TWI774602B - 單光子崩潰二極體及單光子崩潰二極體陣列 - Google Patents
單光子崩潰二極體及單光子崩潰二極體陣列 Download PDFInfo
- Publication number
- TWI774602B TWI774602B TW110141238A TW110141238A TWI774602B TW I774602 B TWI774602 B TW I774602B TW 110141238 A TW110141238 A TW 110141238A TW 110141238 A TW110141238 A TW 110141238A TW I774602 B TWI774602 B TW I774602B
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- type semiconductor
- well layer
- semiconductor well
- layer
- type
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 169
- 239000000463 material Substances 0.000 description 14
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 11
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 8
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 7
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 7
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 6
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 5
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 5
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 4
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 3
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 3
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 2
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000005549 size reduction Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/1443—Devices controlled by radiation with at least one potential jump or surface barrier
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/1446—Devices controlled by radiation in a repetitive configuration
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
- H01L31/107—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiodes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
一種單光子崩潰二極體，包括一N型半導體埋層、一主動區及一N型堆疊層。主動區包括一第一P型半導體井層、一第一N型半導體井層、一第二P型半導體井層、二陽極及一P型磊晶層。第一P型半導體井層配置於N型半導體埋層上，第一N型半導體井層配置於第一P型半導體井層上。第二P型半導體井層配置於第一N型半導體井層上，此二陽極配置於第二P型半導體井層上的相對兩側。P型磊晶層連接第一P型半導體井層及第二P型半導體井層。N型堆疊層配置於主動區旁，且配置於N型半導體埋層上。一種單光子崩潰二極體陣列亦被提出。
Description
本發明是有關於一種光二極體（photodiode）及光二極體陣列，且特別是有關於一種單光子崩潰二極體（single photon avalanche diode, SPAD）及單光子崩潰二極體陣列。
單光子崩潰二極體在受光照射後，使得電子與電洞分離而形成光電流。當與電洞分離的電子進入PN接面處之電場加速區（即雪崩區（avalanche region））時，電子被電場大幅地加速而撞擊其他原子，使其他原子游離出更多的電子，而形成崩潰電流（avalanche current）。崩潰電流的電流值遠大於原始的光電流，進而能夠有效提升感應靈敏度。
