具有光电检测器器件的移动设备制造技术

本申请公开了具有光电检测器器件的移动设备。提供了一种移动设备，包括：外壳，具有外部区域和内部区域；激光设备，在空间上设置在所述外壳的感测部分上；以及用于光电检测器设备的电路。所述电路包括：第一端子；第二端子；硅(Si)衬底；多个v形凹槽；成核层，包括砷化镓材料以涂覆所述硅衬底的表面区域；缓冲材料，包括多个纳米线、第一过渡区域和第二过渡区域；光电检测器的阵列，所述阵列的特征在于N和M个像素元素。所述光电检测器中的每一个包括：n型材料，包括InP材料，所述InP材料包括上覆于所述缓冲材料的硅杂质；吸收材料；p型材料；第一电极；第二电极；照明区域。照明区域。照明区域。

【技术实现步骤摘要】
具有光电检测器器件的移动设备


[0001]本申请涉及具有光电检测器器件的移动设备。

技术介绍

[0002]多年来，电子设备已经激增。由Apple公司设计和销售的iPhone 12到Amazon.com公司用于销售几乎所有类型商品的先进网络，电子设备几乎已进入我们日常生活的方方面面。这些设备依赖于由半导体材料(通常是硅(“Si”))制成的微型芯片。这些硅材料还用于制造可以捕捉物体或场景的图像的光电检测器器件。硅被广泛使用是因为它是一种丰富的材料，并且由于对电子行业的投资，硅基半导体制造已经成熟。一种常见的技术工艺称为互补金属氧化物半导体，或“CMOS”。CMOS技术是为制造集成电路而开发的，但现在用于图像传感器。这种图像传感器称为CMOS图像传感器。通常，此类CMOS图像传感器是使用12英寸硅晶片大批量制造的。
[0003]尽管CMOS图像传感器取得了进步，但仍存在限制或缺点。例如，CMOS图像传感器在可检测波长范围内具有局限性。此外，这样的CMOS图像传感器在可检测波长范围内的较长波长下灵敏度较差。这些和其他限制也可能存在。
[0004]综上所述，期望工业开发改进的感测器件。

