【技术实现步骤摘要】
本申请涉及半导体领域，具体涉及一种雪崩二极管控制器件。
技术介绍
1、雪崩二极管是一种能够实现光电转换的半导体元器件。雪崩二极管包括雪崩光电二极管(apd，avalanche photodiode)和单光子雪崩二极管(spad，single photonavalanche diode)。雪崩二极管具有灵敏度高、时间精度高、易于数字化等优点，被广泛应用于激光雷达、光通信等领域。
2、在雪崩二极管的制造过程中，在单晶硅衬底上通过不同工艺定义了不同区域，例如，光吸收区、隔离区等，从而形成了spad，如图2所示。雪崩二极管的工作原理为：当施加于雪崩二极管的反向偏置电压大于雪崩电压vbd时，光吸收区吸收光信号产生的电子在反向偏置电压的作用下发生雪崩，反向电流突增，可以实现对光信号的迅速放大。spad是一个被反向偏置的pn结，当施加于其的偏置电压的大小为在雪崩电压vbd基础上再叠加一个过载电压vex时，这个pn结将会工作于盖革(geiger)模式。
3、spad的负极在工作过程中接高电位，正极在工作过程中接低电位。spad可在状态1、状态2和状态3三个工作状态之间切换。状态1是加了偏置电压后，spad进入off状态。状态2是当该状态受到光生载流子触发(trigger)后产生雪崩击穿，spad进入大电流的on状态。当电流增大至spad工作于盖革模式时，光增益为无限大。该无限大的增益是由半导体内的碰撞离化现象(impact ionization)所产生的。该现象所产生的大电流虽然叫做击穿，但是由于大量的电子并不会破坏晶体
4、在现有的雪崩二极管控制电路中，雪崩二极管可与信号检出电路连接，信号检出电路可用于检测光信号。然而，在通过所述信号检出电路检测光信号的过程中，雪崩二极管的雪崩电压vbd的不均一性将会影响信号检出电路的工作性能。
5、具体地，由于工艺制造的偏差，在一个设置了多个雪崩二极管的雪崩二极管阵列中，各个雪崩二极管处的雪崩电压vbd存在不均一性。雪崩二极管雪崩时产生的电信号会将这种不均一性传输至连接于雪崩二极管阵列的信号检出电路，使得雪崩二极管阵列输出的信号波动范围较大，这将影响信号检测的准确性。
6、针对上述技术问题，需要一种优化的雪崩二极管信号传输方案，以降低甚至消除雪崩二极管的雪崩电压的不均一性对信号检测准确性的影响。
技术实现思路
1、本申请的一优势在于提供了一种雪崩二极管控制器件，其中，所述雪崩二极管控制器件能够通过其直流滤波结构对其雪崩二极管结构输出的信号进行过滤处理，进而能够控制由多个雪崩二极管控制器件形成的雪崩二极管控制器件阵列输出的信号波动范围。
2、本申请的另一优势在于提供了一种雪崩二极管控制器件，其中，所述雪崩二极管控制器件可降低甚至消除雪崩二极管的雪崩电压的不均一性对信号检测准确性的影响。
3、本申请的又一优势在于提供了一种雪崩二极管控制器件，其中，所述雪崩二极管控制器件从电路设计维度来降低甚至消除雪崩二极管的雪崩电压的不均一性对信号检测准确性的影响，且将能够用于降低甚至消除雪崩二极管的雪崩电压的不均一性的电路设计结构集成于雪崩二极管结构，形成雪崩二极管控制器件，相应地，所述雪崩二极管控制器件中雪崩二极管结构与其他多个部件之间形成雪崩二极管控制电路，本申请通过结构集成的方式可以提高雪崩二极管控制电路的可靠性，同时，降低雪崩二极管控制电路的制造难度和整体体积。
4、本申请的又一优势在于提供了一种雪崩二极管控制器件，其中，所述雪崩二极管控制器件基本不改变雪崩二极管的原本结构，在雪崩二极管的原本结构上集成其他部件，这样，在所述雪崩二极管控制器件的制造过程中可沿用传统的雪崩二极管制造设备和成熟的雪崩二极管制造工艺，尽可能地缩减所述雪崩二极管器件的制造成本。
5、根据本申请的一个方面，提供了一种雪崩二极管控制器件，其包括：雪崩二极管结构，包括二极管主体区域和形成于所述二极管主体区域外围的隔离区域，所述二极管主体区域包括pn结、形成于所述pn结周围的光吸收区和邻近于所述光吸收区的载流子收集结构；以及集成于所述雪崩二极管结构的直流滤波结构。
6、在根据本申请所述的雪崩二极管控制器件中，所述直流滤波结构包括至少一电容结构。
7、在根据本申请所述的雪崩二极管控制器件中，所述雪崩二极管控制器件包括电容一部，所述电容一部形成于所述雪崩二极管结构上，所述电容一部和所述雪崩二极管结构的至少部分共同形成所述电容结构。