單光子崩潰二極體可應用於飛時測距裝置（time-of-flight ranging device, ToF ranging device）或光達（LiDAR），可藉由感測光的飛行時間來計算出物體的距離。然而，在單光子崩潰二極體中，在雪崩區以外的中性區（neutral region）的載子所受到的電場較為微弱，使得載子漂移（drift）至雪崩區的時間會有所延遲，導致時序顫動（timing jitter），這會對測量光的飛行時間的準確度造成影響。
另一方面，當隨著光電技術的不斷演進，產品朝小型化發展，單光子崩潰二極體也被做得更小。在此情況下，光電子更容易往雪崩區以外的位置漂移，而導致光子偵測機率（photon detection probability, PDP）的損失。
本發明提供一種單光子崩潰二極體及單光子崩潰二極體陣列，其可有效抑制時序顫動，且可有效降低光子偵測機率的損失。
本發明的一實施例提出一種單光子崩潰二極體，包括一N型半導體埋層、一主動區及一N型堆疊層。主動區包括一第一P型半導體井層、一第一N型半導體井層、一第二P型半導體井層、二陽極及一P型磊晶層。第一P型半導體井層配置於N型半導體埋層上，第一N型半導體井層配置於第一P型半導體井層上。第二P型半導體井層配置於第一N型半導體井層上，此二陽極配置於第二P型半導體井層上。P型磊晶層連接第一P型半導體井層及第二P型半導體井層。N型堆疊層配置於主動區旁，且配置於N型半導體埋層上。
本發明的一實施例提出一種單光子崩潰二極體陣列，包括多個排成二維陣列的上述單光子崩潰二極體，其中每一單光子崩潰二極體的二陽極排列於一參考直線上，且相鄰的任二個單光子崩潰二極體的二個參考直線彼此不平行。
在本發明的實施例的單光子崩潰二極體及單光子崩潰二極體陣列中，由於利用N型半導體埋層、第一P型半導體井層、第一N型半導體井層及第二P型半導體井層來形成三個PN接面（p-n junction），也就是形成三個雪崩區，以增加光電子落於雪崩區的機會，因此能有效抑制時序顫動的問題，並可有效降低光子偵測機率的損失。此外，本發明的實施例的單光子崩潰二極體及單光子崩潰二極體陣列皆採用兩個陽極，可以使第一P型半導體井層的電壓準位比較平均。
另外，在本發明的實施例的單光子崩潰二極體陣列中，每一單光子崩潰二極體包括二陽極且其排列於一參考直線上，且相鄰的任二個單光子崩潰二極體的二個參考直線彼此不平行。也就是說，相鄰的單光子崩潰二極體的二個陽極是採用錯開設置的方式，而相鄰的單光子崩潰二極體中連接陽極的線路長度因而可以相同，能有效避免不同的單光子崩潰二極體有不同的電阻電容延遲。
請參照圖1至圖3，本實施例的單光子崩潰二極體陣列100包括多個排成二維陣列的單光子崩潰二極體200，每一單光子崩潰二極體200包括一N型半導體埋層（n-type semiconductor buried layer）210、一主動區300及一N型堆疊層400。主動區300包括一第一P型半導體井層（first p-type semiconductor well layer）310、一第一N型半導體井層320、一第二P型半導體井層330、二陽極340及一P型磊晶層350。
第一P型半導體井層310配置於N型半導體埋層210上，第一N型半導體井層320配置於第一P型半導體井層310上。第二P型半導體井層330配置於第一N型半導體井層320上，此二陽極340配置於第二P型半導體井層330上，例如是分別配置於第二P型半導體井層330上的相對兩側。P型磊晶層350連接第一P型半導體井層310及第二P型半導體井層330。N型堆疊層400配置於主動區300旁，且配置於N型半導體埋層210上。在本實施例中，單光子崩潰二極體200更包括一基板220，而N型半導體埋層210配置於基板220上，其中基板220例如為P型半導體基板。
在本實施例中，第一P型半導體井層310與N型半導體埋層210之間形成一第一PN接面J1，第一P型半導體井層310與第一N型半導體井層320之間形成一第二PN接面J2，第一N型半導體井層320與第二P型半導體井層330之間形成一第三PN接面J3，且第一、第二、第三PN接面J1、J2及J3形成三個雪崩區R1、R2、R3，即電場加速區。如圖3所繪示，在雪崩區R1、R2、R3中有較強的電場，能夠大幅加速光電子，以使光電子撞擊其他原子，使其他原子游離出更多的電子，而形成崩潰電流。
在本實施例的單光子崩潰二極體200及單光子崩潰二極體陣列100中，由於利用N型半導體埋層210、第一P型半導體井層310、第一N型半導體井層320及第二P型半導體井層330來形成第一、第二及第三PN接面J1、J2及J3，也就是形成三個雪崩區R1、R2及R3，以增加光電子落於雪崩區R1、R2、R3的機會，因此能有效抑制時序顫動的問題，並可有效降低光子偵測機率的損失。此外，本實施例的單光子崩潰二極體200及單光子崩潰二極體陣列100皆採用兩個陽極340，可以使第一P型半導體井層310的電壓準位比較平均。
