施例中，其中一控制訊號可以固定在一電壓值Vi，另一控制訊號在電壓值Vi±△V之間交替。在一些實施例中，兩個控制訊號可具有彼此不同的電壓値。在一些實施例中，其中一控制訊號為一固定電壓值（例如0.5伏特（v）），另一控制訊號是變化的電壓訊號（例如，正弦訊號（sinusoid signal）、時脈訊號（clock signal）或在0V至1V之間操作的脈衝訊號）。偏壓值的方向決定吸收層內產生的載子的移動方向。

在本公開內容中，如果沒有特別指明，在相同的光偵測裝置中，由其中一開關的第一摻雜區收集的載子的類型和由另一開關的第一摻雜區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，當第一開關被打開並且第二開關被關閉時，第一開關的第一摻雜區收集光載子中的電子，且當第二開關被打開且第一開關被關閉時，第二開關的第一摻雜區也收集光載子中的電子。

在本公開內容中，如果沒有特別指明，每個開關還包括吸收層的一部分和/或基底的一部分或載子控制層的一部分或載子收集層的一部分。在一些實施例中，每個開關的讀出接觸層電耦合到吸收層和/或基底或載子控制層或載子收集層的相應部分並佈置在吸收層和/或基底或載子控制層或載子收集層的相應部分上。在一些實施例中，兩個開關的吸收層和/或基底或載子控制層或載子收集層的每個部分還包括佈置在相應的讀出接觸層之下的第一摻雜區域。

在本公開內容中，如果沒有特別指明，每個開關包括吸收層的另一部分和/或基底的另一部分或載子控制層的另一部分或載子收集層的另一部分。在一些實施例中，每個開關的控制接觸層電耦合到吸收層和/或基底或載子控制層或載子收集層的相應部分並佈置在吸收層和/或基底或載子控制層或載子收集層的的相應部分上。在一些實施例中，兩個開關的吸收層和/或基底或載子控制層或載子收集層的每個部分還包括佈置在相應的控制接觸層之下的第二摻雜區域。

在本公開內容中，如果沒有特別指明，本公開中的第一介電層、第二介電層、第三介電層、第四介電層和第五介電層包括但不限於SiO₂ 。在一些實施例中，第一介電層、第二介電層、第三介電層、第四介電層和第五介電層包括高k材料，該高k材料包括但不限於氮化矽（SixNy，例如 Si3N4）、氮氧化矽（SiON）、氮化矽（SiNx）、氧化矽（SiOx）、氧化鍺（GeOx）、氧化鋁（Al2O3）、氧化釔（Y2O3）、氧化鈦（TiO2）、氧化鉿（HfO₂ ）或氧化鋯（ZrO₂ ）。在一些實施例中，本公開中的第一介電層、第二介電層、第三介電層、第四介電層和第五介電層包括半導體材料，但不限於非晶矽，多晶矽，結晶矽或它們的組合。

在一些實施例中，如果沒有特別指明，控制金屬線、讀出金屬線、讀出接觸層、控制接觸層和導電層包括金屬或合金。控制金屬線、讀出金屬線、讀出接觸層、控制接觸層和導電層包含鋁（Al）、銅（Cu）、鎢（W）、鈦（Ti）、鉭-氮化鉭-銅（Ta-TaN-Cu）疊層或鈦-氮化鈦-鎢（Ti-TiN-W）疊層。

在本公開內容中，如果沒有特別指明，則根據本公開的光偵測裝置中的第三摻雜區和阻擋層可以通過電壓源或電流源例如偏置電壓ca1或ca2以浮接，開路，短路或偏置。

在一些實施例中，如果沒有特別指明，則可以以類似於但不限於圖12A和圖12B中的像素陣列的方式來佈置像素陣列。

在一些實施例中，如果沒有特別指明，則本公開中示出的截面圖可以是沿著光偵測裝置的任何可能的剖面線的截面圖。

如文中所使用且未另外定義，用語「實質上」(substantially)和「約」(about)係用於說明和考慮小變化例。當與事件或狀況結合使用時，用語可涵蓋其中事件或狀況精確發生的實例以及其中事件或狀況非常近似發生的實例。舉例來說，當與數值結合使用時，用語可涵蓋小於或等於數值之±10%之變化範圍，例如小於或等於±5%、小於或等於±4%、小於或等於±3%、小於或等於±2%、小於或等於±1%、小於或等於±0.5%、小於或等於±0.1%、或小於或等於±0.05%。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

