WO2022170476A1 - 激光接收电路及其控制方法、测距装置、移动平台 - Google Patents

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Abstract

一种激光接收电路（120）及其控制方法、测距装置、移动平台。该激光接收电路（120）包括接收器阵列，用于接收经过被探测物反射回的至少部分激光信号，以及将接收到的激光信号转成电信号；其中，接收器阵列包括多个像素点（11），像素点（11）包括第一二极管，第一二极管在不同的时域能够切换为不同类型的二极管；或像素点（11）包括第二二极管（21）和第三二级管（31），第二二极管（21）和第三二级管（31）为不同类型的二极管。像素点（11）能够切换为不同类型的二极管或者具有不同类型的二极管，可以满足将两种不同类型的二极管的优点相互结合，以适应各种不同的环境需求。

Description

激光接收电路及其控制方法、测距装置、移动平台
说明书
技术领域
本申请涉及激光测距技术领域，更具体地涉及一种激光接收电路及其控制方法、测距装置、移动平台。
背景技术
激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。激光雷达的光敏传感器可以将获取到的光脉冲信号转变为电信号，基于比较器获取该电信号对应的时间信息，从而得到激光雷达与目标物之间的距离信息。
在激光雷达的激光接收电路中，雪崩光电二极管(Avalanche Photodiode，APD)作为一种广泛使用的光电检测器件，显著特点是能够将微弱光信号通过光电倍增效应在器件内部进行放大。APD是一种可以提供内部增益的光电二极管，工作在稳定的雪崩状态，其具有很大的动态范围(超过107)，可以在不同的光环境下工作，但是受到读出电路噪声的影响，其检测微弱信号的能力有限。
而单光子雪崩光电二极管(Single Photon Avalanche Diode，SPAD)作为光子检测器件的显著优势是灵敏度比较高能探测极弱的信号，但是其动态范围很小，在入射光强比较强时会持续饱和，无法实现对有效信号的识别。
APD和SPAD两种传感器都有各自的缺点，也有各自的优点，单一的传感器难以适应各种不同的环境需求。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
本申请实施例第一方面提供一种激光接收电路，所述激光接收电路包括 接收器阵列，用于接收经过被探测物反射的回的至少部分激光信号，以及将接收到的所述激光信号转成电信号；
其中，所述接收器阵列包括多个像素点，所述像素点包括第一二极管，所述第一二极管在不同的时域能够切换为不同类型的二极管；或
所述像素点包括第二二极管和第三二级管，所述第二二极管和第三二级管为不同类型的二极管。
本申请的第二方面提供了一种激光接收电路的控制方法，所述激光接收电路包括接收器阵列，用于接收经过被探测物反射的回的至少部分激光信号，以及将接收到的所述激光信号转成电信号；
其中，所述接收器阵列包括多个像素点，所述像素点包括第一二极管，所述方法包括：控制所述第一二极管在不同的时域以不同的工作模式运行；
或
所述像素点包括第二二极管和第三二级管，所述第二二极管和所述第三二级管为不同类型的二极管，所述方法包括：采用所述第二二极管和所述第三二级管接收信号，根据所述第二二极管和所述第三二级管接收的信号确定探测物距离。
本申请的第三方面提供了测距装置，包括：
光发射电路，用于出射激光脉冲信号；
前文所述的激光接收电路，用于接收所述光发射电路出射的激光脉冲信号经物体反射回的至少部分激光信号，以及将接收到的所述激光信号转成电信号；
采样电路，用于对来自所述激光接收电路的电信号进行采样，获得采样结果；
运算电路，用于根据所述采样结果计算所述物体与所述测距装置之间的距离。
本申请的第四方面提供了一种移动平台，包括：
前文所述的测距装置；和
平台本体，所述测距装置的光发射电路安装在所述平台本体上。
本申请为了解决目前存在的问题，提供了一种激光接收电路及其控制方法、测距装置、移动平台。在所述激光接收电路的接收器阵列，包括多个像 素点，所述像素点包括第一二极管，所述第一二极管在不同的时域能够切换为不同类型的二极管；所述像素点包括第二二极管和第三二极管，所述第二二极管和第三二极管为不同类型的二极管。所述像素点能够切换为不同类型的二极管或者具有不同类型的二极管，可以满足将两种不同类型的二极管的优点相互结合，以适应各种不同的环境需求。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
在附图中：
图1示出根据本申请实施例的激光接收电路的结构示意图；
图2示出根据本申请一实施例的激光接收电路中一像素点的结构示意图；
图3示出了图2沿A-A1方向的剖视示意图；
图4示出根据本申请一实施例的激光接收电路中一像素点的结构示意图；
图5示出了图4沿B-B1方向的剖视示意图；
图6是本发明实施例提供的一种测距装置的示意性框架图；
图7是本发明实施例提供的测距装置采用同轴光路的一种实施例的示意图。
具体实施方式
为了使得本申请的目的、技术方案和优点更为明显，下面将参照附图详细描述根据本申请的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是本申请的全部实施例，应理解，本申请不受这里描述的示例实施例的限制。基于本申请中描述的本申请实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的情况下所得到的所有其它实施例都应落入本申请的保护范围之内。
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本申请更为彻底的 理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本申请可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本申请发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
应当理解的是，本申请能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本申请的范围完全地传递给本领域技术人员。
在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本申请的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
为了彻底理解本申请，将在下列的描述中提出详细的结构，以便阐释本申请提出的技术方案。本申请的可选实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本申请还可以具有其他实施方式。
本申请的第一方面提供了一种激光接收电路，如图1所示，所述激光接收电路10包括接收器阵列，用于接收经过被探测物反射的回的至少部分激光信号，以及将接收到的所述激光信号转成电信号；
其中，所述接收器阵列包括多个像素点11，所述像素点11包括第一二极管，所述第一二极管在不同的时域能够切换为不同类型的二极管；或
所述像素点包括第二二极管和第三二极管，所述第二二极管和第三二极管为不同类型的二极管。
其中，所述像素点阵列包括多行和多列像素点，例如包括M行和N列的像素点，以形成M×N的像素点阵列，其中M和N为大于1的自然数，并不局限于某一数值范围，可以根据实际需要进行选择。
