基于SPAD的光电探测器的改进的制作方法

技术特征：
1.一种集成的进行光电探测的光电半导体部件(100)，所述部件被配置为传送输出信号so，所述输出信号so指示照射所述部件(100)的光(l)的强度，以及所述部件(100)包括基于spad的主探测装置(102)，所述主探测装置(102)被配置为探测进入的光子并基于所探测的光子传送所述输出信号so，所述部件(100)的特征在于：-基于spad的参考探测装置(104)：v)靠近所述主探测装置(102)；vi)具有与所述主探测装置(102)相同的电光行为；vii)被配置为探测进入的光子并基于所探测的光子传送至少一个参考信号sr；以及viii)具有用于进入的光子的进光口(128b)，-覆盖所述参考探测装置的所述进光口(128b)的中性灰度滤光装置(106)；以及-控制器(108)，被配置为：iv)基于由所述参考探测装置(104)传送的所述至少一个参考信号sr和所述中性灰度滤光装置(106)的已知光学性质，确定标称输出信号sn；v)将所述标称输出信号sn与所述主探测装置(102)传送的所述输出信号so进行比较；以及vi)如果所述输出信号so与所述标称输出信号sn不同，则调整所述主探测装置(102)和所述参考探测装置(104)的至少一个操作参数。2.根据权利要求1所述的部件(100)，其中，所述控制器(108)被配置为仅当所述输出信号so小于所述标称输出信号sn时才调整所述至少一个操作参数。3.根据前述权利要求中任一项所述的部件(100)，其中，上述步骤iii)包括所述控制器(108)调节，特别是减小施加到所述主探测装置(102)和所述参考探测装置(104)的每个spad(120a，120b)的反向偏置电压的大小。4.根据前述权利要求中任一项所述的部件(100)，其中，因为在所述主探测装置(102)和所述参考探测装置(104)中实施相同的spad结构，在所述主探测装置(102)和所述参考探测装置(104)中实现相同的电光行为。5.根据前述权利要求中任一项所述的部件(100)，其中，在上述步骤i)中，已知的光学性质是所述中性灰度滤光装置(106)的分数透射率t。6.根据权利要求5所述的部件(100)，其中，所述参考探测装置(104)被配置为传送单个参考信号sr，其中，所述中性灰度滤光装置(106)由单个中性灰度滤光器组成，并且其中，在上述步骤i)中，所述控制器(108)使用以下公式计算所述标称输出信号sn：sn＝sr/t。7.根据前述权利要求中任一项所述的部件(100)，其中，所述主探测装置(102)和所述参考探测装置(104)各自包括以下元件：-单个spad(120a，120b)，用于探测进入的光子；-凹部(122a，122b)，所述spad设置在所述凹部的底部；以及-读出电子器件(124a，124b)，用于处理由所述spad(120a，120b)传送的spad信号。8.根据前述权利要求中任一项所述的部件(100)，其中，所述主探测装置(102)和所述
参考探测装置(104)都集成到单个半导体封装(112)中。9.根据权利要求1至5中任一项所述的部件(200)，其中，所述部件包括spad阵列(a)，并且其中，所述spad阵列的第一部分(202)是所述主探测装置的一部分，所述spad阵列的剩余部分(204)是所述参考探测装置的一部分。10.根据权利要求9所述的部件(200)，其中，所述中性灰度滤光装置包括覆盖所述spad阵列的所述剩余部分(204)的单个中性灰度滤光器(206)。11.根据权利要求9所述的部件(250)，其中，所述中性灰度滤光装置包括覆盖所述spad阵列(a)的所述剩余部分(204.1，204.2)的至少两个单独的中性灰度滤光器(206.1，206.2)。12.根据权利要求11所述的部件(250)，其中，所述滤光器(206.1，206.2)具有相同的分数透射率t。13.根据权利要求11所述的部件(280)，其中，每个滤光器(206.1，206.2，206.3)具有一个不同的分数透射率t。14.一种用于光电探测的半导体雪崩光电二极管(100)，所述雪崩光电二极管(100)包括：-p-n结(106)，采取第一掺杂类型的第一浅非本征半导体层(114)的形式，所述第一浅非本征半导体层嵌入与所述第一掺杂类型相反的第二掺杂类型的第二井形非本征半导体层(116)中，-第一电触点(112)，用于电连接所述第一半导体层(114)；-第二电触点(110)，用于电连接所述第二半导体层(116)；-雪崩区(a)，位于两个所述半导体层(114、116)之间的界面处，所述雪崩区(a)适于在被待探测的光(m)触发时经历雪崩击穿，以及-介电隔离沟槽(124)，延伸到所述第二井形半导体层(116)中并围绕所述雪崩区(a)的外周，以防止雪崩光电二极管中的过早边缘击穿，其中，所述隔离沟槽(124)沿径向布置在所述第一电触点(112)和所述第二电触点(110)之间，其特征在于：-所述隔离沟槽(124)包括由介电材料制成的封套(132)和由介电封套包围的金属芯(134)；以及-所述隔离沟槽(124)的厚度(x)大于或等于所述第二井形半导体层(116)的厚度(d)的9/10，所述隔离沟槽因此在所述第二井形半导体层内形成深沟槽隔离。15.根据权利要求14所述的光电二极管(100)，其中，所述光电二极管是绝缘体上硅(soi)型。16.根据权利要求14或15所述的光电二极管(100)，其中，所述隔离沟槽(124)与所述第一浅半导体层(114)的外边界(136)直接横向接触。17.根据权利要求14至16中任一项所述的光电二极管(100)，其中，所述光电二极管没有任何防止边缘击穿的半导体保护环。18.根据权利要求14至17中任一项所述的光电二极管(100)，其中，所述金属芯(134)包括至少一个金属部件，特别是三个板状金属部件。
19.根据权利要求18所述的光电二极管(100)，其中，每个所述板状金属部件(134)的主纵轴(l)沿着光进入所述光电二极管的主方向(m)延伸。20.根据权利要求18或19所述的光电二极管(300)，其中，所述金属芯包括至少两个板状金属部件(334a、334b、334c)，并且其中，所述板状金属部件同心地布置在所述介电封套(332)内。21.根据权利要求18至20中任一项所述的光电二极管(300)，其中，所述金属芯包括至少两个板状金属部件(334a、334b、334c)，并且其中，每个板状金属部件与相邻的板状金属部件间隔开。22.根据权利要求21所述的光电二极管(300)，其中，所述板状金属部件(334a、334b、334c)之间的空间被所述介电封套(332)的介电材料占据。23.根据权利要求14至22中任一项所述的光电二极管(100)，其中，所述金属芯(134)由钨，镍，钛，钨硅化物，镍硅化物，或钛硅化物制成。24.根据权利要求14至23中任一项所述的光电二极管(100)，其中，所述介电封套(132)由二氧化硅制成。25.根据权利要求14至24中任一项所述的光电二极管(100)，其中，所述隔离沟槽(124)的宽度(w)的至少2/5被所述介电封套(132)占据。26.根据权利要求14至25中任一项所述的光电二极管(200)，包括位于所述光电二极管的外缘上的附加的外部介电隔离沟槽(240)。27.根据权利要求26所述的光电二极管(200)，其中，所述外部隔离沟槽(240)的厚度等于所述第二井形半导体层(216)的厚度(d)。28.根据权利要求14至27中任一项所述的光电二极管(100)，其中，所述金属芯(134)与所述光电二极管的剩余部分电绝缘。29.根据权利要求14至28中任一项所述的光电二极管(100)，其中，所述光电二极管是背照式的。30.根据权利要求14至29中任一项所述的光电二极管(200)，还包括嵌入在所述第一浅非本征半导体层(214)中的富集层(238)。31.根据权利要求30所述的光电二极管(200)，其中，所述富集层(238)的外周径向地接触所述介电隔离沟槽(224)的介电封套(232)的内周。32.根据权利要求30或31所述的光电二极管(200)，其中，所述富集层(238)的厚度与所述第一浅非本征半导体层(214)的厚度相同。33.一种光学传感器(500)，包括根据权利要求14至32中任一项所述的光电二极管(300)和ic芯片(400)的集成组件，所述ic芯片(400)包括用于控制和读出所述光电二极管的电子电路(402)。34.一种光学探测器，例如硅光电倍增管，包括根据权利要求14至33中任一项所述的光电二极管(100)的阵列。

