專利名稱：光子混合器及其用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及設(shè)有半導(dǎo)體襯底的光子混合器，所述半導(dǎo)體襯底具有電場(chǎng)區(qū)以及用于 在半導(dǎo)體襯底中產(chǎn)生多數(shù)載流子電流和關(guān)聯(lián)電場(chǎng)的裝置，該半導(dǎo)體襯底摻雜有第一傳導(dǎo)類 型從而當(dāng)電磁輻射在所述電場(chǎng)區(qū)內(nèi)擊中襯底時(shí)，在襯底中產(chǎn)生成對(duì)的多數(shù)和少數(shù)載流子， 從而引發(fā)少數(shù)載流子的光電流，所述襯底包括至少一個(gè)第一傳導(dǎo)類型的注入接觸區(qū)，用以生成多數(shù)載流子電流并通過(guò)將多數(shù)載 流子電流注入半導(dǎo)體襯底而產(chǎn)生關(guān)聯(lián)的電場(chǎng)，所述接觸區(qū)具有比半導(dǎo)體襯底更高的摻雜物 濃度，與第一傳導(dǎo)類型相反的第二傳導(dǎo)類型的至少一個(gè)檢測(cè)區(qū)，用于聚集光電流，所述 檢測(cè)區(qū)與襯底具有結(jié)，在所述結(jié)周圍的襯底區(qū)是耗盡型襯底區(qū)。本發(fā)明還涉及這種光子混合器的用途。
背景技術(shù)：
這種光子混合器可從EP-A 1513202中獲知。這種光子混合器例如用于“飛行時(shí) 間”(TOF)尋距應(yīng)用中?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)W098/10255和W099/60629解釋了尋距應(yīng)用中的飛 行時(shí)間測(cè)量的基本原理。光源在lMHz-lGHz范圍內(nèi)的頻率下被調(diào)制。光照亮物體、場(chǎng)景且 一部分反射光通過(guò)聚焦透鏡進(jìn)入尋距相機(jī)。通過(guò)在每個(gè)像素中測(cè)量入射光的相位，可以估 算場(chǎng)景中的像素及其共軛(光反射)像素區(qū)之間的距離。如此可估算和記錄物體的距離和 物體的形狀。光子混合器是準(zhǔn)確測(cè)量反射光相位的裝置。由于相位精度關(guān)聯(lián)于估算距離的 精確性，因此這種相位精度是非常重要的。光子混合器立即將入射光混合到檢測(cè)器中，而不 是混合到與之相連的電子混合器中。于是獲得低噪聲，并因此獲得更佳信噪比和關(guān)于估算 距離的更小誤差。光子混合器操作中特別相關(guān)的事項(xiàng)是電信號(hào)以與電磁輻射相同的調(diào)制頻 率施加于襯底。如此，信號(hào)混合直接在襯底中進(jìn)行。在傳統(tǒng)光子檢測(cè)器中，混合是在獨(dú)立混 合器中在后一級(jí)完成的。圖6A示出現(xiàn)有技術(shù)光子混合器的一個(gè)實(shí)施例，該混合器通過(guò)電源90將入射調(diào)幅 電磁輻射與施加于襯底1(通常為其外延層)的電信號(hào)混合。圖6B示出沿圖6A所示裝置 的剖切線ΙΙΙ-ΙΙΓ的橫截面。由電源90施加的電信號(hào)產(chǎn)生通過(guò)襯底1的多數(shù)電流，例如 多數(shù)空穴電流99。所施加的電信號(hào)一般以與電磁輻射(通常為光)相同的頻率調(diào)制。當(dāng)碰 撞襯底電場(chǎng)區(qū)的來(lái)自電磁輻射的光子進(jìn)入襯底的電場(chǎng)時(shí)，這些光子被轉(zhuǎn)化為成對(duì)的電子和 空穴。少數(shù)載流子，例如P型襯底1中的電子感應(yīng)到與所施加的多數(shù)空穴電流99關(guān)聯(lián)的電 場(chǎng)，并向多數(shù)載流子(例如空穴)的第一電源漂移，所述多數(shù)載流子在本例中表示為P+-接 觸區(qū)61。它們隨后擴(kuò)散進(jìn)入由阱區(qū)67或集電區(qū)64與接觸區(qū)63構(gòu)成的相鄰第一檢測(cè)區(qū)。 如此，它們將成為左混合器連接點(diǎn)Mixl的輸出光電流的一部分。一種可能的電子軌道是軌 道66，如圖6B所示。當(dāng)所施加的電壓或電信號(hào)如圖6C所示翻轉(zhuǎn)時(shí)，主要電流的方向翻轉(zhuǎn)， 且少數(shù)載流子向互補(bǔ)接觸區(qū)P+-指62漂移。此后，大多數(shù)的少數(shù)載流子(即電子)經(jīng)由η 阱68擴(kuò)散進(jìn)入第二檢測(cè)區(qū)64，成為右混合器連接點(diǎn)ΜΙΧ2的輸出光電流的一部分。一種可能的電子軌道是軌道69，如圖6C所示。如此，對(duì)入射光子敏感的電場(chǎng)區(qū)變大，而檢測(cè)區(qū)63、 64由于其有限的指面積僅具有很小的電容。例如金屬區(qū)60的電磁掩?？捎脕?lái)防止例如光 的碰撞電磁輻射穿透不希望的區(qū)域。已在現(xiàn)有技術(shù)光子混合器的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，所獲得的調(diào)制頻率明顯小于理論計(jì)算出 的最大值。其缺點(diǎn)在于光子混合器的帶寬受到限制。這種帶寬限制不僅限制了設(shè)備的總體 速度而且使其精確性受到限制。因此本發(fā)明的目的是提供一種在起始段落中提到的那種類型的光子混合器，這種 光子混合器適用于增加的調(diào)制頻率，例如高于10MHz，更具體地高于100MHz。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的如權(quán)利要求1所要求保護(hù)的那樣，在于注入接觸區(qū)和檢測(cè)區(qū)形成耦 合，所述耦合進(jìn)一步包括界定耦合的側(cè)向邊緣并具有比半導(dǎo)體襯底的摻雜濃度更高的摻雜 濃度——例如在半導(dǎo)體襯底和注入接觸區(qū)的 摻雜濃度之間——的第一傳導(dǎo)類型電場(chǎng)成形 區(qū)，該電場(chǎng)成形區(qū)被設(shè)計(jì)成側(cè)向地約束所述耗盡型襯底區(qū)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這些區(qū)的提供導(dǎo)致調(diào)制頻率的增加。發(fā)現(xiàn)這些區(qū)的提供導(dǎo)致電場(chǎng)更深地 伸入襯底。已發(fā)現(xiàn)檢測(cè)區(qū)形成與襯底的pn結(jié)的相關(guān)性，例如至少一個(gè)電場(chǎng)成形區(qū)不出現(xiàn)在 檢測(cè)區(qū)的下方。