[发明专利]高速光感测设备II

说明书

一种光学设备，包含：半导体基板；由所述半导体基板支撑的第一光吸收区，所述第一光吸收区包含锗并被配置成吸收光子并从所吸收的光子生成光载流子；第一层，由所述第一光吸收区和所述半导体基板的至少一部分支撑，所述第一层不同于所述第一光吸收区；由第一控制信号控制的一个或多个第一开关，所述一个或多个第一开关被配置成基于所述第一控制信号收集光载流子的至少一部分；以及由第二控制信号控制的一个或多个第二开关，所述一个或多个第二开关被配置成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。

交叉申请的相关引用

本申请要求2017年2月28日提交的美国临时专利申请号62/465,139；2017年3月31日提交的美国临时专利申请号62/479,322；2017年5月10日提交的美国临时专利申请号62/504,531；2017年4月13日提交的美国临时专利申请号62/485,003；2017年5月27日提交的美国临时专利申请号62/511,977；2017年7月18日提交的美国临时专利申请号62/534,179；2017年9月21日提交的美国临时专利申请号62/561,266；2018年1月3日提交的美国临时专利申请号62/613,054；和2018年1月15日提交的美国临时专利申请号62/617,317的权益，所有这些都通过引用整体并入于此。

技术领域

本申请涉及利用光探测器来探测光。

背景技术

在自由空间或者光学介质中传播的光，耦合到将光信号转换为电信号用于处理的光探测器。

发明内容

根据本发明所描述的目标的创新性方面，三维对象所反射的光可以由成像系统的光探测器进行探测。此光探测器能将探测到的光转换为电荷。每个光探测器可包含收集电荷的两组开关。可依时序切换两组开关所控制的电荷收集过程，使得成像系统可以确认感测的光的相位信息。成像系统可以用相位信息来分析与三维对象关联的特性，包含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相关联的特性：眼睛追踪、体态辨识、三维对象扫描/影片录制、动作追踪和/或扩增/虚拟现实应用。

一般来说，本发明所描述的目标的创新性方面可以实现在光学设备中；所述光学设备包含：半导体基板；锗硅层，所述锗硅层耦合至半导体基板，锗硅层包含光探测器区，其被配置成吸收光子并从所吸收的光子生成光载流子；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成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，由第二控制信号控制，所述一个或多个第二开关被配置成基于第二控制信号收集光载流子的至少一部分，其中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含位于锗硅层中的第一p掺杂区，第一p掺杂区由第一控制信号控制；及包含在锗硅层中的第一n掺杂区，第一n掺杂区耦合至第一读出集成电路。所述一个或多个第二开关包含在锗硅层中的第二p掺杂区，第二p掺杂区由第二控制信号控制；及包含位于锗硅层中的第二n掺杂区，第二n掺杂区耦合至第二读出集成电路。

此实施方式及其它实施方式可各视情况包含下列特征的一个或多个。锗硅层可包含第三n掺杂区及第四n掺杂区，第一p掺杂区的至少一部分可形成在第三n掺杂区中，而第二p掺杂区的至少一部分可形成在第四n掺杂区中。锗硅层可包含第三n掺杂区，第一p掺杂区的至少一部分及第二p掺杂区的一部分可形成在第三n掺杂区中。半导体基板可包含第三p掺杂区及一个或多个n掺杂区，锗硅层可配置在第三p掺杂区的上方，以及第三p掺杂区可与所述一个或多个n掺杂区电短路。

第一控制信号可以是固定偏置电压，第二控制信号可以是对第一控制信号的固定偏置电压进行偏置的可变偏置电压。锗硅层所吸收的光子可以是从三维目标的表面反射的；由所述一个或多个第一开关所收集的光载流子的部分以及由所述一个或多个第二开关所收集的光载流子的部分可被飞行时间(ToF)系统用来分析三维目标的深度信息或材料组成。