技术总结
一种集成的进行光电探测的光电半导体部件(100)，该部件被配置用于传送输出信号(So)，该输出信号指示照射部件(100)的光(L)的强度，并且该部件(100)包括基于SPAD的主探测装置(102)，被配置为探测进入的光子并基于所探测的光子传送输出信号(So)，该部件(100)还包括：-基于SPAD的参考探测装置(104)：ix)靠近主探测装置(102)；x)具有与主探测装置(102)相同的电光行为；xi)被配置为探测进入的光子，并基于所探测的光子传送至少一个参考信号(Sr)；以及xii)具有用于进入的光子的进光口(128b)，-覆盖参考探测装置的进光口(128b)的中性灰度滤光装置(106)；以及-控制器(108)，被配置为：vii)基于由参考探测装置(104)传送的至少一个参考信号(Sr)和中性灰度滤光装置(106)的已知光学性质确定标称输出信号(Sn)；viii)将标称输出信号(Sn)与主探测装置(102)传送的输出信号(So)进行比较；并且ix)如果输出信号(So)与标称输出信号(Sn)不同，则调整主探测装置(102)和参考探测装置(104)的至少一个操作参数。数。数。


技术研发人员：马西莫
受保护的技术使用者：艾迈斯-欧司朗国际有限责任公司
技术研发日：2021.02.05
技术公布日：2022/9/14