其中，每个像素点包括不同类型的二极管或者像素点的二极管可以切换为不同类型的二极管，其中所述不同类型的二极管是指具有不同的工作电压，而且不同类型的二极管具有不同的灵敏度和量测动态范围，通过所述改进所述激光电路既能实现高灵敏度的特性，对弱信号进行探测，又能实现大的量测动态范围，对强背景光下的测试，扩展了激光接收电路的应 用场景。
在本申请的一实施例中，所述第一二极管能在不同的时域切换为雪崩光电二极管或单光子雪崩光电二极管。
在本申请的另一实施例中，所述第二二极管为雪崩光电二极管，所述第三二极管为单光子雪崩光电二极管。
其中，雪崩光电二极管(Avalanche Photodiode，APD)作为一种广泛使用的光电检测器件，能够将微弱光信号通过光电倍增效应在器件内部进行放大，放大后的信号可以被后级电路识别和采集，可以克服传统二极管无法有效检测微弱光信号的弊端，实现对微弱光信号的检测。
SPAD是灵敏度比较高能探测极弱的信号，但是其动态范围很小。SPAD本质上是一种工作在高增益盖革(Geiger)模式的APD，在击穿电压V BR以下时APD工作在线性模式，处于受控雪崩状态，而高于击穿电压V BR之后APD工作在盖革(Geiger)，一旦进入盖革(Geiger)需要外部退火关闭电源。在线性模式下，APD可以实现对信号的线性放大，增益一般在10-100倍，在此种状态下其动态范围很宽，可以输出nA-mA级的信号。而在盖革(Geiger)模式下，增益可以高达105～106甚至更高，在此种增益下，单个光子即有可能使其饱和，因此灵敏度极高但动态范围小。
本申请在所述激光接收电路中将所述SPAD和所述SPAD的特点相结合，在室外时强背景光下有大量的太阳光子照射在所述像素点，则会使SPAD极易饱和导致其大部分时候处于饱和状态，而此时APD在强背景光下也会出现噪声过大的问题，但依然能正常工作；而在弱背景光下(如夜晚)外部的光噪声变得极弱，APD在信号读出时读出电路会有本底噪声，导致极弱信号无法被测到，而SPAD在此时只有少许暗计数噪声，很弱的信号光也可被识别。因此在本申请中将所述SPAD灵敏度比较高能探测极弱的信号的优点和APD具有很大的动态范围的优点相互结合，实现高灵敏度和高动态范围，以适应各种不同的环境需求，在强背景光下和弱背景光下所述激光接收电路均能正常工作并具有良好的灵敏度。
下面分别对上述两种实施方式进行详细的说明。第一：所述像素点11包括第一二极管，所述第一二极管在不同的时域能够切换为不同类型的二极管。
在一示例中，所述第一二极管能在不同的时域切换为雪崩光电二极管 或单光子雪崩光电二极管。当所述第一二极管上施加的电压小于所述雪崩光电二极管的击穿电压时，所述第一二极管为所述雪崩光电二极管，以所述雪崩光电二极管的工作模式运行，当所述第一二极管上施加的电压大于所述雪崩光电二极管的击穿电压时，此时第一二极管切换至单光子雪崩光电二极管，以单光子雪崩光电二极管的工作模式运行。
如前文所述不同类型的二极管具有不同的工作电压，在一实施例中，所述激光接收电路还包括控制模块，所述控制模块用于在不同的时域在所述第一二极管上施加不同的电压，以实现所述第一二极管在不同类型的二极管之间切换。
具体地，所述控制模块用于在所述第一二极管上施加第一电压，所述第一电压小于所述雪崩光电二极管的击穿电压，从而控制所述第一二极管切换至所述雪崩光电二极管，以所述雪崩光电二极管的工作模式运行；所述控制模块还用于在所述第一二极管上施加第二电压，所述第二电压大于所述雪崩光电二极管的击穿电压，从而控制所述第一二极管切换至所述单光子雪崩光电二极管，以单光子雪崩光电二极管的工作模式运行。
需要说明的所述控制模块可以单独设置，以用于对所述第一二极管施加电压，进而将第一二极管切换至不同类型的二极管。此外，所述控制模块还可以为所述激光接收电路中的控制模块，具有将第一二极管切换至不同类型的二极管的功能，所述控制模块的设置方式在此不做限定。
需要说明的是尽管APD和SPAD只是工作在不同模式下的PD，但实际上为了在不同方向上的优化，两种器件的结构有所不同，APD为提高PDE使用了垂直型的结构，深度方向一般比较厚，而SPAD为了降低击穿电压和降低串扰的要求使用平面结构降低厚度。为此，本申请提供第一二极管的具体结构，以满足上述需求，保证所述第一二极管能切换至APD或SPAD。
下面对所述第一二极管的具体结构进行详细的说明。
所述第一二极管包括：
第一外延层，所述第一外延层包括相对设置的第一表面和第二表面；
第一雪崩区，位于所述第一外延层第二表面，包括第一掺杂层和第二掺杂层以及所述第一掺杂层和所述第二掺杂层之间的区域，其中：
所述第一掺杂层，具有第一掺杂类型，所述第一掺杂层的峰值浓度的 深度为1.5μm-3μm；
所述第二掺杂层，位于所述第一掺杂层的上方，具有第二掺杂类型，所述第一掺杂类型和所述第二掺杂类型不同。
在本申请的一实施例中，所述雪崩光电二极管还包括衬底，其中，所述衬底可以是以下所提到的材料中的至少一种：硅、绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上层叠硅(SSOI)、绝缘体上层叠锗化硅(S-SiGeOI)、绝缘体上锗化硅(SiGeOI)以及绝缘体上锗(GeOI)等。
在本申请的一实施例中，所述衬底选用硅。
其中，所述衬底为重掺杂的衬底，所述重掺杂的衬底可以在后续的步骤中作为电极，进而引出所述雪崩光电二极管的信号。可选地，所述衬底的掺杂浓度为5×10 18/cm 3-5×10 20/cm 3。
其中，所述第一外延层可以选用半导体材料，在本申请的一实施例中，选用外延硅片。
所述第一外延层的厚度大致为60μm，所述第一外延层的厚度并不局限于某一数值范围。其中，所述第一外延层包括相对设置的第一表面和第二表面，所述第一外延层的第二表面设置于所述衬底上，所述第一外延层的第一表面远离所述衬底。其中，所述第一表面为正面，所述第二表面为背面。
在本申请的一实施例中，所述雪崩光电二极管可以为背照式器件，也可以为正照式器件，并不局限于某一种。
当所述雪崩光电二极管可以为背照式器件时，即在所述背照式器件中所述感光器件APD位于电路晶体管前方的位置，光线首先进入感光器件APD，从而增大感光量。在本申请中所述APD形成于所述第一外延层的第一表面即第一外延层的正面，光线从所述第一外延层的背面摄入，即从所述第一外延层的第二表面射入。
可选地，所述第一外延层具有低掺杂类型，掺杂类型可以为N型或P型，通常所述第一外延层为P型掺杂。
具体地，在本申请的一实施例中，所述第一掺杂层的峰值浓度的深度为为1.5μm-3μm，所述第一掺杂层的掺杂峰值浓度为1×10 16cm -3～1×10 17cm -3。其中具体深度和数值可以根据实际情况进行选择和调整。在本申请中通过调节第一掺杂层的注入深度以满足所述第一二极管能够在不同类型 二极管之间切换的需求。此外，还可以进一步调节所述第一掺杂层的注入剂量。
其中，所述第一离子注入为P型离子注入，在本申请的一实施例中，所述P型离子为B离子。
在本申请中由于采用离子注入方式形成所述第一掺杂层，在所述第一外延层的表面到峰值浓度之间，第一离子的浓度缓慢增加。
具体地，所述第一掺杂层注入的能量为1200keV～1600keV。
其中，通过第一离子注入形成所述第一掺杂层，所述第一离子注入的方向与所述第一外延层表面垂直的平面之间的夹角可以为锐角。通过控制所述第一离子注入的方向来控制所述离子注入后掺杂杂质的分布，例如当所述第一离子注入的方向与所述第一外延层表面垂直的平面之间的夹角为0度-10度之间时，第一离子注入之后掺杂杂质的浓度会逐渐增加，并会达到峰值，从而使制备得到的雪崩光电二极管电场分布更加均匀。