這種不合需要的電場(chǎng)成形區(qū)的出現(xiàn)會(huì)妨害少數(shù)電荷載流子(通常為電子) 擴(kuò)散至檢測(cè)區(qū)。耗盡型襯底區(qū)的側(cè)向約束可能因?yàn)殡妶?chǎng)成形區(qū)界定了耗盡型襯底區(qū)而發(fā)生。作為 代替，這種約束可能因?yàn)檠由焱ㄟ^(guò)電場(chǎng)成形區(qū)的電場(chǎng)約束耗盡型襯底區(qū)的延伸而電氣地發(fā) 生。在又一種選擇中，這種約束可能因?yàn)榻Y(jié)具有平坦或拋物線或類似的形狀并且耗盡型襯 底區(qū)與之順應(yīng)而幾何地發(fā)生。顯然，這些約束效果也可能組合發(fā)生。使結(jié)在橫截面視圖中 具有拋物線形的設(shè)計(jì)被認(rèn)為是非常有利的。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，檢測(cè)區(qū)包括分享共有界面的檢測(cè)接觸區(qū)和檢測(cè)集電 區(qū)，該檢測(cè)集電區(qū)的摻雜濃度比檢測(cè)接觸區(qū)的摻雜濃度更低并受襯底結(jié)的界定。檢測(cè)集電 區(qū)的提供導(dǎo)致結(jié)具有較大的界面區(qū)并且該結(jié)出現(xiàn)在襯底中較深層。兩種效果均支持光電流 的有效聚集。在該結(jié)處出現(xiàn)的深度可以小于、等于或大于電場(chǎng)成形區(qū)伸至的深度。適當(dāng)?shù)兀?該結(jié)在與電場(chǎng)成形區(qū)的深度大致相同的深度出現(xiàn)。檢測(cè)區(qū)可與其周圍的至少一個(gè)電場(chǎng)成形區(qū)形成pn結(jié)。然而，這不是必須的并且輕 度摻雜的襯底(通常為P--)可出現(xiàn)在檢測(cè)區(qū)(通常為Π-)和至少一個(gè)電場(chǎng)成形區(qū)(通常 為P-)之間。在一個(gè)實(shí)施例中，電場(chǎng)區(qū)由至少一個(gè)接觸側(cè)向地界定。該接觸較佳為限定在半導(dǎo) 體襯底中并摻雜以第一傳導(dǎo)類型摻雜物的接觸區(qū)。更適當(dāng)?shù)?，摻雜物濃度等于注入接觸區(qū) 的濃度?？扇芜x地，該接觸區(qū)可具有與附加電場(chǎng)成形區(qū)的界面。該電場(chǎng)成形區(qū)較佳地側(cè)向 界定電場(chǎng)區(qū)。已觀察到至少一個(gè)觸點(diǎn)可以具有環(huán)形，但作為代替也可以是U形、L形并進(jìn)一 步由一個(gè)以上的觸點(diǎn)構(gòu)成，例如第一和第二 U形接觸或第一和第二矩形接觸。當(dāng)接觸具有 有限的延伸時(shí)，任何電場(chǎng)成形區(qū)而不是接觸區(qū)較佳地為環(huán)形，接觸可以是在半導(dǎo)體襯底頂 部上的金屬接觸或在半導(dǎo)體襯底溝道中的接觸。在另一實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底包括具有第一側(cè)和相對(duì)第二側(cè)的有源層，其中所述檢測(cè)區(qū)和所述注入校正區(qū)位于第一側(cè)而用于聚集多數(shù)載流子電流的接觸位于有源層的相 對(duì)第二側(cè)。與之前實(shí)施例中的電場(chǎng)延伸主要是側(cè)向的相反，本實(shí)施例具有主要垂直取向的 電場(chǎng)，例如垂直于有源層的第一側(cè)。這些實(shí)施例在下文中也被稱為具有側(cè)向接觸和垂直接 觸的實(shí)施例。進(jìn)一步的選擇是既存在側(cè)向接觸又存在垂直接觸。垂直接觸出現(xiàn)在有源層的第二側(cè)。對(duì)其實(shí)現(xiàn)具有若干種選擇，例如接觸可以是在 半導(dǎo)體襯底第二側(cè)上的金屬接觸，在這種情形下有源層構(gòu)成襯底的主體。金屬接觸可覆蓋 整個(gè)第二側(cè)，但并非一定要如此。金屬接觸也可以存在于從第二側(cè)蝕刻進(jìn)入半導(dǎo)體襯底的 凹腔內(nèi)。垂直接觸或者可以是第一傳導(dǎo)類型的埋入?yún)^(qū)。該區(qū)可耦合于插頭和或與有源區(qū) 第一側(cè)的其它垂直連接，例如半導(dǎo)體襯底的主表面。垂直接觸可再次以另一形式成為導(dǎo)電 (例如摻雜的)襯底(例如P+襯底)層的頂部界面。本文更具體的實(shí)現(xiàn)對(duì)本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人 員來(lái)說(shuō)是明顯的。垂直接觸的優(yōu)勢(shì)是更高的分辨率，這容易是10的因子。更高的分辨率可在每單位 表面積提供更多個(gè)數(shù)的混合器，或減小光子混合器的尺寸。在最相關(guān)實(shí)施例中，光子混合器是差動(dòng)光子混合器。因此，至少兩個(gè)耦合的電流注 入接觸區(qū)和至少一個(gè)檢測(cè)區(qū)出現(xiàn)在所述電場(chǎng)區(qū)內(nèi)。該差動(dòng)光子混合器相比僅具有一個(gè)耦合 的光子混合器(即單端光子混合器)的優(yōu)勢(shì)在于測(cè)量時(shí)間的減少。在一些其它實(shí)施例中， 三個(gè)或更多個(gè)這類耦合可出現(xiàn)在電場(chǎng)區(qū)內(nèi)。第三個(gè)耦合允許進(jìn)一步調(diào)諧頻率范圍。出現(xiàn)四 個(gè)耦合對(duì)就減少測(cè)量時(shí)間而言是有利的。同時(shí)，將物體三維定位可在單次測(cè)量中實(shí)現(xiàn)。因 為有兩個(gè)耦合，因此將物體三維定位需要兩次測(cè)量。四個(gè)耦合較佳地成對(duì)激活，即作為差動(dòng) 光子混合器。然而也不排除單獨(dú)作用。合適地，存在垂直接觸或側(cè)向接觸或兩者。本實(shí)施例允許產(chǎn)生具有DC分量和AC 分量?jī)烧叩碾妶?chǎng)。產(chǎn)生AC分量是因?yàn)槎鄶?shù)載流子電流可交替從各耦合的接觸區(qū)注入。因 此，這些接觸區(qū)適于以不同電壓提供，尤其是在基準(zhǔn)電平附近的反向電壓。基準(zhǔn)電平一般為 接地電壓(OV)，但也可具有另一值。發(fā)現(xiàn)具有第一和第二耦合與接觸(要么是側(cè)向接觸要么是垂直接觸)的器件是非 常有優(yōu)勢(shì)的。已發(fā)現(xiàn)解調(diào)效率已增加10-20%。