100a、100b、100c、100d、100e:光偵測裝置 100g、100h、100i、100j:光偵測裝置 101a、101b:摻雜區 101a’、101b’:第一摻雜區 102:鍺基光吸收材料 102’:吸收層 102s、102ss:表面 102s’:第一表面 103a、103b:摻雜區 103a’、103b’:第二摻雜區 104:半導體基底 104’:基底 104s:第一表面 105a、105b:未摻雜區 106a、106b:控制金屬線 106a’、106b’:控制接觸層 108a、108b:讀出金屬線 108a’、108b’:讀出接觸層 110a、110b:電容 133a:第一介電層 133b:第二介電層 200a、200b、200c、200d、200e、200f、200g、200h:光偵測裝置 201a、201b:N型區域 202:鍺基光吸收材料 202s、202ss:表面 202v:鍺穿孔 203a、203b:P型區域 204v:矽穿孔 206a、206b:控制金屬線 207、207a、207b:N型區域 208a、208b:讀出金屬線 300a:光偵測裝置 301a、301b:N型區域 302:鍺基光吸收材料 304:基底 302s、302ss:表面 303a、303b:P型區域 306a、306b:控制金屬線 307:N型區域 308a、308b:讀出金屬線 309a、309b:空乏區 312:介電層 314:矽穿孔 400a、400b、400c、400d、400e、400f、400g、400h:光偵測裝置 401a、401b:N型區域 401a’、401b’:第一摻雜區 402:鍺基光吸收材料 402’:吸收層 402s:表面 402s’:第一表面 403a、403b:P型區域 403a’、403b’:第二摻雜區 404、404’:基底 404s:第一表面 406a、406b:控制金屬線 406a’、406b’:控制接觸層 408a、408b:讀出金屬線 408a’、408b’:讀出接觸層 409:導電層 411a、411b:N井 411a’、411b’:反摻雜區 451a、451b:P井 419:阻擋層 500a、500b、500c、500d、500e、500f、500g、500h:光偵測裝置 501a、501b:N型區域 501a’、501b’:第一摻雜區 502:鍺基光吸收材料 502’:吸收層 502s:表面 502s’:第一表面 503a、503b:P型區域 503a’，503b’:第二摻雜區 504、504’:基底 506a、506b:控制金屬線 506a’、506b’:控制接觸層 508a、508b:讀出金屬線 508a’、508b’:讀出接觸層 513a、513b、515a、515b:金屬矽化物 513a’、513b’:第一矽化物區 515a’、515b’:第二矽化物區 514:鈍化層 514a1、514a2、514a3、514a4:第一區域 514b:第二區域 514c:第三區域 514e:第四區域 514d1、514d2:中間區域 519:阻擋層 600a、600b、600c、600d、600e、600f、600g、600h、600i、600j、600k、600l、600m、600n、600o、600p、600q、600r、600s、600t、600u、600v:光偵測裝置 601a、601b:N型區域 601a’、601b’:第一摻雜區 602:鍺基光吸收材料 602’:吸收層 602s、602ss:表面 602s’:第一表面 602ss’:第二表面 603a、603b:P型區域 603a’、603b’:第二摻雜區 604、604’:基底 604s:第一表面 604ss:第二表面 604v:矽穿孔 605a、605b:未摻雜區 606a、606b:控制金屬線 606a’、606b’:控制接觸層 608a、608b:讀出金屬線 608a’、608b’:讀出接觸層 610’:導電層 617:N型區域 617’:第三摻雜區 618:第四摻雜區 619:P型區域 619’:阻擋層 624:隔離區 633a:第一介電層 633b:第二介電層 640:阻礙區 651a、651b:反摻雜區 652a、652b:嵌入反摻雜區 653a、653b:淺反摻雜區 700a、700b、700c:光偵測裝置 701a、701b:N型區域 702:鍺基光吸收材料 702s:表面 703a、703b:P型區域 706a、706b:控制金屬線 708a、708b:讀出金屬線 721、716a、716b、718a、718b:金屬 721d、716ad、716bd、718ad、718bd:空乏區 721e、716ae、716be、718ae、718be:極化介電質 723a、723b:金屬 725a、725b:極化介電質 800a、800b:光偵測裝置 801a、801b:N型區域 801a、801b、803a、803b:摻雜區 802:鍺基光吸收材料 802s:表面 803a、803b:P型區域 806a、806b:控制金屬線 808a、808b:讀出金屬線 829、831a、831b、833a、833b:離子處理區 900a、900b、900c、900d、900e:光偵測裝置 901a、901b:N型區域 902:鍺基光吸收材料 902s:表面 903a、903b:P型區域 904:半導體基底 906a、906b:控制金屬線 908a、908b:讀出金屬線 924:隔離區 924a:隔離區 924b:溝渠隔離區域 1000a、1000b、1000c:光偵測裝置 1001a、1001b:N型區域 1002:鍺基光吸收材料 1002s:表面 1003a、1003b:P型區域 1004:半導體基底 1005a、1005b:未摻雜區 