[发明专利]锗硅感光设备

说明书

本发明题为“锗硅感光设备”。本发明公开了一种图像传感器阵列，所述图像传感器阵列包括：载体基板；第一组光电二极管，所述第一组光电二极管耦合到所述载体基板，其中所述第一组光电二极管包括第一光电二极管，其中所述第一光电二极管包括半导体层，所述半导体层被配置用于吸收处于可见波长的光子并从所吸收的光子生成光载流子；和第二组光电二极管，所述第二组光电二极管耦合到所述载体基板，其中所述第二组光电二极管包括第二光电二极管，其中所述第二光电二极管包括装配在所述半导体层上的锗硅区，所述锗硅区被配置用于吸收处于红外或近红外波长的光子并从所吸收的光子生成光载流子。

相关申请的交叉引用

本专利申请要求以下专利的权益，这些专利以引用方式并入本文：2015年8月4日提交的美国临时专利申请62/200,652、2015年8月25日提交的美国临时专利申请62/209,349、2015年8月27日提交的美国临时专利申请62/210,946、2015年8月28日提交的美国临时专利申请62/210,991、2015年8月28日提交的美国临时专利申请62/211,004、2015年9月11日提交的美国临时专利申请62/217,031、2015年11月6日提交的美国临时专利申请62/251,691、和2015年12月28日提交的美国临时专利申请62/271,386。

背景技术

本说明书涉及使用光电二极管来检测光。

光在自由空间中传播，或者光学介质耦合到将光信号转化为电信号以用于处理的光电二极管。

发明内容

光电二极管可用于检测光信号，并且将光信号转化为可以由其它电路进一步处理的电信号。光电二极管可用于消费性电子产品、图像传感器、数据通信、飞行时间(TOF)应用、医疗设备、以及许多其它合适的应用中。硅通常用作图像传感器材料，但是对于近红外(NIR)光谱波长或更长波长而言，硅的光吸收率较低。其它材料和/或材料合金，诸如锗和锗硅，可以结合本说明书所述的创新型光学装置结构设计，用作图像传感器材料。根据本说明书所述主题的一个创新方面，用诸如锗或锗硅等材料来形成光电二极管，以提高所述设备的速度、和/或敏感度、和/或动态范围、和/或工作波长范围。在一个实施方案中，可以在同一基板上集成用锗或锗硅形成的光电二极管以及用硅形成的光电二极管，以得到工作波长范围更大的光电二极管阵列。

根据本说明书所述主题的另一创新方面，三维物体所反射的光可以由成像系统的光电二极管进行检测。此光电二极管将所检测到的光转化为电荷。每根光电二极管可包括多个栅极，这些栅极被控制用于收集所述电荷。一段时间后可更改多个栅极所控制的电荷收集过程，使得成像系统可以确定感测光的相位和其它信息。成像系统可以用相位信息来分析与三维物体关联的特性，包括深度信息或材料成分。成像系统也可以用相位信息来分析与以下项相关联的特性：眼态识别、体态识别、三维模型扫描/视频录制、和/或增强/虚拟现实应用。

一般来说，本说明书所述主题的一个创新方面可体现为图像传感器阵列，包括：载体基板；第一组光电二极管，其耦合到载体基板，其中第一组光电二极管包括第一光电二极管，其中第一光电二极管包括半导体层，其被配置用于吸收处于可见波长的光子并从所吸收的光子生成光载流子；第二组光电二极管，其耦合到载体基板，其中第二组光电二极管包括第二光电二极管，其中第二光电二极管包括装配在半导体层上的锗硅区，该锗硅区被配置用于吸收处于红外或近红外波长的光子并从所吸收的光子生成光载流子。

此具体实施和其它具体实施均可任选地包括一种或多种以下特征。第一组光电二极管和第二组光电二极管可以按二维阵列布置。第一组光电二极管和第二组光电二极管中的每个光电二极管可包括：相应的波长滤波器，其被配置用于传送接收到的光的一部分；和相应的透镜元件，其被配置用于聚焦所述接收到的光。