該解調(diào)效率限定了電荷在光子混合器中分 離的效率并因此是形成光電流的電荷載流子上的電場(chǎng)的影響的度量。這種增加是顯著的， 由于它導(dǎo)致測(cè)量系統(tǒng)速度提高三倍。除了更為簡(jiǎn)單外，另一優(yōu)勢(shì)在于減少了系統(tǒng)中光發(fā)射 器的個(gè)數(shù)。具體地，隨著速度增加兩倍，光發(fā)射器的數(shù)目可減少四倍。側(cè)向約束接觸區(qū)被以非振蕩的電壓給出，但在光子混合操作中具有恒定值。它因 此提供DC分量。這種側(cè)向約束的接觸區(qū)的電壓較佳地使光電流指向電場(chǎng)的中央。當(dāng)用來(lái) 在規(guī)定DC電壓電平下提供反電極時(shí)，該側(cè)向約束的接觸區(qū)不是電流注入接觸區(qū)。電場(chǎng)成形 區(qū)可出現(xiàn)在接觸區(qū)下面，但并非一定如此。垂直接觸或側(cè)向接觸較佳地起到光閘的作用。因此，接觸上的電壓變化以切斷電 場(chǎng)的DC分量，并同時(shí)確保少數(shù)載流子不被接觸區(qū)吸引。相比將光閘功能作用于側(cè)向接觸或 垂直接觸上，也可進(jìn)一步通過(guò)耦合的注入接觸區(qū)實(shí)現(xiàn)，尤其是在出現(xiàn)一個(gè)以上耦合的情形 下。 在本實(shí)施例的較佳形式中，每個(gè)所述耦合從上方觀察時(shí)具有大致矩形形狀，它具 有邊緣、長(zhǎng)寬比在0. 05-20之間的長(zhǎng)度和寬度，所述邊緣由至少一個(gè)電場(chǎng)成形區(qū)形成。更適當(dāng)?shù)兀@種設(shè)計(jì)是其中矩形耦合具有一中心，在那里出現(xiàn)具有下層電場(chǎng)成形區(qū)的接觸區(qū)，一 個(gè)環(huán)狀檢測(cè)區(qū)或多個(gè)檢測(cè)區(qū)出現(xiàn)在所述邊緣內(nèi)的所述接觸區(qū)的相對(duì)側(cè)。所得到的設(shè)計(jì)證實(shí) 是有優(yōu)勢(shì)的。術(shù)語(yǔ)“大致矩形”包括具有修整過(guò)的邊角的特定矩形實(shí)施例。較佳地，注入電 流區(qū)和檢測(cè)區(qū)具有細(xì)長(zhǎng)形狀或具有細(xì)長(zhǎng)形狀的部分。因此有效面積增加，導(dǎo)致性能提高。
在第二方面，本發(fā)明提供一種設(shè)有半導(dǎo)體襯底的光子混合器，所述半導(dǎo)體襯底具 有電場(chǎng)區(qū)以及用于在半導(dǎo)體襯底中產(chǎn)生多數(shù)載流子電流和關(guān)聯(lián)電場(chǎng)的裝置，該半導(dǎo)體襯底 摻雜有第一傳導(dǎo)類型物質(zhì)從而當(dāng)電磁輻射在所述電場(chǎng)區(qū)內(nèi)碰撞襯底時(shí)，在襯底中產(chǎn)生成對(duì) 的多數(shù)和少數(shù)載流子，從而引發(fā)少數(shù)載流子的光電流，所述襯底包括用于將多數(shù)載流子電 流注入半導(dǎo)體襯底的注入接觸區(qū)以及用于聚集光電流的檢測(cè)區(qū)的耦合，注入接觸區(qū)以高于 半導(dǎo)體襯底的摻雜物濃度摻雜以第一傳導(dǎo)類型的摻雜物，而檢測(cè)區(qū)摻雜以與第一傳導(dǎo)類型 相反的第二傳導(dǎo)類型的摻雜物并與半導(dǎo)體襯底形成結(jié)。半導(dǎo)體襯底在所述結(jié)周圍的區(qū)域是 耗盡型襯底區(qū)，其中檢測(cè)區(qū)是環(huán)形的并且在注入接觸區(qū)周圍延伸，第一傳導(dǎo)類型的電場(chǎng)成 形區(qū)具有比在檢測(cè)區(qū)周圍側(cè)向延伸的半導(dǎo)體襯底具有更高的摻雜物濃度。在第三方面，本發(fā)明提供設(shè)有半導(dǎo)體襯底的光子混合器，所述半導(dǎo)體襯底具有電 場(chǎng)區(qū)以及用于在半導(dǎo)體襯底中產(chǎn)生多數(shù)載流子電流和關(guān)聯(lián)電場(chǎng)的裝置，該半導(dǎo)體襯底摻雜 有第一傳導(dǎo)類型物質(zhì)從而當(dāng)電磁輻射在所述電場(chǎng)區(qū)內(nèi)碰撞襯底時(shí)，在襯底中產(chǎn)生成對(duì)的多 數(shù)和少數(shù)載流子，從而引發(fā)少數(shù)載流子的光電流，所述襯底包括用于將多數(shù)載流子電流注 入半導(dǎo)體襯底的注入接觸區(qū)以及用于聚集光電流的檢測(cè)區(qū)的耦合，注入接觸區(qū)以高于半導(dǎo) 體襯底的摻雜物濃度摻雜以第一傳導(dǎo)類型的摻雜物，而檢測(cè)區(qū)摻雜以與第一傳導(dǎo)類型相反 的第二傳導(dǎo)類型的摻雜物并與半導(dǎo)體襯底形成結(jié)。半導(dǎo)體襯底在所述結(jié)周圍的區(qū)域是耗盡 型襯底區(qū)，其中半導(dǎo)體襯底包括具有第一側(cè)和與之相對(duì)的第二側(cè)的有源層，其中所述檢測(cè) 區(qū)和所述注入校正區(qū)位于第一側(cè)且所述聚集多數(shù)載流子電流的接觸位于有源層相對(duì)的第 二側(cè)。本發(fā)明的第二和第三方面可與針對(duì)第一方面和在


中討論的任意多種特 定實(shí)現(xiàn)和實(shí)施例組合。在又一方面，本發(fā)明涉及測(cè)量第一和第二物體之間的距離的測(cè)量系統(tǒng)，尤其針對(duì) 飛行時(shí)間(TOF)應(yīng)用。該系統(tǒng)包括以第一調(diào)制頻率發(fā)射經(jīng)調(diào)制的電磁輻射的至少一個(gè)發(fā)射 機(jī)。它還包括用于檢測(cè)所述發(fā)射并任選地反射經(jīng)調(diào)制電磁輻射并就地將得到的光電流與所 施加的在調(diào)制頻率下振蕩的振蕩信號(hào)混合的光子混合器，所述光子混合器提供代表所檢測(cè) 輻射的相位的輸出信號(hào)。具體地說(shuō)，根據(jù)本發(fā)明的光子混合器是存在的。根據(jù)本發(fā)明的光子混合器的這些和其它方面將結(jié)合附圖進(jìn)一步予以說(shuō)明。

圖IA是本發(fā)明的第一實(shí)施例的概略俯視圖；圖IB是如圖IA所示的第一實(shí)施例的沿圖IA中的直線D取得的概略橫截面圖。圖2是本發(fā)明第二實(shí)施例的概略俯視圖；圖3A-3F示出結(jié)合第一和第二實(shí)施例使用的布圖的概略示意圖；圖4A-4F示出另外六個(gè)布圖的概略示意圖；圖5A是本發(fā)明第三實(shí)施例的概略示意圖5B是第三 實(shí)施例的概略橫截面圖；圖6A是現(xiàn)有技術(shù)光子混合器的俯視圖的概略表示；圖6B和6C是如圖6A所示現(xiàn)有技術(shù)光子混合器的概略橫截面圖，所述橫截面是沿 圖6A中的剖切線III-III’截取的；以及圖7是示出作為調(diào)制頻率的函數(shù)的解調(diào)對(duì)比度。