1006a、1006b:控制金屬線 1008a、1008b:讀出金屬線 1010a、1010b:電容 1011a、1011b:N井 1013a、1013b、1015a、1015b:金屬矽化物 1014:鈍化層 1019:井形P型區域 1021:金屬 1024:隔離區 1100a、1100b、1100c、1100d、1100e:光偵測裝置 1101a、1101b:N型區域 1102:鍺基光吸收材料 1103a、1103b:P型區域 1106a、1106b:控制金屬線 1108a、1108b:讀出金屬線 1200a、1200b:光偵測裝置 12021、12022、12023、12024:像素 1300a、1300c:光偵測裝置 1310:目標物件 1302:像素陣列 1302a:第一像素陣列 1302b:第二像素陣列 1304:雷射二極體驅動器（LDD） 1306:雷射二極體（LD） 1308:時脈驅動電路 13081、13082:時脈驅動器 1500a、1500b、1500c、1500d、1500e、1500f、1500g、1500i、1500k:光偵測裝置 1501a、1501b:第一摻雜區 1502:吸收層 1502s 第一表面 1503a、1503b:第二摻雜區 1504:基底 1506a、1506b:控制接觸層 1508a、1508b:讀出接觸層 1517:引導區域 1518:排出區域 1519:阻擋層 1521:導電層 1524:隔離區 1541:導電層 1551a、1551b:反摻雜區 1600a、1600b、1600c、1600d、1600e、1600f、1600g、1600h、1600i、1600j、1600k、1600l、1600m:光偵測裝置 1601a、1601b:第一摻雜區 1602:吸收層 1602s:第一表面 1602ss:第二表面 1603a、1603b:第二摻雜區 1604:基底 1605a、1605b:未摻雜區 1606a、1606b:控制接觸層 1608a、1608b:讀出接觸層 1609:導電層 1610a、1610b:電容 1619:阻擋層 1630:通道區 1633a:第一介電層 1633b:第二介電層 1640:阻礙區 1651a、1651b:反摻雜區 1661:第一緩衝區 1662:第二緩衝區 1700a、1700b、1700c、1700d、1700e、1700f、1700g、1700h、1700i:光偵測裝置 1701a、1701b:第一摻雜區 1702:吸收層 1703a、1703b:第二摻雜區 1704:基底 1704s:第一表面 1706a、1706b:控制接觸層 1708a、1708b:讀出接觸層 1710:導電層 1731:埋入區 1731a:第一埋入區 1731b:第二埋入區 1733a:第一介電層 1733b:第二介電層 1751a、1751b:反摻雜區 1761:第一緩衝區 1762:第二緩衝區 1741:排斥區 1800a、1800b、1800c、1800d、1800e、1800f、1800g、1800h、1800i、1800j、1800k、1800l、1800m、1800n、1800o、1800p、1800q、1800r、1800s、1800t、1800u:光偵測裝置 1801a、1801b:第一摻雜區 1802:吸收層 1802s:第一表面 1803a、1803b:第二摻雜區 1804:基底 1806:控制接觸層 1806a、1806b:控制接觸層 1808:讀出接觸層 1808a、1808b:讀出接觸層 1809:導電層 1810:載子控制層 1811:第一導電層 1812a、1812b:調整接觸層 1817:第三摻雜區 1819:阻擋層 1820a、1820b:阻障區 1830:通道區 1831:淺通道區 1832:第五介電層 1833a:第一介電層 1833b:第二介電層 1834a:第三介電層 1834b:第四介電層 1840:阻礙區 1851a、1851b:反摻雜區 1861:第一緩衝區 1862:第二緩衝區 1900a、1900b、1900c、1900d:光偵測裝置 1901a、1901b:第一摻雜區 1902:吸收層 1903a、1903b:第二摻雜區 1904:基底 1906a、1906b:控制接觸層 1908a、1908b:讀出接觸層 1909:導電層 1917:第三摻雜區 1919:阻擋層 1933a:第一介電層 1933b:第二介電層 1940:阻礙區 1951a、1951b:反摻雜區 1961:第一緩衝區 1962:第二緩衝區 2000a、2000b、2000c、2000d、2000e、2000f、2000g、2000h、2000i、2000j、2000k、2000l、2000m:光偵測裝置 2001a、2001b:第一摻雜區 2002:吸收層 2002s:第一表面 2003a、2003b:第二摻雜區 2004:基底 2006a、2006b:控制接觸層 2008a、2008b:讀出接觸層 2009:導電層 2017:第三摻雜區 2019:阻擋層 2030:通道區 2033a:第一介電層 2033b:第二介電層 2040:阻礙區 2050:載子收集層 2050s:第一表面 2051a、2051b:反摻雜區 2061:第一緩衝區 2062:第二緩衝區 AR:吸收區域 cs1、cs2:控制信號 ca2、ca3:偏壓電壓 IL:光信號 WD:光學窗口 v1、v2:電壓 vb1、vb2、vb3:偏壓（基體偏壓） D1:垂直方向 w₁、w₂、w₃:寬度 W₅:第一寬度 W₆:第二寬度 W₇:第一寬度 W₈:第二寬度 d₃、d₄、w₄:距離 d₁、d₂、d₅、d₆、d₇:深度 ILD:層間介電層 CLK1、CLK2、CLK3:時脈信號