具體而言，當來自外界的光子50照射於曝光區Z1時（如圖2與圖3所繪示），會在曝光區Z1中產生光電子。在本實施例中，曝光區Z1為兩個陽極340之間的收光區域，在平行於第二P型半導體井層330的方向上（即圖2與圖3中的水平方向上），曝光區Z1的範圍小於主動區300的範圍。此外，曝光區Z1涵蓋雪崩區R1、R2及R3。相對於習知單光子崩潰二極體採用單一一個雪崩區，本實施例的單光子崩潰二極體200採用三個雪崩區R1、R2、R3，大幅提升了光電子落入雪崩區R1、R2、R3的機會，因此減少了光電子在雪崩區R1、R2、R3外受到較微弱的電場作用而導致時間延遲的問題，也可有效減少光電子橫向地往N型堆疊層400漂移的機會。故能有效抑制時序顫動的問題，並可有效降低光子偵測機率的損失。此外，即使單光子崩潰二極體200的尺寸越做越小，數量提升及涵蓋範圍比例變大的雪崩區R1、R2、R3可有效減少光電子橫向地往N型堆疊層400漂移或往其他位置漂移的機會，因此即便尺寸縮小仍可有效降低光子偵測機率的損失。
此外，在本實施例的單光子崩潰二極體200及單光子崩潰二極體陣列100中，此二陽極340配置於第二P型半導體井層330上的相對兩側，且P型磊晶層350連接第一P型半導體井層310及第二P型半導體井層330，而在本實施例中此二陽極340更可以配置於P型磊晶層350上。因此，此二陽極340可透過P型磊晶層350而達到與第一P型半導體井層310良好的電性連接，而配置於相對兩側340的二陽極340更可使第一P型半導體井層310處的電場較為均勻，進而幫助崩潰電流的有效形成。
在本實施例中，P型磊晶層350沿著第一N型半導體井層320的側邊從第一P型半導體井層310延伸至第二P型半導體井層330。在圖2中，P型磊晶層350是沿著第一N型半導體井層320的相對兩側邊從第一P型半導體井層310延伸至第二P型半導體井層330。
在本實施例中，主動區300更包括二P型重摻雜層360，分別連接二陽極340與第二P型半導體井層330，且在本實施例中亦可分別連接二陽極340與P型磊晶層350。此二P型重摻雜層360可提升此二陽極340與第一P型半導體井層310及第二P型半導體井層330的導電效果。在本實施例中，P型重摻雜層360的P型摻雜濃度大於第一P型半導體井層310的P型摻雜濃度，且大於第二P型半導體井層330的P型摻雜濃度。
在本實施例中，N型堆疊層400環繞主動區300。具體而言，在本實施例中，N型堆疊層400包括一第二N型半導體井層410及一陰極420。第二N型半導體井層410配置於N型半導體埋層上210，而陰極420配置於第二N型半導體井層410上。在本實施例中，N型堆疊層400更包括一高電壓N型半導體井層（high voltage n-type semiconductor well layer）430及一N型重摻雜層440。高電壓N型半導體井層430配置於N型半導體埋層210與第二N型半導體井層410之間，N型重摻雜層440配置於第二N型半導體井層410與陰極420之間。N型重摻雜層440可增進陰極420與第二N型半導體井層410之間的電性連接。在本實施例中，N型重摻雜層440的N型摻雜濃度大於第二N型半導體井層410的N型摻雜濃度。
在本實施例中，第一P型半導體井層310的P型摻雜濃度是落在10
17cm
-3至5×10
18cm
-3的範圍內，第一N型半導體井層320的N型摻雜濃度是落在10
17cm
-3至5×10
18cm
-3的範圍內，且第二P型半導體井層330的P型摻雜濃度是落在10
17cm
-3至5×10
18cm
-3的範圍內。在本實施例中，P型磊晶層350的P型摻雜濃度小於第一P型半導體井層310的P型摻雜濃度，且小於第二P型半導體井層330的P型摻雜濃度。此外，在本實施例中，第一P型半導體井層310與第二P型半導體井層330之間的間距是落在1微米至2微米的範圍內。
在本實施例中，如圖1所示，每一單光子崩潰二極體200的二陽極340排列於一參考直線L1上，且相鄰的任二個單光子崩潰二極體200的二個參考直線L1彼此不平行。在本實施例中，相鄰的任二個單光子崩潰二極體200的二個參考直線L1彼此垂直。也就是說，相鄰的單光子崩潰二極體200的二個陽極340是採用錯開設置的方式，而在平行於單光子崩潰二極體陣列100的一中心線F1的方向上排列的相鄰的單光子崩潰二極體200中連接陽極的陽極線路110長度因而可以相同，能有效避免不同的單光子崩潰二極體200有不同的電阻電容延遲。
在本實施例中，單光子崩潰二極體陣列100，更包括多個陽極線路110，每一陽極線路110具有二分支線路112，分別連接至一個單光子崩潰二極體200的二個陽極340。
在本實施例中，在以單光子崩潰二極體陣列100的中心線F1為對稱軸的任兩鏡像對稱位置上的二個單光子崩潰二極體200（例如單光子崩潰二極體200a與200b）上的陽極線路110的線路走向不同，但線路長度相等。如此可以使單光子崩潰二極體陣列100有較為對稱的感測效果。此外，在本實施例中，在平行於單光子崩潰二極體陣列100的中心線F1的方向上排列的相鄰二個單光子崩潰二極體200（例如單光子崩潰二極體200c與200d）上的陽極線路110的長度相等。