具體實(shí)施例方式本申請(qǐng)的附圖不按比例繪出并僅以說(shuō)明為目的。不同附圖中相同的附圖標(biāo)記表示 相同部件。圖IA是本發(fā)明第一實(shí)施例的概略俯視圖，而圖IB是圖IA所示第一實(shí)施例沿圖IA 中的剖切線D得到的橫截面示意圖。光子混合器包括半導(dǎo)體襯底1。半導(dǎo)體襯底1例如由 P型摻雜的大體積硅襯底構(gòu)成。它可包括可選的另一載體，例如玻璃、藍(lán)寶石。該襯底還可 以是具有埋入絕緣層的SOI型襯底。半導(dǎo)體襯底1的圖示部分在本例中為低濃度摻雜的外 延生長(zhǎng)硅層(外延層)，例如通常用來(lái)形成半導(dǎo)體器件的外延層。在本例中使用P型襯底， 而外延層是P__-摻雜的，如本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員所知那樣。它適宜地具有在10和50微米之 間的厚度。半導(dǎo)體襯底1可包含Si以外的另一種材料，例如SiGe、SiC、GaN、GaAS、InP0接觸區(qū)3、4和檢測(cè)區(qū)7、8通過(guò)本身已知的方式將摻雜物原子注入襯底而形成。接 觸區(qū)3、4是ρ+或p++摻雜的。檢測(cè)區(qū)7、8在本例中包括檢測(cè)接觸區(qū)(η+)和檢測(cè)集電曲(ιΓ)， 它們分享共有的界面。檢測(cè)區(qū)7、8摻雜有與第一傳導(dǎo)類型相反的第二傳導(dǎo)類型的摻雜物， 例如η型摻雜的。檢測(cè)接觸區(qū)(η+)的摻雜物濃度高于檢測(cè)集電區(qū)OO的摻雜物濃度。檢 測(cè)區(qū)7、8——在本例中為其檢測(cè)-集電區(qū)——具有與襯底1的界面，它是一個(gè)結(jié)，即pn結(jié)。 在操作中，Pn結(jié)一般為反偏的。耗盡型襯底區(qū)101、102出現(xiàn)在襯底1中的所述結(jié)11、12周 圍。根據(jù)本發(fā)明，存在電場(chǎng)成形區(qū)13、14。電場(chǎng)成形區(qū)13、14是第一傳導(dǎo)類型的(P 型)。它們基本垂直地延伸入半導(dǎo)體襯底1。電場(chǎng)成形區(qū)13、14具有比襯底1 (p__)的摻雜 物濃度更高的摻雜物濃度(P—)，例如在襯底1 (P—)和注入接觸區(qū)3、4(Ρ+)之間。當(dāng)從俯視 圖觀察時(shí)，至少一個(gè)檢測(cè)區(qū)7、8位于第一和第二電場(chǎng)成形區(qū)13、14之間，以側(cè)向地約束所述 耗盡型襯底區(qū)101、102。電場(chǎng)成形區(qū)13、14深入襯底1至例如0. 5-5微米的深度，較佳為 1-2微米。第一傳導(dǎo)類型的電場(chǎng)成形區(qū)13、14界定注入接觸區(qū)3、4和檢測(cè)區(qū)7、8的耦合的 側(cè)向邊緣113。沒(méi)有所述電場(chǎng)成形區(qū)13、14，耗盡型襯底區(qū)101、102將延伸至更寬的范圍，尤其是 作為延伸直至襯底表面的球體。此外它具有非對(duì)稱形狀；接觸區(qū)3、4的存在將在一側(cè)上形 成約束，但不是在兩側(cè)都形成約束。通過(guò)電場(chǎng)成形區(qū)13、14，結(jié)11、12在如圖IB所示的橫截面視圖中具有拋物線形。 耗盡型區(qū)101、102有效地包圍在該結(jié)11、12周圍。由此它們垂直于襯底表面比水平方向延 伸出更多(也被稱為垂直的)。當(dāng)檢測(cè)區(qū)7、8比電場(chǎng)成形區(qū)13、14更深入襯底1時(shí)也是這 種情況。當(dāng)檢測(cè)區(qū)7、8被約束于接觸區(qū)(η+)時(shí)，結(jié)的形狀不是拋物線形或某些與之類似的 形狀。然而，電場(chǎng)成形區(qū)13、14在這種情形下直接將耗盡型區(qū)限制在例如兩電場(chǎng)成形區(qū)之間的襯底上。在本實(shí)施例中，透光電極50出現(xiàn)在襯底1的表面上。透光電極50通過(guò)例如氧化 物的絕緣層52與襯底表面隔離。然而，也可采用例如鉭氧化物和其它材料的高K電介質(zhì)。 透光電極50適當(dāng)?shù)?為多晶硅層?？蓪?duì)其摻雜以通過(guò)合適的摻雜物增強(qiáng)其導(dǎo)電型。電極50 可用來(lái)通過(guò)在電子上施加斥力來(lái)減少表面復(fù)合。適當(dāng)?shù)兀诓僮髦?，將電壓施加于該電極50 以增強(qiáng)斥力。因此，端子51出現(xiàn)。電極50被圖案化以不覆在檢測(cè)區(qū)7和8、接觸區(qū)3和4 以及電場(chǎng)成形區(qū)13、14上面。它不需要覆蓋整個(gè)電場(chǎng)區(qū)2。圖IA的俯視圖示出該第一實(shí)施例的布局。電場(chǎng)成形區(qū)13、14位于電場(chǎng)區(qū)2相對(duì) 的兩個(gè)邊緣，在那里電磁輻射撞擊襯底以轉(zhuǎn)化成少數(shù)和多數(shù)載流子。檢測(cè)區(qū)7、8和接觸區(qū) 3、4是彼此平行延伸的細(xì)長(zhǎng)區(qū)并各自提供有端子9、10和5、6。這些端子9、10、5、6在本例 中被約束在區(qū)7、8、3、4端部的區(qū)域，但它們不需要正好位于那里。在同一接觸區(qū)上可具有 多個(gè)端子。掩模21覆蓋在檢測(cè)區(qū)7、8上以使其免受入射的電磁輻射影響。圖2是本發(fā)明第二實(shí)施例的概略俯視圖。雖然在圖1中兩對(duì)檢測(cè)區(qū)和接觸區(qū)被界 定在電場(chǎng)區(qū)2的盡頭，然而本實(shí)施例包括四個(gè)接觸區(qū)3、4、15、16和僅兩個(gè)檢測(cè)區(qū)7、8。附加 的接觸區(qū)15、16位于電場(chǎng)區(qū)2的盡頭端。電場(chǎng)成形區(qū)19、20被界定于附加接觸區(qū)15、16下 方而端子17、18被界定于接觸區(qū)15、16上。附加接觸區(qū)15、16被設(shè)計(jì)成在光子混合操作中 施加恒定電壓。在接觸區(qū)3、4上施加交流電壓。同時(shí)，人們可施加具有AC分量和DC分量 的電場(chǎng)。