圖1A-1J 繪示本發明光偵測裝置之實施例的剖視圖。 圖2A-2H 繪示本發明具有基底空乏模式的光偵測裝置實施例的剖視圖。 圖3A-3B 繪示具有基底空乏模式的光偵測裝置實施例的剖視圖。 圖4A-4H 繪示具有基底空乏模式的光偵測裝置實施例的剖視圖。 圖5A-5H繪示依據一些實施例之具有鈍化層的光偵測裝置的剖視圖。 圖6A-6C 繪示依據一些實施例之可增進電荷轉移速度的光偵測裝置的剖視圖。 圖6D-6V繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。 圖7A-7B 繪示依據一些實施例之具有表面空乏模式的光偵測裝置的剖視圖。 圖7C-7D 繪示依據一些實施例之具有表面空乏模式的光偵測裝置的平面圖。 圖8A繪示依據一些實施例之具有表面離子佈植的光偵測裝置的剖視圖。 圖8B繪示依據一些實施例之具有表面離子佈植的光偵測裝置的平面圖。 圖9A繪示依據一些實施例之具有像素間隔離的光偵測裝置的剖視圖。 圖9B繪示依據一些實施例之具有像素間隔離的光偵測裝置的平面圖。 圖9C-9E繪示依據一些實施例之具有像素間隔離的光偵測裝置的剖視圖。 圖10A-10D繪示依據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。 圖11A-11E繪示依據一些實施例之具有小型化晶片尺寸的光偵測裝置的平面圖。 圖12A-12B繪示依據一些實施例之光偵測裝置陣列架構的平面圖。 圖13A-13E繪示依據一些實施例之使用相位變化調變機制的光偵測裝置的方塊圖及時序圖。 圖14顯示依據一些實施例之使用具有相位改變調變機制的光偵測裝置操作方法。 圖15A-15B繪示根據一些實施例的光偵測裝置的俯視圖。 圖15C-15D繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。 圖15E繪示根據一些實施例的光偵測裝置的俯視圖。 圖15F繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。 圖15G繪示根據一些實施例的光偵測裝置的俯視圖。 圖15H繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。 圖15I繪示根據一些實施例的光偵測裝置的俯視圖。 圖15J繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。 圖15K繪示根據一些實施例的光偵測裝置的俯視圖。 圖15L繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。 圖16A-16M繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。 圖17A-17I繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。 圖18A-18U繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。 圖19A-19D繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。 圖20A-20M繪示根據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。