在本實施例中，N型半導體埋層210的材料例如為摻雜有磷(P)、砷(As)、銻(Sb)或其組合的矽。第一P型半導體井層310的材料例如為摻雜有硼(B)、銦(In)或其組合的矽。第一N型半導體井層320的材料例如為摻雜有磷(P)、砷(As)、銻(Sb)或其組合的矽。第二P型半導體井層330的材料例如為摻雜有硼(B)、銦(In)或其組合的矽。陽極340的材料例如為銅(Cu)、鎢(W)、鋁(Al)或其組合。P型磊晶層350的材料可為具有P型摻雜的矽，例如為摻雜有硼(B)、銦(In)或其組合的矽。P型重摻雜層360的材料例如為摻雜有硼(B)、銦(In)或其組合的矽。第二N型半導體井層410的材料例如為摻雜有磷(P)、砷(As)或其組合的矽。陰極420的材料例如為銅(Cu)、鎢(W)、鋁(Al)或其組合。高電壓N型半導體井層430的材料例如為摻雜有磷(P)、砷(As)或其組合的矽。N型重摻雜層440的材料例如為摻雜有磷(P)、砷(As)或其組合的矽。陽極線路110的材料例如為銅(Cu)、鎢(W)、鋁(Al)或其組合。基板220的材料例如為矽(Si)。然而，本發明並不以上述材料為限。
綜上所述，在本發明的實施例的單光子崩潰二極體及單光子崩潰二極體陣列中，由於利用N型半導體埋層、第一P型半導體井層、第一N型半導體井層及第二P型半導體井層來形成三個PN接面（p-n junction），也就是形成三個雪崩區，以增加光電子落於雪崩區的機會，因此能有效抑制時序顫動的問題，並可有效降低光子偵測機率的損失。此外，本發明的實施例的單光子崩潰二極體及單光子崩潰二極體陣列採用兩個陽極，可以使第一P型半導體井層的電壓準位比較平均。
另外，在本發明的實施例的單光子崩潰二極體陣列中，每一單光子崩潰二極體包括二陽極且其排列於一參考直線上，且相鄰的任二個單光子崩潰二極體的二個參考直線彼此不平行。也就是說，相鄰的單光子崩潰二極體的二個陽極是採用錯開設置的方式，而相鄰的單光子崩潰二極體中連接陽極的線路長度因而可以相同，能有效避免不同的單光子崩潰二極體有不同的電阻電容延遲。
50:光子
100:單光子崩潰二極體陣列
110:陽極線路
112:分支線路
200、200a、200b:單光子崩潰二極體
210:N型半導體埋層
220:基板
300:主動區
310:第一P型半導體井層
320:第一N型半導體井層
330:第二P型半導體井層
340:陽極
350:P型磊晶層
360:P型重摻雜層
400:N型堆疊層
410:第二N型半導體井層
420:陰極
430:高電壓N型半導體井層
440:N型重摻雜層
F1:中心線
J1:第一PN接面
J2:第二PN接面
J3:第三PN接面
D1:間距
L1:參考直線
R1、R2、R3:雪崩區
Z1:曝光區
圖1為本發明的一實施例的單光子崩潰二極體陣列的上視示意圖。
圖2為圖1的單光子崩潰二極體陣列沿著I-I線的剖面示意圖。
圖3為圖2中的單光子崩潰二極體的深度與電場分布的對照圖。
50:光子
200:單光子崩潰二極體
210:N型半導體埋層
220:基板
300:主動區
310:第一P型半導體井層
320:第一N型半導體井層
330:第二P型半導體井層
340:陽極
350:P型磊晶層
360:P型重摻雜層
400:N型堆疊層
410:第二N型半導體井層
420:陰極
430:高電壓N型半導體井層
440:N型重摻雜層
D1:間距
J1:第一PN接面
J2:第二PN接面
J3:第三PN接面
R1、R2、R3:雪崩區
Z1:曝光區
Claims (18)
- 一種單光子崩潰二極體，包括： 一N型半導體埋層； 一主動區，包括： 一第一P型半導體井層，配置於該N型半導體埋層上； 一第一N型半導體井層，配置於該第一P型半導體井層上； 一第二P型半導體井層，配置於該第一N型半導體井層上； 二陽極，配置於該第二P型半導體井層上；以及 一P型磊晶層，連接該第一P型半導體井層及該第二P型半導體井層；以及 一N型堆疊層，配置於該主動區旁，且配置於該N型半導體埋層上。
- 如請求項1所述的單光子崩潰二極體，其中該第一P型半導體井層與該N型半導體埋層之間形成一第一PN接面，該第一P型半導體井層與該第一N型半導體井層之間形成一第二PN接面，該第一N型半導體井層與該第二P型半導體井層之間形成一第三PN接面，且該第一、第二、第三PN接面形成三個雪崩區。
- 如請求項2所述的單光子崩潰二極體，其中該單光子崩潰二極體在該二陽極之間的收光區域為一曝光區，該曝光區涵蓋該三個雪崩區。
- 如請求項3所述的單光子崩潰二極體，其中在平行於該第二P型半導體井層的方向上，該曝光區的範圍小於該主動區的範圍。
- 如請求項1所述的單光子崩潰二極體，其中該P型磊晶層沿著該第一N型半導體井層的側邊從該第一P型半導體井層延伸至該第二P型半導體井層。
- 如請求項5所述的單光子崩潰二極體，其中該P型磊晶層沿著該第一N型半導體井層的相對兩側邊從該第一P型半導體井層延伸至該第二P型半導體井層。
- 如請求項1所述的單光子崩潰二極體，其中該N型堆疊層環繞該主動區。
- 如請求項1所述的單光子崩潰二極體，其中該主動區更包括二P型重摻雜層，分別連接該二陽極與該第二P型半導體井層。
- 如請求項1所述的單光子崩潰二極體，其中該N型堆疊層包括： 一第二N型半導體井層，配置於該N型半導體埋層上；以及 一陰極，配置於該第二N型半導體井層上。