發(fā)現(xiàn)這種電場(chǎng)的施加能限制串話。本實(shí)施例的一種選擇是省去檢測(cè)區(qū)7、8中的一個(gè)。這種選擇不局限于圖示的布 局，而是針對(duì)具有檢測(cè)區(qū)與接觸區(qū)的第一和第二耦合加上充當(dāng)DC反電極的側(cè)向遠(yuǎn)端接觸 區(qū)的任何實(shí)施例都有效的選擇。然而，省去一個(gè)檢測(cè)區(qū)可能對(duì)所有聚集的光電流都具有消 極的影響，并因此對(duì)光子混合器的效率產(chǎn)生影響。在圖2的示例中，檢測(cè)器是細(xì)長(zhǎng)的，并因 此可望使這種影響減小。省去第二檢測(cè)區(qū)的另一結(jié)果是所要連續(xù)執(zhí)行的測(cè)量次數(shù)增加。需要至少三個(gè)不同 相位的測(cè)量以在飛行時(shí)間方法中獲得物體的距離測(cè)量。對(duì)于一個(gè)檢測(cè)區(qū)僅有一個(gè)輸出，并 因此需要三次連續(xù)測(cè)量。對(duì)于兩個(gè)檢測(cè)區(qū)，兩次連續(xù)測(cè)量就足夠了。對(duì)于四個(gè)檢測(cè)區(qū)，一次 連續(xù)測(cè)量就足夠。本實(shí)施例的另一選擇是省去在電場(chǎng)區(qū)2的邊緣處的附加接觸區(qū)15、16下方的電場(chǎng) 成形區(qū)19、20。由于在這些附加接觸區(qū)15、16的直接相鄰區(qū)域沒(méi)有結(jié)和耗盡型襯底區(qū)，因此 相關(guān)性不那么大。然而，應(yīng)用該磁場(chǎng)成形區(qū)19、20對(duì)電場(chǎng)形狀更為有利，尤其是對(duì)形成對(duì)稱 電場(chǎng)更為有利。圖3A-3F和圖4A-4F示出用于本發(fā)明的總共十二種設(shè)計(jì)，圖3B示出圖2所示光子 混合器的簡(jiǎn)化概略俯視圖，其中僅示出必要的元件子集。粗實(shí)線表示第一傳導(dǎo)類型的接觸 區(qū)、用于施加多數(shù)電流的P+-區(qū)3、4、15、16。粗虛線表示檢測(cè)區(qū)7、8。點(diǎn)線表示具有檢測(cè)集 電區(qū)與周圍區(qū)域的結(jié)界面11、12。在粗實(shí)線周圍的虛線表示電場(chǎng)成形區(qū)13、14、19、20的外 側(cè)。圖3A是很大程度與圖3B的設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)。其差別在于檢測(cè)區(qū)和接觸區(qū)在電場(chǎng) 成形區(qū)中的定位。在圖3A的設(shè)計(jì)中，檢測(cè)區(qū)7、8被界定在接觸區(qū)3、4與在電場(chǎng)區(qū)2邊緣的 附加接觸區(qū)15、16之間。在圖3B的設(shè)計(jì)中，接觸區(qū)3、4被界定在檢測(cè)區(qū)7、9與在電場(chǎng)區(qū)2邊緣的附加接觸區(qū)15、16。圖3A的設(shè)置容易提高少數(shù)電荷載流子擴(kuò)散至檢測(cè)區(qū)7、8以產(chǎn)生 光電流的擴(kuò)散過(guò)程的速度。
圖3C-3F和圖4A-4F示出包含位于電場(chǎng)區(qū)2邊緣處的環(huán)形附加接觸區(qū)30的設(shè)計(jì)。 這類設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)在于電場(chǎng)位于中央而不是位于第一和第二細(xì)長(zhǎng)和平行的接觸區(qū)之間。這種 位于中心的電場(chǎng)被認(rèn)為有利于進(jìn)一步增加調(diào)制頻率。附加接觸區(qū)30出現(xiàn)在電場(chǎng)成形區(qū)31 中。圖4E和4F分別類似于圖3E和圖4A，除了位于電場(chǎng)區(qū)2的環(huán)形接觸區(qū)下方的電場(chǎng)成形 區(qū)已被省去。接觸區(qū)和檢測(cè)區(qū)以具有由電場(chǎng)成形區(qū)界定的矩形成耦合地出現(xiàn)。圖3C、圖4A和圖4D示出第一組設(shè)計(jì)。這些設(shè)計(jì)包括至少一個(gè)接觸區(qū)3、4和兩個(gè) 檢測(cè)區(qū)32、33和36、37的多個(gè)耦合。所述耦合的邊緣由電場(chǎng)成形區(qū)13、14界定。窗34、35 和38、39出現(xiàn)在單個(gè)電場(chǎng)成形區(qū)13、14中檢測(cè)區(qū)32、33和36、37的周圍。接觸區(qū)3、4出現(xiàn) 于第一和第二檢測(cè)區(qū)之間。接觸區(qū)3、4和檢測(cè)區(qū)32、33、36、37全部都是細(xì)長(zhǎng)形狀，或包括 細(xì)長(zhǎng)部分。在本例中，這些耦合的取向是相同的，更具體地說(shuō)是使兩個(gè)耦合中的檢測(cè)區(qū)32、 33、36、37成單行且平行地取向，其中其長(zhǎng)邊彼此相向。然而這并不被認(rèn)為是必需的。所有 這些耦合的方向可使兩個(gè)耦合中的檢測(cè)區(qū)32、33、36、37表現(xiàn)為兩兩排成兩行，其短邊彼此 相向。一個(gè)耦合可向另一個(gè)耦合漂移。這兩個(gè)耦合也可位于對(duì)角線上。這兩個(gè)耦合的取向 可包括在-90和+90度之間的任意角度。然而較佳地，這種設(shè)計(jì)使耦合中的接觸區(qū)3、4平 行于環(huán)形接觸區(qū)30在電場(chǎng)區(qū)2邊緣處的部分。另外較佳地，這些耦合的中心出現(xiàn)在電場(chǎng)區(qū) 2的中線或?qū)蔷€上。這種方位導(dǎo)致最規(guī)則的、較佳對(duì)稱的電場(chǎng)配置，并因此形成受到最小 干擾的電場(chǎng)。相比圖3C，圖4A包括每個(gè)耦合兩個(gè)附加接觸區(qū)40、41和42、43。附加接觸區(qū)40_43 界定在檢測(cè)區(qū)32、33、36、37和耦合13、14的邊緣之間。盡管圖示的U形為較佳的，然而不 排除矩形或L形。與圖4A相比，圖4D的設(shè)計(jì)具有更多的接觸區(qū)。在這種設(shè)計(jì)中，圖4A所 示的每耦合三個(gè)接觸區(qū)3、41、42和4、43、44合并成8字形接觸區(qū)3、4。這有利于電場(chǎng)的分布。設(shè)計(jì)的第二子集由圖3F、4B和4C構(gòu)成。這里，所述耦合構(gòu)建為一組環(huán)。