技术实现思路

[0005]本申请总体上涉及电子器件。更具体地，本申请提供与用于移动应用的光电子器件相关的技术，例如但不限于在硅上使用化合物半导体(“CS”)材料的异质外延的光电检测器和光电检测器阵列电路。仅作为示例，本申请可以应用于各种应用，包括图像感测、测距(包括LIDAR(光检测和测距))等，但是应该认识到存在许多其他应用。
[0006]根据一个实施例，本申请提供了一种被配置有LIDAR功能的移动设备。该移动设备可以被配置用于虚拟现实(VR)、移动电话、智能手机、平板电脑、膝上型电脑、智能手表、电子阅读器、手持游戏控制台或其他移动计算设备。移动设备可以具有带有外部区域和内部区域的外壳。内部区域包括显示部分、感测部分、和检测部分。
[0007]移动设备的感测部分可以耦合到激光器器件(或激光器阵列)，该激光器器件被配置为发射电磁辐射。该激光器可以在空间上设置在外壳的感测部分上，以包括被配置在外壳的外部区域的感测部分上的孔。电磁辐射发射可以具有在850nm到1550nm之间的波长范围。激光器器件可以是VCSEL(垂直腔面发射激光器)阵列器件、EEL(边缘发射激光器)器件、耦合到反射镜器件的激光器器件等。
[0008]移动设备的检测部分可以耦合到图像传感器器件，该图像传感器器件被配置为检测光子并将它们转换为电信号。该图像传感器可以在空间上被设置为包括被配置在外壳的外部区域的检测部分上的孔。图像传感器可以耦合到逻辑/读出电路，并且激光器可以耦合到激光器驱动器。这些器件可以被配置在同一个集成电路设备内。
[0009]移动设备还可以包括耦合在外壳的内部区域内的分类器模块。在示例中，分类器
模块可以耦合到逻辑/读出电路以进一步处理由图像传感器收集的数据。该分类器模块可以包括一个或多个类别的分类，包括：速度感测、图像感测、面部识别、距离感测、声学感测、热感测、颜色感测、生物感测(即，经由生物传感器)、重力感测、机械运动感测或其他类似的感测类型。
[0010]在特定实施例中，图像传感器包括光电检测器器件，该光电检测器器件包括第一端子和第二端子等。光电检测器器件包括具有表面区域的Si衬底。该器件具有缓冲材料，该缓冲材料包括CS材料，该CS材料使用直接异质外延沉积在Si衬底的表面区域上，使得CS材料的特征在于第一带隙特性、第一热特性、第一极性和第一晶体特性，并且Si衬底具有第二带隙特性、第二热特性、第二极性和第二晶体特性。该设备具有光电检测器的阵列，该阵列的特征在于N
×
M个像素元素，其中N是大于7的整数，M是大于0的整数。
[0011]在一个实施例中，每个像素元素具有各种特征。在一个实施例中，每个像素元素具有从0.3微米到50微米范围内的特征长度。在一个实施例中，每个像素元素具有从0.3微米到50微米范围内的优选特征长度。在一个实施例中，每个光电检测器包括：n型材料，该n型材料包括磷化铟(InP)材料，该InP材料包括浓度在3
×
10
17
cm
‑3至8
×
10
18
cm
‑3范围内的Si杂质；上覆于n型材料上的吸收材料，该吸收材料包括含砷化铟镓(InGaAs)材料，该吸收材料基本上不含杂质；上覆于吸收材料上的p型材料，该p型材料包含浓度在3
×
10
17
cm
‑3至5
×
10
18
cm
‑3范围内的锌杂质或铍杂质；第一电极，耦合到n型材料并耦合到第一端子；以及第二电极，耦合到p型材料并耦合到第二端子以限定双端子器件。该器件具有照明区域，该照明区域的特征在于孔区域，以允许多个光子与CS材料相互作用并被吸收材料的一部分吸收，以生成移动电荷载流子，该移动电荷载流子在第一端子和第二端子之间产生电流。
[0012]实现了优于常规技术的益处或优点。基于通过直接或选择性异质外延而在Si上异质外延CS材料和器件结构的集成平台能够大批量制造用于移动应用的光电器件，例如图像传感器和激光器阵列。使用本技术制造的这些器件可以表现出改进的可检测波长范围、更高的灵敏度和其他相关的性能指标。这些和其他益处或优点在整个本说明书中进行了描述，并且在下文中更具体地进行了描述。
[0013]可以通过参考说明书的后半部分和附图来实现对本申请的本质和优点的进一步理解。
附图说明
[0014]图1A是根据本申请的示例的具有集成的图像感测的移动设备的俯视图的简化图；
[0015]图1B是图1A所示的移动设备的示例图像传感器阵列芯片的透视图的简化图；
[0016]图1C是图1A所示的移动设备的示例激光器芯片的透视图的简化图；
[0017]图1D是图1A所示的移动设备的示例激光器芯片的透视图的简化图；
[0018]图1E是根据本申请的示例的具有集成图像感测的移动设备的前视图的简化图；
[0019]图1F是根据本申请的示例的具有集成图像感测的移动设备的后视图的简化图；
[0020]图1G是根据本申请的示例的LIDAR系统的简化框图；
[0021]图2A是根据本申请的示例的电路设备的简化图，其中该电路设备包括的光电检测器阵列电路被耦合到读出电路；
[0022]图2B是图2A所示的光电检测器阵列电路被耦合到读出电路的简化电路图；
[0023]图3是根据本申请的示例的光电检测器电路设备的简化图；
[0024]图4是根据本申请的示例的设备的简化图，该设备包括在Si衬底上通过异质外延实现的CS缓冲材料、CS器件材料、p掺杂区域、隔离沟槽、平面膜、金属接触件、过孔、过孔中的金属和沟槽中的顶部金属；
[0025]图5是根据本申请的示例的在Si衬底上通过选择性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种移动设备，其特征在于所述移动设备包括：外壳，具有内部区域和外部区域，所述内部区域具有显示部分、感测部分以及检测部分；激光器器件，在空间上设置在所述外壳的感测部分上，以包括被配置在所述外壳的感测部分上的孔；以及用于光电检测器器件的电路，所述电路包括：第一端子；第二端子；硅衬底，包括表面区域；多个v形凹槽，所述v形凹槽中的每一个暴露所述硅衬底的晶面；成核层，包括砷化镓材料以涂覆所述硅衬底的表面区域；缓冲材料，包括多个纳米线、第一过渡区域和第二过渡区域，所述多个纳米线上覆于所述多个v形凹槽中的各v形凹槽上并沿着各v形凹槽的长度延伸，所述第一过渡区域从所述多个纳米线中的各纳米线延伸，并且所述第二过渡区域的特征在于砷化镓化合物半导体材料的晶面生长；光电检测器的阵列，所述阵列的特征在于N
×
M个像素元素，所述光电检测器中的每一个包括：n型材料，包括上覆于所述缓冲材料上的InP材料，所述InP材料包括硅杂质；吸收材料，上覆于所述n型材料上，所述吸收材料包括含InGaAs材料，所述吸收材料不含杂质；p型材料，上覆于所述吸收材料上，所述p型材料包括锌杂质或铍杂质；第一电极，耦合到所述n型材料并耦合到所述第一端子；第二电极，耦合到所述p型材料并耦合到所述第二端子以限定双端子器件；照明区域，其特征在于孔区域，以允许多个光子与所述化合物半导体材料相互作用并被所述吸收材料的一部分吸收，以生成移动电荷载流子，所述移动电荷载流子在所述第一端子和所述第二端子之间产生电流。2.根据权利要求1所述的移动设备，其中，所述缓冲材料还包括含砷化镓材料、含磷化铟过渡区域以及界面区域，所述界面区域包括俘获层，所述俘获层包括砷化铟镓和磷化铟，该界面区域上覆于所述含砷化镓材料和含磷化铟过渡区域上。3.根据权利要求1所述的移动设备，还包括耦合在所述外壳的内部区域内的分类器模块。4.根据权利要求1所述的移动设备，其中，所述照明区域不含所述硅衬底的任何部分。5.根据权利要求1所述的移动设备，其中，所述激光器器件包括耦合到反射镜器件的激光器器件或VCSEL阵列器件。6.根据权利要求1所述的移动设备，还包括上覆于所述照明区域上的滤色器和上覆于所述滤色器上的透镜。7.根据权利要求1所述的移动设备，其中，所述化合物半导体材料包括InP、InGaAs、GaAs、GaP、I...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔纳森，
申请(专利权)人：艾鲁玛公司，
类型：新型
国别省市：