[发明专利]高速感光设备

说明书

本发明公开了一种设备，所述设备包括半导体基板；吸收层，所述吸收层耦合到所述半导体基板，所述吸收层包括被配置用于吸收光子并且从所述吸收的光子产生光载流子的光电二极管区域；一个或多个第一开关，所述一个或多个第一开关由第一控制信号控制，所述一个或多个第一开关被配置用于基于所述第一控制信号收集所述光载流子的至少一部分；以及一个或多个第二开关，所述一个或多个第二开关由第二控制信号控制，所述一个或多个第二开关被配置用于基于所述第二控制信号收集光载流子的至少一部分，其中所述第二控制信号不同于所述第一控制信号。

相关申请的交叉引用

本专利申请要求2015年11月6日提交的美国临时专利申请No.62/251,691，2015年12月28日提交的美国临时专利申请No.62/271,386，2016年2月12日提交的美国临时专利申请No.62/294,436，2016年10月31日提交的美国非临时专利申请15/338,660的权益，上述专利以引用方式并入本文。

背景技术

本说明书涉及用光电二极管进行光检测。

光在自由空间中传播或者光学介质耦合到将光信号转换为电信号而进行处理的光电二极管。

发明内容

根据本说明书所述主题的一个创新方面，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换为电荷。每根光电二极管可包括用以收集电荷的两组开关。一段时间后可更改由两组开关进行的电荷收集过程，使得成像系统可以确定感测光的相位信息。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。成像系统也可以使用相位信息来分析与以下项关联的特性：眼球追踪、手势识别、三维模型扫描/视频录制、和/或增强/虚拟现实应用。

一般来说，本说明书中所述主题的一个创新方面能够体现在光学设备中，该光学设备包括：半导体基板；锗硅层，其耦合到半导体基板，该锗硅层包括被配置用于吸收光子并且从所吸收的光子产生光载流子的光电二极管区域；一个或多个第一开关，其由第一控制信号控制，所述一个或多个第一开关被配置用于基于第一控制信号收集光载流子的至少一部分；以及一个或多个第二开关，其由第二控制信号控制，所述一个或多个第二开关被配置用于基于第二控制信号收集光载流子的至少一部分，其中该第二控制信号不同于第一控制信号。所述一个或多个第一开关包括第一p掺杂区，该第一p掺杂区在锗硅层中，其中第一p掺杂区由第一控制信号控制；以及第一n掺杂区，该第一n掺杂区在锗硅层中，其中第一n掺杂区耦合到第一读出集成电路。所述一个或多个第二开关包括第二p掺杂区，该第二p掺杂区在锗硅层中，其中第二p掺杂区由第二控制信号控制；以及第二n掺杂区，该第二n掺杂区在锗硅层中，其中第二n掺杂区耦合到第二读读出成电路。

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。锗硅层可以包括第三n掺杂区和第四n掺杂区，其中第一p掺杂区的至少一部分可以形成在第三n掺杂区中，并且其中第二p掺杂区的至少一部分可以形成在第四n掺杂区中。锗硅层可以包括第三n掺杂区，其中第一p掺杂区的至少一部分和第二p掺杂区的一部分可以形成在第三n掺杂区中。半导体基板可以包括第三p掺杂区和一个或多个n掺杂区，其中锗硅层可以布置在第三p掺杂区上方，并且其中第三p掺杂区可以与所述一个或多个n掺杂区电短路。

第一控制信号可以是固定的偏置电压，并且第二控制信号可以是在第一控制信号的固定的电压上偏置的可变偏置电压。由锗硅层吸收的光子可以从三维目标的表面反射，并且由一个或多个第一开关收集的光载流子的一部分和由一个或多个第二开关收集的光载流子的一部分可被飞行时间系统利用以分析三维目标的深度信息或材料成分。