圖3F示 出一種設(shè)計(jì)，其中檢測(cè)器7、8出現(xiàn)在耦合的中心。環(huán)形接觸區(qū)3、4圍住檢測(cè)器7、8。圖4B 示出在第一電場(chǎng)成形區(qū)13、14中具有內(nèi)接觸區(qū)3、4，在第二電場(chǎng)成形區(qū)23、24中具有環(huán)形檢 測(cè)區(qū)7、8和接觸區(qū)44、45的設(shè)計(jì)。圖4C示出一種類似設(shè)計(jì)，其中沒(méi)有外環(huán)形接觸區(qū)，使第 二電場(chǎng)成形區(qū)23、24懸浮。這種設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)在于徑向?qū)ΨQ伸入每個(gè)耦合。相信能導(dǎo)致非常 均勻分布的電場(chǎng)?？扇芜x地，電場(chǎng)成形區(qū)13、14比側(cè)向約束的電場(chǎng)成形區(qū)23、24更深入半 導(dǎo)體襯底地延伸。這例如通過(guò)對(duì)電場(chǎng)成形區(qū)13、14使用本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員已知為深P阱的 注入類型來(lái)實(shí)現(xiàn)。內(nèi)電場(chǎng)成形區(qū)更深入的延伸進(jìn)一步改善了電場(chǎng)的分布。另外，更深入的 延伸改善了襯底1的接觸區(qū)3、4的質(zhì)量。具體地說(shuō)，所述質(zhì)量是通過(guò)防止或至少減少由典 型η型檢測(cè)區(qū)7、8耗盡引起的任何消極影響來(lái)改善的。較深的延伸對(duì)于該設(shè)計(jì)的第二子集來(lái)說(shuō)是尤為有利的，并且最適用于其中第二電 場(chǎng)成形區(qū)23、24保持懸浮的設(shè)計(jì)。然而，使用更深入襯底的注入也適用于其它任何子集。例 如，在圖4Α所示的設(shè)計(jì)中，更深的注入可出現(xiàn)在例如接觸區(qū)4下方。在這種情形下，存在從 深阱向其余電場(chǎng)成形區(qū)的逐漸過(guò)渡。深阱在本文中較佳地局部位于耦合的中心。設(shè)計(jì)的第三子集由圖3D和3Ε構(gòu)成。在本文中，圖3Α和3Β中示出的細(xì)長(zhǎng)耦合位于由環(huán)形接觸區(qū)約束的電場(chǎng)區(qū)內(nèi)。圖7是示出現(xiàn)有技術(shù)光子混合器和根據(jù)本發(fā)明的光子混合器的實(shí)施例的調(diào)制對(duì) 比度C和調(diào)制頻率f之間的關(guān)系的曲線圖。用于生成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的光子混合器具有圖4A所 示的設(shè)計(jì)。調(diào)制對(duì)比度或調(diào)制效率定義了電荷在光子混合器中分離的效率并因此是電場(chǎng)對(duì) 形成光電流的電荷載流子的影響的度量。現(xiàn)有技術(shù)光子混合器的調(diào)制對(duì)比度在IMHz以下顯著減小。在IMHz下將近為85%。 在IOMHz下，減小至將近40%。在IOOMHz下，對(duì)比度小于20%。這種低對(duì)比度導(dǎo)致相當(dāng)大 的缺陷。根據(jù)本發(fā)明的光子混合器的調(diào)制對(duì)比度緩慢地減小。在5MHz下，它仍為80%。在 50MHz左右，對(duì)比度為60%，而在IOOMHz，對(duì)比度仍有50%。對(duì)于作出正確距離測(cè)量來(lái)說(shuō)已 經(jīng)是足夠好的對(duì)比度。在較高調(diào)制頻率下的對(duì)比度增加導(dǎo)致測(cè)量系統(tǒng)速度的顯著增加。除 了更為簡(jiǎn)單，另一優(yōu)勢(shì)是系統(tǒng)中光發(fā)射器的數(shù)目減少。具體地說(shuō)，如果速度增加兩倍，則光 發(fā)射器的數(shù)目可減少四倍。圖5A是本發(fā)明第三實(shí)施例的概略俯視圖，而圖5B是圖5A所示第三實(shí)施例沿圖5A 中的剖切線D得到的概略橫截面圖。圖5示出一襯底，該襯底具有ρ—摻雜的有源層1和在 本例中為P—摻雜的下襯底層80?；蛘?，下襯底層80可具有例如ρ+的較高摻雜以導(dǎo)電。這 些襯底可從市場(chǎng)上購(gòu)得并為本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員所知。精確的摻雜度是實(shí)施的關(guān)鍵。本領(lǐng)域 內(nèi)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解下襯底層80 —般為ρ摻雜的單晶硅襯底并且有源層1是外延層。下 層接觸實(shí)質(zhì)上由下襯底層80加上其上的金屬接觸81構(gòu)成。因此是垂直接觸，如引言中所 描述的那樣。電場(chǎng)可在注入接觸區(qū)3、4之間延伸并最終延伸至金屬接觸81。由于下襯底 層80增強(qiáng)的導(dǎo)電性，電場(chǎng)實(shí)質(zhì)上在注入接觸區(qū)3、4和下襯底層80的頂部之間延伸。典型 地，電流通過(guò)接觸區(qū)3、4以某一調(diào)制頻率注入到有源層1，在第一接觸區(qū)3和第二區(qū)4之間 交變。這些注入接觸區(qū)3、4出現(xiàn)在側(cè)向邊緣由電場(chǎng)成形區(qū)13、14界定的多個(gè)對(duì)中。在連接中，通過(guò)如上所述的本發(fā)明，可考慮下列選擇讀出電路和控制電路適當(dāng)?shù)?一體化形成，即晶體管和/或其它半導(dǎo)體器件被界定在半導(dǎo)體襯底(有源區(qū))內(nèi)，并提供互 連結(jié)構(gòu)以形成想要的電路拓樸。光子混合器的控制不僅涉及將電壓提供給接觸區(qū)，還包括 提供信號(hào)以重置光子混合器，尤其在后續(xù)測(cè)量之前。這種信號(hào)提供一般通過(guò)如前所述的光 閘功能實(shí)現(xiàn)?？蓪㈦姶泡椛涮峁┙o襯底的前側(cè)，但作為選擇也可提供給襯底的后側(cè)，尤其是 結(jié)合襯底厚度減小和載流子至前側(cè)的選擇性施加。在電場(chǎng)區(qū)內(nèi)可出現(xiàn)兩個(gè)以上的耦合。術(shù) 語(yǔ)垂直、之上和之下是參照加工過(guò)程中半導(dǎo)體襯底的方位而定義的，其中前側(cè)是頂部(上 部)而襯底表面界定側(cè)向延伸的方向。