进一步，所述第二掺杂层的峰值浓度的深度为100nm-400nm。所述第二掺杂层的掺杂峰值浓度为2×10 19cm -3～2×10 20cm -3，在本申请中通过进一步调节所述第二掺杂层的注入深度和注入剂量进一步改善所述第一二极管的切换性能。
具体地，所述第一掺杂类型和所述第二掺杂类型不同，其中，所述第一离子注入为P型，所述第二离子注入为N型，在本申请的一实施例中，所述第二离子注入为P(磷)离子或As离子。
在本申请的一实施例中，在所述第一外延层的最上面为第二掺杂层，下方为第一掺杂层，以及位于两者之间的过渡区域，进而形成了雪崩光电二极管的结构。
可选地，在所述第一雪崩区的下方还可以进一步包括吸收层等，在此不再赘述。
在通过第二离子注入形成所述第二掺杂层之后，还可以执行快速退火步骤，所述快速退火的温度为900摄氏度～1150摄氏度，时间为10s～60s，用于活化注入离子，消除离子注入缺陷。
所述第一二极管还包括第一电极和第二电极，其中所述第一电极，形成于所述雪崩光电二极管上，所述第二电极位于第一外延层的第一表面，用于作为所述雪崩光电二极管的阴极和阳极，从而实现所述第一二极管的 电连接。
可选地，所述雪崩光电二极管还包括第一电极接触层和第二电极接触层，其中，在露出的所述第一电极上形成有第一电极接触层，以与所述第一电极形成电连接，同时在所述第二掺杂层上上形成有第二电极接触层，以与所述第二掺杂层上形成电连接，以用于对所述第一二极管施加电压。
需要说明的是，所述第一二极管的结构并不局限于上述示例，可以根据需要进行选择。
下面对本申请的第二种设置方式进行详细的说明。第二，所述第二二极管为雪崩光电二极管，所述第三二极管为单光子雪崩光电二极管。其中，所述雪崩光电二极管和所述单光子雪崩光电二极管的特性和优点均可以参照前文第一中方式中相关的解释和说明，在此不再赘述，下面对所述第二二极管为雪崩光电二极管，所述第三二极管为单光子雪崩光电二极管时的布局和具体构成进行详细的说明。
下面结合附图对所述雪崩光电二极管和所述单光子雪崩光电二极管的具体结构进行详细的说明。其中图2示出根据本申请一实施例的激光接收电路中一像素点的结构示意图；图3示出了图2沿A-A1方向的剖视示意图；图4示出根据本申请一实施例的激光接收电路中一像素点的结构示意图；图5示出了图4沿B-B1方向的剖视示意图。
其中，如图2和图3所示，在该实施方式中每个像素点包括第二二极管21和第三二极管31，并且所述第二二极管21和所述第三二极管31设置于不同的区域中，并且不同区域之间相互隔离设置，以防止所述第二二极管21和所述第三二极管31之间相互干扰。
具体地，在一示例中，所述像素点包括相互间隔设置的第一区域20和第二区域30，在所述第一区域20中形成有所述雪崩光电二极管，在所述第二区域30中形成有所述单光子雪崩光电二极管。在所述第二外延层的第二表面，在所述第一区域和所述第二区域之间形成有隔离环105。
具体地，所述激光接收电路包括衬底101和第二外延层102，所述第二外延层102包括相对设置的第一表面和第二表面，所述第二外延层102的第一表面形成于所述衬底101上，所述外延层的第二表面形成有所述第一区域20和所述第二区域30，用于在所述外延层所述第一区域20和所述第二区域30中分别形成所述第二二极管21和所述第三二极管31。
其中，如图5所示，在本申请的一实施例中，所述衬底101，其中，所述衬底101可以是以下所提到的材料中的至少一种：硅、绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上层叠硅(SSOI)、绝缘体上层叠锗化硅(S-SiGeOI)、绝缘体上锗化硅(SiGeOI)以及绝缘体上锗(GeOI)等。
在本申请的一实施例中，所述衬底101选用硅。
其中，所述衬底101为重掺杂的衬底101，所述重掺杂的衬底101可以在后续的步骤中作为电极，进而引出所述雪崩光电二极管的信号。
可选地，所述衬底101的掺杂浓度为5×10 18/cm 3-5×10 20/cm 3。
其中，所述第二外延层102可以选用半导体材料，在本申请的一实施例中，选用外延硅片。
所述第二外延层102的厚度大致为60μm，所述第二外延层102的厚度并不局限于某一数值范围。
其中，所述第二外延层102包括相对设置的第一表面和第二表面，所述第二外延层102的第二表面设置于所述衬底101上，所述第二外延层102的第一表面远离所述衬底101。其中，所述第一表面为正面，所述第二表面为背面。
所述雪崩光电二极管包括：
第二雪崩区，位于所述第二外延层102的第二表面，包括所述第三掺杂层103和所述第四掺杂层104以及所述第三掺杂层103和所述第四掺杂层104之间的区域，其中：
所述第三掺杂层103，具有第一掺杂类型，所述第四掺杂层104，位于所述第三掺杂层103的上方，具有第二掺杂类型，所述第三掺杂类型和所述第四掺杂类型不同。
在本申请的一实施例中，所述雪崩光电二极管可以为背照式器件，也可以为正照式器件，并不局限于某一种。
当所述雪崩光电二极管可以为背照式器件时，即在所述背照式器件中所述感光器件APD位于电路晶体管前方的位置，光线首先进入感光器件APD，从而增大感光量。在本申请中所述APD形成于所述第二外延层102的第一表面即第二外延层102的正面，光线从所述第二外延层102的背面摄入，即从所述第二外延层102的第二表面射入。
可选地，所述第二外延层102具有低掺杂类型，掺杂类型可以为N型 或P型，通常所述外延层102为P型掺杂。
在本申请中将所述第二外延层102设置为低掺杂类型可以减小所述APD中产生光生载流子的消耗，进而快速到达所述APD的雪崩收集区，提高所述APD的相应速度，避免APD的拖尾问题，避免器件的延迟。
具体地，所述第三掺杂层103的峰值浓度的深度为大于或等于2μm，所述第三掺杂层103的离子注入的剂量为1×10 12cm -3～3×10 12cm -3。
其中，所述第一掺杂类型为P型离子，在本申请的一实施例中，所述P型离子为B离子。
在本申请中由于采用离子注入方式形成所述第三掺杂层103，在所述第二外延层102的表面到峰值浓度之间，第一离子的浓度缓慢增加。
其中，所述第四掺杂层104位于所述第三掺杂层103的上方。所述第三掺杂层103和所述第四掺杂层104以及所述第三掺杂层103和所述第四掺杂层104之间的区域构成所述雪崩光电二极管的雪崩区。
具体地，所述第一掺杂类型和所述第二掺杂类型不同，其中，所述第一掺杂类型为P型，所述第二掺杂类型为N型，在本申请的一实施例中，所述第二离子掺杂类型为P(磷)离子或As离子。
可选地，在所述雪崩区的下方还可以进一步包括吸收层等，在此不再赘述。
其中，所述第四掺杂层104的峰值浓度的深度小于或等于200nm，在本申请的一是实施例中，所述第四掺杂层104的峰值浓度的深度为100nm。
可选地，所述雪崩光电二极管包括：位于所述第二外延层102中的所述保护环106，所述保护环106包围所述第四掺杂层104，通过形成所述保护环106以防止边缘击穿，进一步提高器件的良率和性能。
可选地，所述保护环106经离子注入形成。具体地，形成所述保护环106的方法包括：在所述第二外延层102上形成图案化的掩膜层，以露出拟形成所述保护环106的区域；以所述掩膜层为掩膜执行第二掺杂类型的第三离子注入，以在露出的区域内形成所述保护环106。其中，所述第二掺杂类型为N型，所述第三离子注入为P(磷)离子或As离子。在本申请的一实施例中，所述第三离子注入为P(磷)离子，P(磷)离子与As离子相比，离子较小，注入深度较深，具有更好的保护效果。