- 如請求項9所述的單光子崩潰二極體，其中該N型堆疊層更包括： 一高電壓N型半導體井層，配置於該N型半導體埋層與該第二N型半導體井層之間；以及 一N型重摻雜層，配置於該第二N型半導體井層與該陰極之間。
- 如請求項1所述的單光子崩潰二極體，其中該第一P型半導體井層的P型摻雜濃度是落在10 17cm -3至5×10 18cm -3的範圍內，該第一N型半導體井層的N型摻雜濃度是落在10 17cm -3至5×10 18cm -3的範圍內，且該第二P型半導體井層的P型摻雜濃度是落在10 17cm -3至5×10 18cm -3的範圍內。
- 如請求項1所述的單光子崩潰二極體，其中該第一P型半導體井層與該第二P型半導體井層之間的間距是落在1微米至2微米的範圍內。
- 如請求項1所述的單光子崩潰二極體，其中該二陽極分別配置於該第二P型半導體井層上的相對兩側。
- 一種單光子崩潰二極體陣列，包括： 多個排成二維陣列的單光子崩潰二極體，每一單光子崩潰二極體包括： 一N型半導體埋層； 一主動區，包括： 一第一P型半導體井層，配置於該N型半導體埋層上； 一第一N型半導體井層，配置於該第一P型半導體井層上； 一第二P型半導體井層，配置於該第一N型半導體井層上； 二陽極，配置於該第二P型半導體井層上的相對兩側；以及 一P型磊晶層，連接該第一P型半導體井層及該第二P型半導體井層；以及 一N型堆疊層，配置於該主動區旁，且配置於該N型半導體埋層上， 其中，每一單光子崩潰二極體的該二陽極排列於一參考直線上，且相鄰的任二個單光子崩潰二極體的二個參考直線彼此不平行。
- 如請求項14所述的單光子崩潰二極體陣列，其中相鄰的任二個單光子崩潰二極體的該二個參考直線彼此垂直。
- 如請求項14所述的單光子崩潰二極體陣列，更包括多個陽極線路，每一陽極線路具有二分支線路，分別連接至一個單光子崩潰二極體的二個陽極。
- 如請求項16所述的單光子崩潰二極體陣列，其中在以該單光子崩潰二極體陣列的一中心線為對稱軸的任兩鏡像對稱位置上的二個單光子崩潰二極體上的陽極線路的線路走向不同，但線路長度相等。
- 如請求項16所述的單光子崩潰二極體陣列，其中在平行於該單光子崩潰二極體陣列的一中心線的方向上排列的相鄰二個單光子崩潰二極體上的陽極線路的長度相等。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US202163153966P | 2021-02-26 | 2021-02-26 | |
| US63/153,966 | 2021-02-26 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TWI774602B true TWI774602B (zh) | 2022-08-11 |
| TW202234716A TW202234716A (zh) | 2022-09-01 |
Family
ID=80136483
Family Applications (4)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW110213059U TWM623409U (zh) | 2021-02-26 | 2021-11-05 | 單光子崩潰二極體及單光子崩潰二極體陣列 |
| TW110141238A TWI774602B (zh) | 2021-02-26 | 2021-11-05 | 單光子崩潰二極體及單光子崩潰二極體陣列 |
| TW110214053U TWM624210U (zh) | 2021-02-26 | 2021-11-26 | 單光子崩潰二極體 |
| TW110144123A TWI792720B (zh) | 2021-02-26 | 2021-11-26 | 單光子崩潰二極體 |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW110213059U TWM623409U (zh) | 2021-02-26 | 2021-11-05 | 單光子崩潰二極體及單光子崩潰二極體陣列 |
Family Applications After (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW110214053U TWM624210U (zh) | 2021-02-26 | 2021-11-26 | 單光子崩潰二極體 |
| TW110144123A TWI792720B (zh) | 2021-02-26 | 2021-11-26 | 單光子崩潰二極體 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (4) | CN216698365U (zh) |
| TW (4) | TWM623409U (zh) |