垂直就是正交于該襯底表面。也不排除將一個(gè)細(xì)長(zhǎng) 接觸區(qū)、檢測(cè)區(qū)以及電場(chǎng)成形區(qū)細(xì)分成若干更小的區(qū)/區(qū)域。本發(fā)明或者可以下列方式表征設(shè)有半導(dǎo)體襯底的光子混合器，該半導(dǎo)體襯底具 有電場(chǎng)區(qū)以及用于在半導(dǎo)體襯底中產(chǎn)生多數(shù)載流子電流和關(guān)聯(lián)電場(chǎng)的裝置，該半導(dǎo)體襯底 摻雜有第一傳導(dǎo)類型從而當(dāng)電磁輻射在所述電場(chǎng)區(qū)內(nèi)碰撞襯底時(shí)，在襯底上產(chǎn)生多對(duì)多數(shù) 和少數(shù)載流子，由此導(dǎo)致少數(shù)載流子的光電流，所述襯底包括至少一個(gè)第一傳導(dǎo)類型的注入接觸區(qū)，用于通過(guò)將多數(shù)載流子電流注入半導(dǎo)體襯 底而產(chǎn)生多數(shù)載流子電流和關(guān)聯(lián)電場(chǎng)，所述接觸區(qū)具有比半導(dǎo)體襯底更高的摻雜物濃度； 具有與第一傳導(dǎo)類型相反的第二傳導(dǎo)類型以聚集光電流的至少一個(gè)檢測(cè)區(qū)，所述 檢測(cè)區(qū)具有與襯底的結(jié)，在所述結(jié)周圍的襯底區(qū)作為耗盡型襯底區(qū)；
第一傳導(dǎo)類型的至少一個(gè)電場(chǎng)成形區(qū)，所述至少一個(gè)區(qū)基本垂直地伸入襯底并具 有比半導(dǎo)體襯底的摻雜物濃度更高的摻雜物濃度，例如在襯底和接觸區(qū)的摻雜物濃度之 間，注入接觸區(qū)與電場(chǎng)成形區(qū)形成界面，其中 所述至少一個(gè)檢測(cè)區(qū)從俯視圖觀察時(shí)位于第 一和第二電場(chǎng)成形區(qū)之間或電場(chǎng)成形區(qū)的第一和第二部分之間，從而側(cè)向約束所述耗盡型 襯底區(qū)。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)有半導(dǎo)體襯底的光子混合器，所述半導(dǎo)體襯底具有電場(chǎng)區(qū)以及用于在半導(dǎo)體 襯底中產(chǎn)生多數(shù)載流子電流以及關(guān)聯(lián)電場(chǎng)的裝置，所述半導(dǎo)體襯底摻雜有第一傳導(dǎo)類型從 而當(dāng)電磁輻射在所述電場(chǎng)區(qū)中碰撞襯底時(shí)，在襯底中產(chǎn)生多對(duì)多數(shù)和少數(shù)載流子，從而引 發(fā)少數(shù)載流子的光電流，所述襯底包括由用于將多數(shù)載流子電流注入半導(dǎo)體襯底的注入接 觸區(qū)以及用于聚集光電流的檢測(cè)區(qū)構(gòu)成的耦合，所述注入接觸區(qū)摻雜有比半導(dǎo)體襯底更高 摻雜物濃度的第一傳導(dǎo)類型摻雜物，而所述檢測(cè)區(qū)摻雜有與第一傳導(dǎo)類型相反的第二傳導(dǎo) 類型的摻雜物并與所述半導(dǎo)體襯底形成結(jié)，所述半導(dǎo)體襯底在所述結(jié)周圍的區(qū)域是耗盡型 襯底區(qū)，其中所述耦合進(jìn)一步包括界定所述耦合的側(cè)向邊緣并具有比所述半導(dǎo)體襯底的摻 雜濃度更高的摻雜濃度的第一傳導(dǎo)類型電場(chǎng)成形區(qū)，其中所述電場(chǎng)成形區(qū)被設(shè)計(jì)成側(cè)向地 約束所述耗盡型襯底區(qū)。
2.如權(quán)利要求1所述的光子混合器，其特征在于，所述檢測(cè)區(qū)包括分享共有界面的檢 測(cè)接觸區(qū)和檢測(cè)集電區(qū)，所述檢測(cè)集電區(qū)的摻雜濃度比檢測(cè)接觸區(qū)更低并由與襯底的結(jié)界 定。
3.如權(quán)利要求1或2所述的光子混合器，其特征在于，所述檢測(cè)區(qū)由單個(gè)電場(chǎng)成形區(qū)側(cè) 向地包圍。
4.如前面權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的光子混合器，其特征在于，所述電場(chǎng)區(qū)由至少一個(gè) 接觸側(cè)向地界定，所述至少一個(gè)接觸較佳地為界定在半導(dǎo)體襯底中并摻雜以第一傳導(dǎo)類型 的摻雜物的接觸區(qū)。
5.如權(quán)利要求1-4的任一項(xiàng)所述的光子混合器，其特征在于，所述耦合在從俯視圖觀 察時(shí)具有基本矩形的形狀，其長(zhǎng)度和寬度界定在0. 05-20之間、較佳在0. 25-4之間的長(zhǎng)/ 胃t匕。
6.如權(quán)利要求1-5的任一項(xiàng)所述的光子混合器，其特征在于，所述耦合設(shè)有中心，在所 述中心存在具有下層電場(chǎng)成形區(qū)的接觸區(qū)，一個(gè)環(huán)形檢測(cè)區(qū)或多個(gè)檢測(cè)區(qū)出現(xiàn)在所述耦合 內(nèi)所述接觸區(qū)的相耦合兩側(cè)。
7.如前面權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的光子混合器，其特征在于，光子混合器是差動(dòng)光子 混合器，并且在所述電場(chǎng)區(qū)中除了第一個(gè)耦合還存在第二個(gè)耦合，所述第二個(gè)耦合包括注 入接觸區(qū)、與所述半導(dǎo)體襯底具有結(jié)的檢測(cè)區(qū)、關(guān)聯(lián)的耗盡型襯底區(qū)以及與所述第一個(gè)耦 合具有相應(yīng)的摻雜物和摻雜物濃度的電場(chǎng)成形區(qū)，從而使所述電場(chǎng)成形區(qū)側(cè)向地約束耗盡 型襯底區(qū)。
8.如權(quán)利要求7所述的光子混合器，其特征在于，所述第三和第四個(gè)耦合出現(xiàn)在所述 電場(chǎng)區(qū)中。
9.如前面權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的光子混合器，其特征在于，在所述電場(chǎng)區(qū)出現(xiàn)透光 電極以在所述電場(chǎng)區(qū)中誘發(fā)電荷分布以約束表面復(fù)合。
10.如權(quán)利要求9所述的光子混合器，其特征在于，所述透光電極包括多晶硅層。