其中，所述保护环106的深度为大于或等于2μm。
在所述第二区域30中形成的所述单光子雪崩光电二极管与所述雪崩光电二极管的结构类似，区别在于离子掺杂层的深度不同，在所述单光子雪崩光电二极管中的掺杂层深度大于光电二极管中相应的掺杂层深度。
例如在本申请的一实施例中，所述单光子雪崩光电二极管包括：第三雪崩区，位于所述第二外延层102的第二表面，包括所述第五掺杂层107和所述第六掺杂层108以及所述第五掺杂层107和所述第六掺杂层108之间的区域，其中：
所述第五掺杂层107，具有第一掺杂类型，所述第六掺杂层108，位于所述第五掺杂层107的上方，具有第二掺杂类型，所述第五掺杂类型和所述第六掺杂类型不同；其中，所述第三掺杂层103的峰值浓度的深度大于所述第五掺杂层107的峰值浓度的深度；所述第四掺杂层104的峰值浓度的深度大于所述第六掺杂层108的峰值浓度的深度。
其中，所述第三雪崩区、所述第五掺杂层107以及所述第六掺杂层108的相关描述均可以参照前文所述雪崩光电二极管中相关结构的描述，在此不再赘述。
其中，所述第二二极管21和所述第三二极管31的设置方式包括但并不局限于以下实时方式，在本申请的一实施例中，如图2和图3所示，在所述第一区域20形成有多个雪崩光电二极管，进而形成雪崩光电二极管阵列，例如包括多行和多列规则排列的雪崩光电二极管。类似地，在所述第一区域20形成有多个单光子雪崩光电二极管，进而形成单光子雪崩光电二极管阵列，例如包括多行和多列规则排列的单光子雪崩光电二极管。所述雪崩光电二极管和单光子雪崩光电二极管的具体数目并不局限于某一种。
其中，每个像素点在不同的区域施加不同的电压，使其在第二二极管21APD和第三二极管31SPAD状态之间切换，为了使不同区域的APD工作在不同的偏压状态下，利用深沟槽将不同工作偏压状态下的APD阳极相互隔离。
进一步，深沟槽的深度要足够深，以避免不同偏压对不同区域状态下的阵列器件的性能产生。在本申请的一实施例中，所述第二外延层102的第一表面形成于所述衬底101上，所述深沟槽隔离贯穿所述衬底101并且部分地嵌入所述第二外延层102。此外还可以在不同的时间不同的区域给不同的电压，使每个区域工作在最佳的状态。
进一步，在该实施例中，所述雪崩光电二极管和所述单光子雪崩光电二极管还包括第三电极和第四电极，以用于将所述雪崩光电二极管和所述单光子雪崩光电二极管的信号引出。
具体地，所述第三电极可以设置于所述雪崩光电二极管和所述单光子雪崩光电二极管上，例如可以形成导电层，其中，所述第四电极，可以为前文所述的重掺杂的衬底101，例如位于所述雪崩光电二极管和所述单光子雪崩光电二极管下方的所述衬底101。
在本申请的另一实施例中，如图4和图5所示，在同一片晶圆上同时实现所述第二二极管21(APD)和第三二极管31(SPAD)，所述第二二极管21(APD)和第三二极管31(SPAD)在相邻的位置组成一个混合像素点，在不同的工作模式读取不同的传感器。
具体地，如图4和图5所示，所述第一区域20中形成有一个雪崩光电二极管，所述第二区域30中形成有至少一个电光子雪崩光电二极管，与所述第二二极管21相邻的第三二极管31可以为单个SPAD或者多个SPAD组成的SPAD微阵列。所述第一区域20和第二区域30之间通过离子注入区111隔离。
例如，所述离子注入区111呈凹形结构，所述单光子雪崩光电二极管形成于所述凹形结构所包围的区域中。所述凹形结构不仅将所述第二二极管21和所述第三二极管31之间隔离，还可以将所述第三二极管31之间相互隔离。在一示例中，SPAD微阵列之间可以选择性的使用DNW注入隔离开。
在一示例中，所述凹形结构包括环形结构和底部结构，其中所述底部结构可以为深N阱。具体地，所述SPAD微阵列的衬底101需要与APD的衬底101用深N阱(DNW)隔离开，以满足由于SPAD及APD工作在不同的工作偏压状态下。
在本申请的一示例中，在所述第二区域30中形成有SPAD的微阵列，所述第二区域30中还形成有所述凹形结构阵列，在每一个所述凹形结构中形成一个所述SPAD，如图5所示，以实现相邻SPAD之间的隔离。
进一步，所述雪崩光电二极管还进一步包括第五电极和第六电极，用于将所述雪崩光电二极管的信号引出，具体地，所述第五电极可以设置于所述雪崩光电二极管上；所述第六电极为第二外延层102的第一表面上的 所述衬底101。
类似地，所述单光子雪崩光电二极管还进一步包括第七电极109和第八电极，用于将所述单光子雪崩光电二极管的信号引出，所述第七电极109设置于第二外延层102的第二表面且位于所述单光子雪崩光电二极管和所述离子注入区111之间；所述第八电极设置于所述单光子雪崩光电二极管上。
其中，前文所述的电极材料可以为常用的导电材料，并不局限于某一种。
本申请所述激光接收电路包括多个像素点，所述像素点包括第二二极管和第三二极管，所述第二二极管和第三二极管为不同类型的二极管。所述像素点能够切换为不同类型的二极管或者具有不同类型的二极管，可以满足将两种不同类型的二极管的优点相互结合，以适应各种不同的环境需求。
本申请所述激光接收电路还进一步包括读出电路，所述读出电路用于读取并放大所述电信号所述接收器阵列将所述激光信号转换得到的电信号。
其中，在本申请的一实施例中，所述读出电路直接读取所述第一二极管输出的电信号，例如当所述第一二极管切换至雪崩光电二极管时，则读取所述雪崩光电二极管输出的电信号，当所述第一二极管切换至单光子雪崩光电二极管时，则读取单光子雪崩光电二极管的信号。
在本申请的另一实施例中，所述像素点包括第二二极管21和第三二极管31，所述读取电路还进一步包括选择读取所述第二二极管21或所述第三二极管31中输出的电信号。
其中，单光子雪崩光电二极管灵敏度比较高能探测极弱的信号，在入射光强比较强时会持续饱和，无法实现对有效信号的识别。故当所述单光子雪崩光电二极管的动态范围持续饱和时，所述读出电路用于选择读取所述雪崩光电二极管得到的电信号。当单光子雪崩光电二极管的动态范围未饱和时，所述读出电路用于选择读取所述单光子雪崩光电二极管下得到的电信号。
具体地，强背景光下使用APD可以获得更大的动态范围，测量室外环境更有优势，因此在强背景光下所述读出电路用于选择读取所述雪崩光电二极管得到的电信号。弱背景光时，所述单光子雪崩光电二极管灵敏度比较高，使用SPAD以增加暗背景光时(如黑夜时)的量程，尤其是对于测量低反射率物体有很好的效果，所述读出电路用于选择读取所述单光子雪崩光电二极 管下得到的电信号。此外针对强背景光下低反射率返回的情况，背景光也很弱，在室外SPAD也可以实现很高的量程，此时所述读出电路用于选择读取所述单光子雪崩光电二极管下得到的电信号。
在本申请中弱脉冲信号时APD的信号信噪比会显著下降，时间抖动会变得很严重，而SPAD在弱信号时仍然保持很快的边沿，获得很低的时间抖动。在强脉冲信号时APD的信噪比会变的很高，获得较低的时间抖动，而SPAD在极强信号下会出现高概率的串扰，导致相邻的通道误触发，通过不同类型二极管的切换或集成可以同时解决两种二极管的缺陷，发挥两种二极管的优点。
其中所述读出电路可以通过切换通道的方式分别读取所述第二二极管或所述第三二极管中输出的电信号，也可以设置多路读出电路，用于分别读出所述第二二极管和所述第三二极管中输出的电信号。例如所述读出电路包括：第一读出电路，用于读取并放大所述雪崩光电二极管得到的电信号；第二读出电路，用于读取并放大所述单光子雪崩光电二极管下的得到的电信号；其中，所述第一读出电路的放大倍数大于所述第二读出电路的放大倍数。