| WO (2) | WO2022179171A1 (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022179171A1 (zh) * | 2021-02-26 | 2022-09-01 | 神盾股份有限公司 | 单光子雪崩二极管及单光子雪崩二极管阵列 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130193546A1 (en) * | 2010-09-08 | 2013-08-01 | The University Court Of The University Of Edinburg | Single photon avalanche diode for cmos circuits |
| TW201622115A (zh) * | 2014-10-03 | 2016-06-16 | 豪威科技股份有限公司 | 具有保護環區域反射結構之背側照明影像感測器 |
| US20160218236A1 (en) * | 2015-01-27 | 2016-07-28 | Voxtel, Inc. | Clamped Avalanche Photodiode |
| US20170186798A1 (en) * | 2015-12-28 | 2017-06-29 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Stacked spad image sensor |
| US20200259026A1 (en) * | 2019-02-11 | 2020-08-13 | Allegro Microsystems, Llc | Photodetector with a buried layer |
Family Cites Families (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8259293B2 (en) * | 2007-03-15 | 2012-09-04 | Johns Hopkins University | Deep submicron and nano CMOS single photon photodetector pixel with event based circuits for readout data-rate reduction communication system |
| US7898001B2 (en) * | 2008-12-03 | 2011-03-01 | Stmicroelectronics (Research & Development) Limited | Single photon detector and associated methods for making the same |
| IT1393781B1 (it) * | 2009-04-23 | 2012-05-08 | St Microelectronics Rousset | Fotodiodo operante in modalita' geiger con resistore di soppressione integrato e controllabile ad effetto jfet, schiera di fotodiodi e relativo procedimento di fabbricazione |
| CN101931021A (zh) * | 2010-08-28 | 2010-12-29 | 湘潭大学 | 单光子雪崩二极管及基于此的三维coms图像传感器 |
| JP6090060B2 (ja) * | 2013-08-23 | 2017-03-08 | 株式会社豊田中央研究所 | シングルフォトンアバランシェダイオード |
| US10153310B2 (en) * | 2016-07-18 | 2018-12-11 | Omnivision Technologies, Inc. | Stacked-chip backside-illuminated SPAD sensor with high fill-factor |
| CN106057958B (zh) * | 2016-08-08 | 2017-05-10 | 杭州电子科技大学 | 单光子雪崩光电二极管的制作方法 |
| JP2017005276A (ja) * | 2016-09-30 | 2017-01-05 | 株式会社豊田中央研究所 | シングルフォトンアバランシェダイオード |
| US10312391B2 (en) * | 2016-10-04 | 2019-06-04 | Omnivision Technologies, Inc. | Apparatus and method for single-photon avalanche-photodiode detectors with reduced dark count rate |
| CN106298816A (zh) * | 2016-10-11 | 2017-01-04 | 天津大学 | 集成淬灭电阻的单光子雪崩二极管及其制造方法 |