11.如前面權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的光子混合器，其特征在于，所述半導(dǎo)體襯底包括具 有第一側(cè)和相對(duì)的第二側(cè)的有源層，其中所述檢測(cè)區(qū)和所述注入接觸區(qū)位于所述第一側(cè)而 用于聚集所述多數(shù)載流子電流的接觸位于所述有源區(qū)的相對(duì)第二側(cè)。
12.—種設(shè)有半導(dǎo)體襯底的光子混合器，所述半導(dǎo)體襯底具有電場(chǎng)區(qū)以及用于在半導(dǎo) 體襯底中產(chǎn)生多數(shù)載流子電流以及關(guān)聯(lián)電場(chǎng)的裝置，所述半導(dǎo)體襯底摻雜有第一傳導(dǎo)類型從而當(dāng)電磁輻射在所述電場(chǎng)區(qū)中碰撞襯底時(shí)，在襯底中產(chǎn)生多對(duì)多數(shù)和少數(shù)載流子，從而 導(dǎo)致少數(shù)載流子的光電流，所述襯底包括由用于將多數(shù)載流子電流注入半導(dǎo)體襯底的注入 接觸區(qū)以及用于聚集光電流的檢測(cè)區(qū)構(gòu)成的耦合，所述注入接觸區(qū)摻雜有比半導(dǎo)體襯底更 高摻雜物濃度的第一傳導(dǎo)類型摻雜物，而所述檢測(cè)區(qū)摻雜有與第一傳導(dǎo)類型相反的第二傳 導(dǎo)類型的摻雜物并與所述半導(dǎo)體襯底形成結(jié)，所述半導(dǎo)體襯底在所述結(jié)周圍的區(qū)域是耗盡 型襯底區(qū)，其中所述檢測(cè)區(qū)是環(huán)形的并且在注入接觸區(qū)周圍延伸，第一傳導(dǎo)類型的電場(chǎng)成 形區(qū)具有比在所述檢測(cè)區(qū)周圍側(cè)向延伸的半導(dǎo)體襯底更高的摻雜物濃度。
13.如權(quán)利要求12所述的光子混合器，其特征在于，所述注入接觸區(qū)包括與摻雜物濃 度高于所述半導(dǎo)體襯底摻雜物濃度的第一傳導(dǎo)類型的電場(chǎng)成形區(qū)的界面，所述電場(chǎng)成形區(qū) 被設(shè)計(jì)成側(cè)向約束所述耗盡型襯底區(qū)。
14.如權(quán)利要求1、12或13所述的光子混合器，其特征在于，所述注入接觸區(qū)包括與摻 雜物濃度高于所述半導(dǎo)體襯底摻雜物濃度的第一傳導(dǎo)類型的電場(chǎng)成形區(qū)的界面，所述電場(chǎng) 成形區(qū)比在所述檢測(cè)區(qū)周圍側(cè)向延伸的電場(chǎng)成形區(qū)顯著更深地伸入所述半導(dǎo)體襯底。
15.如權(quán)利要求12-14的任一項(xiàng)所述的光子混合器，其特征在于，所述半導(dǎo)體襯底包括 具有第一側(cè)和相對(duì)的第二側(cè)的有源層，其中所述檢測(cè)區(qū)和所述注入接觸區(qū)位于所述第一側(cè) 而用于聚集所述多數(shù)載流子電流的接觸位于所述有源區(qū)的相對(duì)的第二側(cè)。
16.一種設(shè)有半導(dǎo)體襯底的光子混合器，所述半導(dǎo)體襯底具有電場(chǎng)區(qū)以及用于在半導(dǎo) 體襯底中產(chǎn)生多數(shù)載流子電流以及關(guān)聯(lián)電場(chǎng)的裝置，所述半導(dǎo)體襯底摻雜有第一傳導(dǎo)類型 從而當(dāng)電磁輻射在所述電場(chǎng)區(qū)中碰撞襯底時(shí)，在襯底中產(chǎn)生多對(duì)多數(shù)和少數(shù)載流子，從而 導(dǎo)致少數(shù)載流子的光電流，所述襯底包括由用于將多數(shù)載流子電流注入半導(dǎo)體襯底的注入 接觸區(qū)以及用于聚集光電流的檢測(cè)區(qū)構(gòu)成的耦合，所述注入接觸區(qū)摻雜有比半導(dǎo)體襯底更 高摻雜物濃度的第一傳導(dǎo)類型摻雜物，而所述檢測(cè)區(qū)摻雜有與第一傳導(dǎo)類型相反的第二傳 導(dǎo)類型的摻雜物并與所述半導(dǎo)體襯底形成結(jié)，所述半導(dǎo)體襯底在所述結(jié)周圍的區(qū)域是耗盡 型襯底區(qū)，其中所述檢測(cè)區(qū)和所述注入接觸區(qū)位于所述第一側(cè)而用于聚集多數(shù)載流子電流 的接觸位于所述有源層的相對(duì)的第二側(cè)。
17.根據(jù)前面權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的光子混合器用于飛行時(shí)間尋距應(yīng)用。
18.一種用于測(cè)量物體距離、尤其用于飛行時(shí)間(TOF)應(yīng)用的系統(tǒng)，包括 發(fā)射以調(diào)制頻率調(diào)制的電磁輻射的至少一個(gè)發(fā)射器；用于檢測(cè)所述發(fā)出并任選地反射的經(jīng)調(diào)制電磁波并就地將得到的光電流與以調(diào)制頻 率振蕩的所施加信號(hào)混合的光子混合器，所述光子混合器提供代表所檢測(cè)輻射的時(shí)延的輸 出信號(hào)，其中存在如權(quán)利要求1-16的任一項(xiàng)所述的光子混合器。
全文摘要
光子混合器包括由用于將多數(shù)載流子電流注入半導(dǎo)體襯底(1)的注入接觸區(qū)(3、4)以及用于聚集光電流的檢測(cè)區(qū)(7、8)構(gòu)成的耦合。注入接觸區(qū)(3、4)摻雜有比半導(dǎo)體襯底(1)更高摻雜物濃度的第一傳導(dǎo)類型(P+)的摻雜物。檢測(cè)區(qū)(7、8)摻雜有與第一傳導(dǎo)類型相反的第二傳導(dǎo)類型(n+)的摻雜物并與半導(dǎo)體襯底(1)形成結(jié)(11、12)，半導(dǎo)體襯底(1)在所述結(jié)(11、12)周圍的區(qū)域是耗盡型襯底區(qū)(101、102)。所述耦合還包括界定耦合的側(cè)向邊緣并具有比半導(dǎo)體襯底(1)摻雜物濃度更高的摻雜物濃度的第一傳導(dǎo)類型(P-)的電場(chǎng)成形區(qū)(13、14)，其濃度例如在半導(dǎo)體襯底(1)和注入接觸區(qū)(3、4)的摻雜物濃度之間，所述電場(chǎng)成形區(qū)(13、14)被設(shè)計(jì)成側(cè)向地約束所述耗盡型襯底區(qū)(101、102)。
文檔編號(hào)H01L27/144GK102044547SQ20101013498
公開日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2010年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月14日
發(fā)明者D·范紐溫霍夫, M·奎吉克, W·范德坦普爾 申請(qǐng)人:布魯塞爾自由大學(xué), 歐譜特瑪股份有限公司