在本申请的一实施例中，所述读出电路还可以对所述环境的亮度进行预判，并根据预判结果选择选择读取所述第二二极管的电信号还是读取所述第三二极管中输出的电信号。例如，根据上一帧画面中像素点的平均环境亮度或上一帧画面中中心像素点的亮度确定将所述激光接收电路切换至所述雪崩光电二极管或所述单光子雪崩光电二极管。
具体地，例如上一帧画面中像素点的亮度较强时，由于环境具有一定的连续性，下一帧的环境亮度也很大的可能性为强亮度，因此此时仍选择读取第二二极管21APD输出的电信号。当上一阵的画面中像素点的平均环境亮度较低时，则选择SPAD输出的电信号。其中根据上一帧画面中中心像素点的亮度确定将所述激光接收电路切换至所述雪崩光电二极管或所述单光子雪崩光电二极管的原理类似，不再赘述。
本申请的第二方面还提供了一种激光接收电路的控制方法，其中所述激光接收电路的构成可以参照前文相关内容，例如所述激光接收电路包括接收器阵列，用于接收经过被探测物反射的回的至少部分激光信号，以及将接收到的所述激光信号转成电信号；
其中，所述接收器阵列包括多个像素点，所述像素点包括第一二极管， 则所述方法包括：控制所述第一二极管在不同的时域以不同的工作模式运行；或
所述像素点包括第二二极管和第三二级管，所述第二二极管和所述第三二级管为不同类型的二极管，所述方法包括：采用所述第二二极管和所述第三二级管接收信号，根据所述第二二极管和所述第三二级管接收的信号确定探测物距离。
例如，所述像素点包括第一二极管，所述第一二极管在不同的时域能够切换为不同类型的二极管，在不同的时域在所述第一二极管上施加不同的电压时，使所述第一二极管切换为不同类型的二极管。
在本申请的一示例中，所述第一二极管在不同的时域具有雪崩光电二极管的第一工作模式和单光子雪崩光电二极管的第二工作模式，通过在所述第一二极管上施加不同的电压，以使第一二极管在不同的时域切换为所述第一工作模式运行或所述第二工作模式运行。
具体地，在所述第一二极管上施加第一电压，所述第一电压小于所述雪崩光电二极管的击穿电压，所述第一二极管以所述第一工作模式运行；
在所述第一二极管上施加第二电压，所述第二电压大于所述雪崩光电二极管的击穿电压，所述第一二极管以所述第二工作模式运行。
在另一实施例中，所述第二二极管为雪崩光电二极管，所述第三二极管为单光子雪崩光电二极管。所述雪崩光电二极管，具有第一工作模式，所述单光子雪崩光电二极管，具有第二工作模式；在所述雪崩光电二极管上施加所述第一电压，以使所述第二二极管以运行第一工作模式，在所述单光子雪崩光电二极管上施加所述第二电压，以使所述第三二极管以所述第二工作模式运行。
进一步，所述方法还进一步包括：通过读出电路读取并放大所述接收器阵列输出的所述电信号。其中，单光子雪崩光电二极管灵敏度比较高能探测极弱的信号，在入射光强比较强时会持续饱和，无法实现对有效信号的识别。故当所述单光子雪崩光电二极管的动态范围持续饱和时，所述读出电路用于选择读取所述雪崩光电二极管得到的电信号。当单光子雪崩光电二极管的动态范围未饱和时，所述读出电路用于选择读取所述单光子雪崩光电二极管下得到的电信号。
其中，所述控制方法中关于激光电路的工作原理和控制步骤还可以参照 前文所述激光接收电路中相关内容的解释和说明，在此不再赘述。
本申请的第三方面还提供了一种测距装置，本申请各个实施例提供的激光接收电路可以应用于测距装置，该测距装置可以是激光雷达、激光测距设备等电子设备。
在一种实施方式中，测距装置用于感测外部环境信息，例如，环境目标的距离信息、方位信息、反射强度信息、速度信息等。一种实现方式中，测距装置可以通过测量测距装置和探测物之间光传播的时间，即光飞行时间(Time-of-Flight，TOF)，来探测探测物到测距装置的距离。或者，测距装置也可以通过其他技术来探测探测物到测距装置的距离，例如基于相位移动(phase shift)测量的测距方法，或者基于频率移动(frequency shift)测量的测距方法，在此不做限制。
在一实施例中，所述测距装置为固态激光雷达，所述固态激光雷达可以短时间直接发射出可以覆盖探测区域的脉冲激光，再以高度灵敏的像素阵列芯片，进行回波信号的接收，通过类似相机拍照的模式，完成对周围环境距离信息的探测和感知。相较于机械扫描式激光雷达，固态激光雷达有着更小的尺寸、更低的成本的、更稳定的性能、优异的可靠性，更容易过车规。
在另一实施例中，如图6所示，测距装置100可以为机械扫描式激光雷达，包括发射电路110、激光接收电路120、采样电路130和运算电路140。所述激光接收电路120为本申请各个实施例提供的激光接收电路，由于所述激光接收电路中的所述像素点能够切换为不同类型的二极管或者具有不同类型的二极管，可以满足将两种不同类型的二极管的优点相互结合，以适应各种不同的环境需求。
发射电路110可以发射光脉冲序列(例如激光脉冲序列)。激光接收电路120可以接收经过被探测物反射的光脉冲序列，并对该光脉冲序列进行光电转换，以得到电信号，再对电信号进行处理之后可以输出给采样电路130。采样电路130可以对电信号进行采样，以获取采样结果。运算电路140可以基于采样电路130的采样结果，以确定测距装置100与被探测物之间的距离。
可选地，该测距装置100还可以包括控制电路150，该控制电路150可以实现对其他电路的控制，例如，可以控制各个电路的工作时间和/或对 各个电路进行参数设置等。
应理解，虽然图6示出的测距装置中包括一个发射电路、一个接收电路、一个采样电路和一个运算电路，用于出射一路光束进行探测，但是本申请实施例并不限于此，发射电路、接收电路、采样电路、运算电路中的任一种电路的数量也可以是至少两个，用于沿相同方向或分别沿不同方向出射至少两路光束；其中，该至少两束光路可以是同时出射，也可以是分别在不同时刻出射。一个示例中，该至少两个发射电路中的发光芯片封装在同一个模块中。例如，每个发射电路包括一个激光发射芯片，该至少两个发射电路中的激光发射芯片中的die封装到一起，容置在同一个封装空间中。
本发明各个实施例提供的采样电路可以应用于测距装置，该测距装置可以是激光雷达、激光测距设备等电子设备。在一种实施方式中，测距装置用于感测外部环境信息，例如，环境目标的距离信息、方位信息、反射强度信息、速度信息等。一种实现方式中，测距装置可以通过测量测距装置和探测物之间光传播的时间，即光飞行时间(Time-of-Flight，TOF)，来探测探测物到测距装置的距离。或者，测距装置也可以通过其他技术来探测探测物到测距装置的距离，例如基于相位移动(phase shift)测量的测距方法，或者基于频率移动(frequency shift)测量的测距方法，在此不做限制。
为了便于理解，以下将结合图6所示的测距装置100对测距的工作流程进行举例描述。
如图6所示，测距装置100可以包括发射电路110、激光接收电路120、采样电路130和运算电路140。
发射电路110可以发射光脉冲序列(例如激光脉冲序列)。激光接收电路120可以接收经过被探测物反射的光脉冲序列，并对该光脉冲序列进行光电转换，以得到电信号，再对电信号进行处理之后可以输出给采样电路130。采样电路130可以对电信号进行采样，以获取采样结果。运算电路140可以基于采样电路130的采样结果，以确定测距装置100与被探测物之间的距离。
可选地，该测距装置100还可以包括控制电路150，该控制电路150可以实现对其他电路的控制，例如，可以控制各个电路的工作时间和/或对 各个电路进行参数设置等。