1000a:光偵測裝置

1001a、1001b:N型區域

1002:鍺基光吸收材料

1002s:表面

1003a、1003b:P型區域

1004:半導體基底

1006a、1006b:控制金屬線

1008a、1008b:讀出金屬線

1010a、1010b:電容

1011a、1011b:N井

1013a、1013b、1015a、1015b:金屬矽化物

1014:鈍化層

1019:井形P型區域

1021:金屬

1024:隔離區

AR:吸收區域

cs1、cs2:控制信號

ca2、ca3:偏壓電壓

v1、v2:電壓

ILD:層間介電層

Claims (20)

1. 一種光偵測裝置，包括： 由一第一材料或一第一材料複合物製成的一基底； 由一第二材料或一第二材料複合物製成的一吸收層，該吸收層由該基底支撐，且該吸收層包括： 一第一表面； 一第二表面，佈置在該第一表面和該基底之間；以及 一通道區，其具有一峰值摻質濃度等於或大於1x10¹⁵ cm^-3 的一摻質分佈，其中該第一表面與具有該峰值摻質濃度的該通道區的位置之間的距離小於該第二表面與具有該峰值摻質濃度的該通道區的位置之間的距離，又其中該第一表面與具有該峰值摻質濃度的該通道區的位置之間的該距離不小於30nm。
2. 如請求項1所述的光偵測裝置，其更包括： 兩個開關，各該開關包括該吸收層的一第一部分和一控制接觸層，各該控制接觸層電性耦接到該吸收層的相應該第一部分並佈置在該吸收層的相應該第一部分上。
3. 如請求項2所述的光偵測裝置，其中該通道區沿著基本上垂直於該吸收層的該第一表面的方向佈置在該兩個開關與該第二表面之間。
4. 如請求項2所述的光偵測裝置，其中各該兩個開關另包括該吸收層的一第二部分和一讀出接觸層，各該讀出接觸層電性耦接到該吸收層的相應該第二部分並佈置在該吸收層的相應該第二部分上，其中該兩個開關的該吸收層的各該第二部分還包括具有一第一導電類型的一第一摻雜區，又其中各該第一摻雜區電性耦接到相應的該讀出接觸層。
5. 如請求項4所述的光偵測裝置，其中該通道區的一導電類型與該第一摻雜區的第一導電類型相同。
6. 如請求項4所述的光偵測裝置，其中該吸收層另包括佈置在該兩個第一摻雜區之間且佈置在該通道區與該第一表面之間的一阻礙區。
7. 如請求項6所述的光偵測裝置，其中該阻礙區具有一摻質分佈，該摻質分佈的一峰值摻質濃度不同於該通道區的峰值摻質濃度。
8. 如請求項6所述的光偵測裝置，其中該阻礙區的導電類型與該通道區的導電類型相同，並且該阻礙區的峰值摻質濃度低於該通道的峰值摻質濃度。
9. 如請求項6所述的光偵測裝置，其中該阻礙區的導電類型不同於該通道區的導電類型，並且該阻礙區的峰值摻質濃度高於該通道區的峰值摻質濃度。
10. 如請求項9所述的光偵測裝置，其中該阻礙區的峰值摻質濃度在1×10¹⁸ cm^-3 和5×10²⁰ cm^-3 之間。
11. 如請求項4所述的光偵測裝置，其中該通道區與該第一摻雜區重疊。
12. 如請求項4所述的光偵測裝置，其中該兩個開關的該吸收層的各該第二部分還包括一第二摻雜區，佈置在相應的該控制接觸層和該吸收層的該第二表面之間，其中，各該第二摻雜區具有不同於該第一導電類型的一第二導電類型。
13. 如請求項4所述的光偵測裝置，其另包括兩個反摻雜區，其中各該兩個反摻雜區與該第一摻雜區的至少一部分重疊，並且該兩個反摻雜區具有與該第一摻雜區的該第一導電類型不同的一導電類型。
14. 如請求項4所述的光偵測裝置，其另包括在該兩個第一摻雜區之間的一第一緩衝區和一第二緩衝區。
15. 如請求項14所述的光偵測裝置，其中該第一緩衝區和該第二緩衝區各自的深度小於各該第一摻雜區的深度。
16. 如請求項2所述的光偵測裝置，其中該通道區的寬度大於該兩個開關的該等控制接觸層之間的距離。
17. 如請求項1所述的光偵測裝置，其中該通道區的寬度在10nm至500nm之間。
18. 如請求項1所述的光偵測裝置，其中該吸收層的該第一表面與該通道區的該峰值摻質濃度的位置之間的距離在50nm至650nm之間。
19. 如請求項1所述的光偵測裝置，其中該通道區的峰值摻質濃度在1×10¹⁵ cm^-3 和5×10¹⁷ cm^-3 之間。
20. 一種影像系統，包括： 一或多個相機；以及 一光偵測裝置，包括用於一飛行時間資訊的一像素陣列，該像素陣列的各像素包括： 由一第一材料或一第一材料複合物製成的一基底； 由一第二材料或一第二材料複合物製成的一吸收層，該吸收層由基底支撐，且該吸收層包括： 一第一表面； 一第二表面，佈置在該第一表面和該基底之間；以及 一通道區，其具有一峰值摻質濃度等於或大於1x10¹⁵ cm^-3 的一摻質分佈，其中該第一表面與具有該峰值摻質濃度的該通道區的位置之間的距離小於該第二表面與具有該峰值摻質濃度的該通道區的位置之間的距離，又其中該第一表面與具有該峰值摻質濃度的該通道區的位置之間的距離不小於30nm。

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