| JP2020009790A (ja) * | 2016-11-09 | 2020-01-16 | シャープ株式会社 | アバランシェフォトダイオード |
| CN106449770B (zh) * | 2016-12-07 | 2019-09-24 | 天津大学 | 防止边缘击穿的环形栅单光子雪崩二极管及其制备方法 |
| CN106531837B (zh) * | 2016-12-29 | 2017-10-17 | 杭州电子科技大学 | 双结单光子雪崩二极管及其制作方法 |
| US10103285B1 (en) * | 2017-04-13 | 2018-10-16 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd. | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
| EP3435422B1 (en) * | 2017-07-26 | 2020-05-06 | ams AG | Spad device for excess bias monitoring |
| US10388816B2 (en) * | 2017-09-22 | 2019-08-20 | Stmicroelectronics (Research & Development) Limited | Deep trench isolation (DTI) bounded single photon avalanche diode (SPAD) on a silicon on insulator (SOI) substrate |
| US10193009B1 (en) * | 2018-04-05 | 2019-01-29 | Stmicroelectronics (Crolles 2) Sas | Single photon avalanche gate sensor device |
| CN109300992B (zh) * | 2018-08-16 | 2020-01-21 | 杭州电子科技大学 | 一种高探测效率的单光子雪崩二极管及其制作方法 |
| CN109285901A (zh) * | 2018-08-27 | 2019-01-29 | 重庆亚川电器有限公司 | 一种具有逆掺杂分布的深n阱的cmos spad光电器件 |
| WO2022179171A1 (zh) * | 2021-02-26 | 2022-09-01 | 神盾股份有限公司 | 单光子雪崩二极管及单光子雪崩二极管阵列 |
-
2021
- 2021-11-05 WO PCT/CN2021/128930 patent/WO2022179171A1/zh active Application Filing
- 2021-11-05 TW TW110213059U patent/TWM623409U/zh unknown
- 2021-11-05 TW TW110141238A patent/TWI774602B/zh active
- 2021-11-05 CN CN202122700528.8U patent/CN216698365U/zh active Active
- 2021-11-05 CN CN202111308721.5A patent/CN114038865A/zh active Pending
- 2021-11-26 WO PCT/CN2021/133387 patent/WO2022179223A1/zh active Application Filing
- 2021-11-26 TW TW110214053U patent/TWM624210U/zh unknown
- 2021-11-26 CN CN202122934919.6U patent/CN216980588U/zh active Active
- 2021-11-26 TW TW110144123A patent/TWI792720B/zh active
- 2021-11-26 CN CN202111424193.XA patent/CN114284383A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130193546A1 (en) * | 2010-09-08 | 2013-08-01 | The University Court Of The University Of Edinburg | Single photon avalanche diode for cmos circuits |
| TW201622115A (zh) * | 2014-10-03 | 2016-06-16 | 豪威科技股份有限公司 | 具有保護環區域反射結構之背側照明影像感測器 |
| US20160218236A1 (en) * | 2015-01-27 | 2016-07-28 | Voxtel, Inc. | Clamped Avalanche Photodiode |