应理解，虽然图6示出的测距装置中包括一个发射电路、一个接收电路、一个采样电路和一个运算电路，用于出射一路光束进行探测，但是本申请实施例并不限于此，发射电路、接收电路、采样电路、运算电路中的任一种电路的数量也可以是至少两个，用于沿相同方向或分别沿不同方向出射至少两路光束；其中，该至少两束光路可以是同时出射，也可以是分别在不同时刻出射。一个示例中，该至少两个发射电路中的发光芯片封装在同一个模块中。例如，每个发射电路包括一个激光发射芯片，该至少两个发射电路中的激光发射芯片中的die封装到一起，容置在同一个封装空间中。
一些实现方式中，除了图6所示的电路，测距装置100还可以包括扫描模块，用于将发射电路出射的至少一路激光脉冲序列改变传播方向出射。
其中，可以将包括发射电路110、激光接收电路120、采样电路130和运算电路140的模块，或者，包括发射电路110、激光接收电路120、采样电路130、运算电路140和控制电路150的模块称为测距模块，该测距模块可以独立于其他模块，例如，扫描模块。
测距装置中可以采用同轴光路，也即测距装置出射的光束和经反射回来的光束在测距装置内共用至少部分光路。例如，发射电路出射的至少一路激光脉冲序列经扫描模块改变传播方向出射后，经探测物反射回来的激光脉冲序列经过扫描模块后入射至接收电路。或者，测距装置也可以采用异轴光路，也即测距装置出射的光束和经反射回来的光束在测距装置内分别沿不同的光路传输。图7示出了本发明的测距装置采用同轴光路的一种实施例的示意图。
测距装置200包括测距模块210，测距模块210包括发射器203(可以包括上述的发射电路)、准直元件204、探测器205(可以包括上述的接收电路、采样电路和运算电路)和光路改变元件206。测距模块210用于发射光束，且接收回光，将回光转换为电信号。其中，发射器203可以用于发射光脉冲序列。在一个实施例中，发射器203可以发射激光脉冲序列。可选的，发射器203发射出的激光束为波长在可见光范围之外的窄带宽光束。准直元件204设置于发射器的出射光路上，用于准直从发射器203发出的光束，将发射器203发出的光束准直为平行光出射至扫描模块。准直 元件还用于会聚经探测物反射的回光的至少一部分。该准直元件204可以是准直透镜或者是其他能够准直光束的元件。
在图7所示实施例中，通过光路改变元件206来将测距装置内的发射光路和接收光路在准直元件204之前合并，使得发射光路和接收光路可以共用同一个准直元件，使得光路更加紧凑。在其他的一些实现方式中，也可以是发射器203和探测器205分别使用各自的准直元件，将光路改变元件206设置在准直元件之后的光路上。
在图7所示实施例中，由于发射器203出射的光束的光束孔径较小，测距装置所接收到的回光的光束孔径较大，所以光路改变元件可以采用小面积的反射镜来将发射光路和接收光路合并。在其他的一些实现方式中，光路改变元件也可以采用带通孔的反射镜，其中该通孔用于透射发射器203的出射光，反射镜用于将回光反射至探测器205。这样可以减小采用小反射镜的情况中小反射镜的支架会对回光的遮挡。
在图7所示实施例中，光路改变元件偏离了准直元件204的光轴。在其他的一些实现方式中，光路改变元件也可以位于准直元件204的光轴上。
测距装置200还包括扫描模块202。扫描模块202放置于测距模块210的出射光路上，扫描模块202用于改变经准直元件204出射的准直光束219的传输方向并投射至外界环境，并将回光投射至准直元件204。回光经准直元件204汇聚到探测器205上。
在一个实施例中，扫描模块202可以包括至少一个光学元件，用于改变光束的传播路径，其中，该光学元件可以通过对光束进行反射、折射、衍射等等方式来改变光束传播路径。例如，扫描模块202包括透镜、反射镜、棱镜、振镜、光栅、液晶、光学相控阵(Optical Phased Array)或上述光学元件的任意组合。一个示例中，至少部分光学元件是运动的，例如通过驱动模块来驱动该至少部分光学元件进行运动，该运动的光学元件可以在不同时刻将光束反射、折射或衍射至不同的方向。在一些实施例中，扫描模块202的多个光学元件可以绕共同的轴209旋转或振动，每个旋转或振动的光学元件用于不断改变入射光束的传播方向。在一个实施例中，扫描模块202的多个光学元件可以以不同的转速旋转，或以不同的速度振动。在另一个实施例中，扫描模块202的至少部分光学元件可以以基本相同的转速旋转。在一些实施例中，扫描模块的多个光学元件也可以是绕不同的 轴旋转。在一些实施例中，扫描模块的多个光学元件也可以是以相同的方向旋转，或以不同的方向旋转；或者沿相同的方向振动，或者沿不同的方向振动，在此不作限制。
在一个实施例中，扫描模块202包括第一光学元件214和与第一光学元件214连接的驱动器216，驱动器216用于驱动第一光学元件214绕转动轴209转动，使第一光学元件214改变准直光束219的方向。第一光学元件214将准直光束219投射至不同的方向。在一个实施例中，准直光束219经第一光学元件改变后的方向与转动轴209的夹角随着第一光学元件214的转动而变化。在一个实施例中，第一光学元件214包括相对的非平行的一对表面，准直光束219穿过该对表面。在一个实施例中，第一光学元件214包括厚度沿至少一个径向变化的棱镜。在一个实施例中，第一光学元件214包括楔角棱镜，对准直光束219进行折射。
在一个实施例中，扫描模块202还包括第二光学元件215，第二光学元件215绕转动轴209转动，第二光学元件215的转动速度与第一光学元件214的转动速度不同。第二光学元件215用于改变第一光学元件214投射的光束的方向。在一个实施例中，第二光学元件115与另一驱动器217连接，驱动器217驱动第二光学元件215转动。第一光学元件214和第二光学元件215可以由相同或不同的驱动器驱动，使第一光学元件214和第二光学元件215的转速和/或转向不同，从而将准直光束219投射至外界空间不同的方向，可以扫描较大的空间范围。在一个实施例中，控制器218控制驱动器216和217，分别驱动第一光学元件214和第二光学元件215。第一光学元件214和第二光学元件215的转速可以根据实际应用中预期扫描的区域和样式确定。驱动器216和217可以包括电机或其他驱动器。
在一个实施例中，第二光学元件215包括相对的非平行的一对表面，光束穿过该对表面。在一个实施例中，第二光学元件215包括厚度沿至少一个径向变化的棱镜。在一个实施例中，第二光学元件215包括楔角棱镜。
一个实施例中，扫描模块202还包括第三光学元件(图未示)和用于驱动第三光学元件运动的驱动器。可选地，该第三光学元件包括相对的非平行的一对表面，光束穿过该对表面。在一个实施例中，第三光学元件包括厚度沿至少一个径向变化的棱镜。在一个实施例中，第三光学元件包括楔角棱镜。第一、第二和第三光学元件中的至少两个光学元件以不同的转 速和/或转向转动。
扫描模块202中的各光学元件旋转可以将光投射至不同的方向，例如投射的光211的方向和方向213，如此对测距装置200周围的空间进行扫描。当扫描模块202投射出的光211打到探测物201时，一部分光被探测物201沿与投射的光211相反的方向反射至测距装置200。探测物201反射的回光212经过扫描模块202后入射至准直元件204。
探测器205与发射器203放置于准直元件204的同一侧，探测器205用于将穿过准直元件204的至少部分回光转换为电信号。
一个实施例中，各光学元件上镀有增透膜。可选的，增透膜的厚度与发射器203发射出的光束的波长相等或接近，能够增加透射光束的强度。
一个实施例中，测距装置中位于光束传播路径上的一个元件表面上镀有滤光层，或者在光束传播路径上设置有滤光器，用于至少透射发射器所出射的光束所在波段，反射其他波段，以减少环境光给接收器带来的噪音。
在一些实施例中，发射器203可以包括激光二极管，通过激光二极管发射纳秒级别的激光脉冲。进一步地，可以确定激光脉冲接收时间，例如，通过探测电信号脉冲的上升沿时间和/或下降沿时间确定激光脉冲接收时间。如此，测距装置200可以利用脉冲接收时间信息和脉冲发出时间信息计算TOF，从而确定探测物201到测距装置200的距离。
测距装置200探测到的距离和方位可以用于遥感、避障、测绘、建模、导航等。在一种实施方式中，本发明实施方式的测距装置可应用于移动平台，测距装置可安装在移动平台的平台本体。具有测距装置的移动平台可对外部环境进行测量，例如，测量移动平台与障碍物的距离用于避障等用途，和对外部环境进行二维或三维的测绘。在某些实施方式中，移动平台包括无人飞行器、汽车、遥控车、机器人、相机中的至少一种。当测距装置应用于无人飞行器时，平台本体为无人飞行器的机身。当测距装置应用于汽车时，平台本体为汽车的车身。该汽车可以是自动驾驶汽车或者半自动驾驶汽车，在此不做限制。当测距装置应用于遥控车时，平台本体为遥控车的车身。当测距装置应用于机器人时，平台本体为机器人。当测距装置应用于相机时，平台本体为相机本身。
尽管这里已经参考附图描述了示例实施例，应理解上述示例实施例仅仅是示例性的，并且不意图将本申请的范围限制于此。本领域普通技术人 员可以在其中进行各种改变和修改，而不偏离本申请的范围和精神。所有这些改变和修改意在被包括在所附权利要求所要求的本申请的范围之内。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个设备，或一些特征可以忽略，或不执行。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本申请的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
类似地，应当理解，为了精简本申请并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在对本申请的示例性实施例的描述中，本申请的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该本申请的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本申请要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。
更确切地说，如相应的权利要求书所反映的那样，其发明点在于可以用少于某个公开的单个实施例的所有特征的特征来解决相应的技术问题。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本申请的单独实施例。
本领域的技术人员可以理解，除了特征之间相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的替代特征来代替。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括 其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本申请的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
本申请的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本申请实施例的一些模块的一些或者全部功能。本申请还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本申请的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。
应该注意的是上述实施例对本申请进行说明而不是对本申请进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。本申请可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式或对具体实施方式的说明，本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (39)

  1. 一种激光接收电路，其特征在于，所述激光接收电路包括接收器阵列，用于接收经过被探测物反射的回的至少部分激光信号，以及将接收到的所述激光信号转成电信号；
    其中，所述接收器阵列包括多个像素点，所述像素点包括第一二极管，所述第一二极管在不同的时域能够切换为不同类型的二极管；或
    所述像素点包括第二二极管和第三二极管，所述第二二极管和第三二极管为不同类型的二极管。
  2. 根据权利要求1所述的激光接收电路，其特征在于，所述激光接收电路还包括控制模块，用于在不同的时域在所述第一二极管上施加不同的电压，以使所述第一二极管切换为不同类型的二极管。
  3. 根据权利要求2所述的激光接收电路，其特征在于，所述第一二极管能在不同的时域切换为雪崩光电二极管或单光子雪崩光电二极管。
  4. 根据权利要求3所述的激光接收电路，其特征在于，所述控制模块用于在所述第一二极管上施加第一电压，以控制所述第一二极管切换至所述雪崩光电二极管，其中，所述第一电压小于所述雪崩光电二极管的击穿电压；
    所述控制模块用于在所述第一二极管上施加第二电压，以控制所述第一二极管切换至所述单光子雪崩光电二极管，所述第二电压大于所述雪崩光电二极管的击穿电压。
  5. 根据权利要求1至4之一所述的激光接收电路，其特征在于，第一二极管包括：
    第一外延层，所述第一外延层包括相对设置的第一表面和第二表面；
    第一雪崩区，位于所述第一外延层第二表面，包括第一掺杂层和第二掺杂层以及所述第一掺杂层和所述第二掺杂层之间的区域，其中：
    所述第一掺杂层，具有第一掺杂类型，所述第一掺杂层的峰值浓度的深度为1.5μm-3μm；
    所述第二掺杂层，位于所述第一掺杂层的上方，具有第二掺杂类型，所述第一掺杂类型和所述第二掺杂类型不同。
  6. 根据权利要求5所述的激光接收电路，其特征在于，所述第一掺杂层的掺杂峰值浓度为1×1016cm-3～1×1017cm-3。
  7. 根据权利要求5所述的激光接收电路，其特征在于，所述第二掺杂层的峰值浓度的深度为100nm-400nm。
  8. 根据权利要求3所述的激光接收电路，其特征在于，所述第二掺杂层 的掺杂峰值浓度为2×1019cm-3～2×1020cm-3。
  9. 根据权利要求5所述的激光接收电路，其特征在于，还包括：
    第一电极，形成于所述背照式雪崩光电二极管上；
    第二电极，形成于所述第一外延层的第一表面。
  10. 根据权利要求1所述的激光接收电路，其特征在于，所述第二二极管为雪崩光电二极管，所述第三二极管为单光子雪崩光电二极管。
  11. 根据权利要求10所述的激光接收电路，其特征在于，所述像素点包括第一区域和第二区域，在所述第一区域中形成有所述雪崩光电二极管，在所述第二区域中形成有所述单光子雪崩光电二极管。
  12. 根据权利要求11所述的激光接收电路，其特征在于，还包括：
    衬底；
    第二外延层，所述第二外延层包括相对设置的第一表面和第二表面，所述第二外延层的第一表面形成于所述衬底上，所述外延层的第二表面形成有所述第一区域和所述第二区域。
  13. 根据权利要求12所述的激光接收电路，其特征在于，所述雪崩光电二极管包括：