| US20170186798A1 (en) * | 2015-12-28 | 2017-06-29 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Stacked spad image sensor |
| US20200259026A1 (en) * | 2019-02-11 | 2020-08-13 | Allegro Microsystems, Llc | Photodetector with a buried layer |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN216980588U (zh) | 2022-07-15 |
| TW202234715A (zh) | 2022-09-01 |
| WO2022179223A1 (zh) | 2022-09-01 |
| TWM624210U (zh) | 2022-03-01 |
| CN114038865A (zh) | 2022-02-11 |
| TW202234716A (zh) | 2022-09-01 |
| TWM623409U (zh) | 2022-02-11 |
| WO2022179171A1 (zh) | 2022-09-01 |
| CN216698365U (zh) | 2022-06-07 |
| TWI792720B (zh) | 2023-02-11 |
| CN114284383A (zh) | 2022-04-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10651332B2 (en) | SPAD photodiode | |
| US11329185B2 (en) | Avalanche diode along with vertical PN junction and method for manufacturing the same field | |
| US9780247B2 (en) | SPAD-type photodiode | |
| US20200185560A1 (en) | Spad-type photodiode | |
| US11830891B2 (en) | Image sensor comprising a plurality of SPAD photodiodes | |
| US11522097B2 (en) | Diode devices and methods of forming diode devices | |
| WO2022011701A1 (zh) | 一种单光子雪崩二极管及其制造方法、光检测器件及系统 | |
| TWI774602B (zh) | 單光子崩潰二極體及單光子崩潰二極體陣列 | |
| JP2020532133A (ja) | 動作電圧範囲が改善された半導体光電子増倍管 | |
| US11011656B2 (en) | Photodiode device and photodiode detector | |
| US20230215964A1 (en) | Single-photon detection pixel and single-photon detection pixel array including the same | |
| TWI821781B (zh) | 光感測裝置 | |
| US11107938B2 (en) | Photodiode | |
| TW202327117A (zh) | 包括設置於半導體基底中的鍺區的半導體裝置及其形成方法 | |
| JP7379230B2 (ja) | 光検出器、光検出システム、ライダー装置、及び車 | |
| US20230065873A1 (en) | Single-photon detection device, single-photon detector, and single-photon detector array | |
| US20240319340A1 (en) | Single photon detection device, single photon detector, and electronic device | |
| US20240120352A1 (en) | AVALANCHE PHOTODETECTION DEVICE, ELECTRONIC DEVICE, AND LiDAR DEVICE | |
| US20240120427A1 (en) | SINGLE PHOTON DETECTION ELEMENT, ELECTRONIC DEVICE, AND LiDAR DEVICE | |
| CN114551631A (zh) | 一种背照式硅基单光子雪崩二极管结构及光电探测器 | |
| KR20230032808A (ko) | 단일 광자 검출 소자, 단일 광자 검출기, 및 단일 광자 검출기 어레이 | |
| JP2023043130A (ja) | 光検出器、光検出システム、ライダー装置、及び移動体 |