    第二雪崩区，位于所述第二外延层的第二表面，包括所述第三掺杂层和所述第四掺杂层以及所述第三掺杂层和所述第四掺杂层之间的区域，其中：
    所述第三掺杂层，具有第一掺杂类型，所述第四掺杂层，位于所述第三掺杂层的上方，具有第二掺杂类型，所述第三掺杂类型和所述第四掺杂类型不同。
  14. 根据权利要求13所述的激光接收电路，其特征在于，所述雪崩光电二极管包括：
    位于所述第二外延层中的保护环，所述保护环环绕所述第四掺杂层。
  15. 根据权利要求13所述的激光接收电路，其特征在于，所述单光子雪崩光电二极管包括：
    第三雪崩区，位于所述第二外延层的第二表面，包括所述第五掺杂层和所述第六掺杂层以及所述第五掺杂层和所述第六掺杂层之间的区域，其中：
    所述第五掺杂层，具有第一掺杂类型，所述第六掺杂层，位于所述第五掺杂层的上方，具有第二掺杂类型，所述第五掺杂类型和所述第六掺杂类型不同；
    其中，所述第三掺杂层的峰值浓度的深度大于所述第五掺杂层的峰值浓度的深度；所述第四掺杂层的峰值浓度的深度大于所述第六掺杂层的峰值浓 度的深度。
  16. 根据权利要求12所述的激光接收电路，其特征在于，在所述第二外延层的第二表面，在所述第一区域和所述第二区域之间形成有隔离环。
  17. 根据权利要求11至16之一所述的激光接收电路，其特征在于，在所述第一区域中形成有雪崩光电二极管阵列，在所述第二区域中形成有单光子雪崩光电二极管阵列，所述第一区域和第二区域之间通过深沟槽隔离。
  18. 根据权利要求17所述的激光接收电路，其特征在于，还包括：
    衬底，所述第二外延层的第一表面形成于所述衬底上，所述深沟槽隔离贯穿所述衬底并且部分地嵌入所述第二外延层。
  19. 根据权利要求18所述的激光接收电路，其特征在于，包括：
    第三电极，分别位于所述雪崩光电二极管和所述单光子雪崩光电二极管上；
    第四电极，包括分别位于所述雪崩光电二极管和所述单光子雪崩光电二极管下方的所述衬底。
  20. 根据权利要求11至16之一所述的激光接收电路，其特征在于，在所述第一区域中形成有一个雪崩光电二极管，在所述第二区域中形成有至少一个单个单光子雪崩光电二极管，所述第一区域和第二区域之间通过离子注入区隔离。
  21. 根据权利要求20所述的激光接收电路，其特征在于，所述离子注入区呈凹形结构，所述单光子雪崩光电二极管形成于所述凹形结构所包围的区域中。
  22. 根据权利要求21所述的激光接收电路，其特征在于，在所述第二区域中形成有单光子雪崩光电二极管阵列，所述离子注入区包括凹形结构阵列，每个所述单光子雪崩光电二极管一一对应地形成于所述凹形结构包围的区域中。
  23. 根据权利要求20所述的激光接收电路，其特征在于，所述雪崩光电二极管包括：
    第五电极，位于所述雪崩光电二极管上；
    第六电极，包括位于第二外延层的第一表面上的衬底。
  24. 根据权利要求20所述的激光接收电路，其特征在于，所述单光子雪崩光电二极管包括：
    第七电极，分别位于第二外延层的第二表面且位于所述单光子雪崩光电二极管和所述离子注入区之间；
    第八电极，位于所述单光子雪崩光电二极管上。
  25. 根据权利要求1至24之一所述的激光接收电路，其特征在于，所述激光接收电路包括：
    读出电路，用于读取并放大所述电信号。
  26. 根据权利要求25所述的激光接收电路，其特征在于，所述读出电路用于当所述单光子雪崩光电二极管的动态范围持续饱和时，选择所述雪崩光电二极管得到的电信号。
  27. 根据权利要求26所述的激光接收电路，其特征在于，所述读出电路用于当单光子雪崩光电二极管的动态范围未饱和时，选择所述单光子雪崩光电二极管下得到的电信号。
  28. 根据权利要求27所述的激光接收电路，其特征在于，所述读出电路包括：
    第一读出电路，用于读取并放大所述雪崩光电二极管得到的电信号；
    第二读出电路，用于读取并放大所述单光子雪崩光电二极管下的得到的电信号；
    其中，所述第一读出电路的放大倍数大于所述第二读出电路的放大倍数。
  29. 根据权利要求3所述的激光接收电路，其特征在于，根据上一帧画面中像素点的平均环境亮度或上一帧画面中中心像素点的亮度确定将所述激光接收电路切换至所述雪崩光电二极管或所述单光子雪崩光电二极管。
  30. 一种激光接收电路的控制方法，其特征在于，所述激光接收电路包括接收器阵列，用于接收经过被探测物反射的回的至少部分激光信号，以及将接收到的所述激光信号转成电信号；
    其中，所述接收器阵列包括多个像素点，所述像素点包括第一二极管，所述方法包括：控制所述第一二极管在不同的时域以不同的工作模式运行；
    或
    所述像素点包括第二二极管和第三二极管，所述第二二极管和所述第三二极管为不同类型的二极管，所述方法包括：采用所述第二二极管和所述第三二极管接收信号，根据所述第二二极管和所述第三二极管接收的信号确定探测物距离。
  31. 根据权利要求30所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：所述第一二极管在不同的时域具有雪崩光电二极管的第一工作模式和单光子雪崩光电二极管的第二工作模式，通过在所述第一二极管上施加不同的电压，以使第一二极管在不同的时域切换为所述第一工作模式运行或所述第二工作 模式运行。
  32. 根据权利要求31所述的控制方法，其特征在于，在所述第一二极管上施加第一电压，所述第一电压小于所述雪崩光电二极管的击穿电压，所述第一二极管以所述第一工作模式运行；
    在所述第一二极管上施加第二电压，所述第二电压大于所述雪崩光电二极管的击穿电压，所述第一二极管以所述第二工作模式运行。
  33. 根据权利要求32所述的控制方法，其特征在于，所述第二二极管为雪崩光电二极管，具有第一工作模式，所述第三二极管为单光子雪崩光电二极管，具有第二工作模式；
    在所述雪崩光电二极管上施加所述第一电压，以使所述第二二极管以运行第一工作模式，在所述单光子雪崩光电二极管上施加所述第二电压，以使所述第三二极管以所述第二工作模式运行。
  34. 根据权利要求31至33之一所述的控制方法，其特征在于，所述方法还进一步包括：
    通过读出电路读取并放大所述接收器阵列输出的所述电信号。
  35. 根据权利要求34所述的控制方法，其特征在于，当所述单光子雪崩光电二极管的动态范围持续饱和时，所述读出电路选择所述雪崩光电二极管的电信号。
  36. 根据权利要求36所述的控制方法，其特征在于，当所述单光子雪崩光电二极管的动态范围未饱和时，所述读出电路选择所述单光子雪崩光电二极管的电信号。
  37. 一种测距装置，其特征在于，包括：
    光发射电路，用于出射激光脉冲信号；
    权利要求1至29之一所述的激光接收电路，用于接收所述光发射电路出射的激光脉冲信号经物体反射回的至少部分激光信号，以及将接收到的所述激光信号转成电信号；
    采样电路，用于对来自所述激光接收电路的电信号进行采样，获得采样结果；
    运算电路，用于根据所述采样结果计算所述物体与所述测距装置之间的距离。
  38. 一种移动平台，其特征在于，包括：
    权利要求37所述的测距装置；和
    平台本体，所述测距装置的光发射电路安装在所述平台本体上。
  39. 根据权利要求38所述的移动平台，其特征在于，所述移动平台包括无人飞行器、汽车和机器人中的至少一种。
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