8、在根据本申请所述的雪崩二极管控制器件中，所述pn结包括第一导电型半导体和第二导电型半导体，所述电容一部包括第一电容极板和设置于所述第一电容极板与所述第一导电型半导体之间的绝缘层。
9、在根据本申请所述的雪崩二极管控制器件中，所述雪崩二极管结构具有相对的二极管上表面和二极管下表面，所述电容一部形成于所述二极管上表面，所述第一导电型半导体的上表面形成局部所述二极管上表面。
10、在根据本申请所述的雪崩二极管控制器件中，所述雪崩二极管结构具有相对的二极管上表面和二极管下表面，所述雪崩二极管结构具有从所述二极管上表面向下凹陷的凹槽，所述电容一部至少部分位于所述凹槽内。
11、在根据本申请所述的雪崩二极管控制器件中，所述电容结构为金属-氧化物-金属电容结构，包括连接于所述雪崩二极管结构的多层第一电容极板和延伸于多层所述第一电容极板之间的第一电连接导通结构，以及，连接于所述雪崩二极管结构的多层第二电容极板和延伸于多层所述第二电容极板之间的第二电连接导通结构。
12、在根据本申请所述的雪崩二极管控制器件中，所述雪崩二极管控制器件进一步包括集成于所述雪崩二极管结构的淬灭复位结构。
13、在根据本申请所述的雪崩二极管控制器件中，所述淬灭复位结构包括电阻结构。
14、在根据本申请所述的雪崩二极管控制器件中，所述雪崩二极管结构具有相对的二极管上表面和二极管下表面，所述电阻结构形成于所述雪崩二极管结构的表面。
15、在根据本申请所述的雪崩二极管控制器件中，所述电阻结构埋设于所述雪崩二极管结构内。
16、在根据本申请所述的雪崩二极管控制器件中，所述雪崩二极管控制器件包括形成于所述雪崩二极管结构的电容一部，所述电容一部和所述雪崩二极管结构的至少部分共同形成第一电容结构，所述电容一部和所述电阻结构共同形成第二电容结构。
17、在根据本申请所述的雪崩二极管控制器件中，所述pn结包括第一导电型半导体和第二导电型半导体，所述第一导电型半导体的上表面形成所述雪崩二极管结构的二极管上表面，所述雪崩二极管控制器件包括集成于所述雪崩二极管结构的暗电流控制结构，所述暗电流控制结构包括暗电流控制主体和暗电流接触结构，所述暗电流控制主体的掺杂类型与所述第一导电型半导体的掺杂类型不同本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种雪崩二极管控制器件，其特征在于，包括：雪崩二极管结构，包括二极管主体区域和形成于所述二极管主体区域外围的隔离区域，所述二极管主体区域包括PN结、形成于所述PN结周围的光吸收区和邻近于所述光吸收区的载流子收集结构；以及集成于所述雪崩二极管结构的直流滤波结构。
2.根据权利要求1所述的雪崩二极管控制器件，其中，所述直流滤波结构包括至少一电容结构。
3.根据权利要求2所述的雪崩二极管控制器件，其中，所述雪崩二极管控制器件包括电容一部，所述电容一部形成于所述雪崩二极管结构上，所述电容一部和所述雪崩二极管结构的至少部分共同形成所述电容结构。
4.根据权利要求3所述的雪崩二极管控制器件，其中，所述PN结包括第一导电型半导体和第二导电型半导体，所述电容一部包括第一电容极板和设置于所述第一电容极板与所述第一导电型半导体之间的绝缘层。
5.根据权利要求4所述的雪崩二极管控制器件，其中，所述雪崩二极管结构具有相对的二极管上表面和二极管下表面，所述电容一部形成于所述二极管上表面，所述第一导电型半导体的上表面形成局部所述二极管上表面。
7.根据权利要求2所述的雪崩二极管控制器件，其中，所述电容结构为金属-氧化物-金属电容结构，包括连接于所述雪崩二极管结构的多层第一电容极板和延伸于多层所述第一电容极板之间的第一电连接导通结构，以及，连接于所述雪崩二极管结构的多层第二电容极板和延伸于多层所述第二电容极板之间的第二电连接导通结构。
8.根据权利要求2所述的雪崩二极管控制器件，其中，所述雪崩二极管控制器件进一步包括集成于所述雪崩二极管结构的淬灭复位结构。
9.根据权利要求8所述的雪崩二极管控制器件，其中，所述淬灭复位结构包括电阻结构。
10.根据权利要求9所述的雪崩二极管控制器件，其中，所述雪崩二极管结构具有相对的二极管上表面和二极管下表面，所述电阻结构形成于所述雪崩二极管结构的表面。
11.根据权利要求9所述的雪崩二极管控制器件，其中，所述电阻结构埋设于所述雪崩二极管结构内。
12.根据权利要求9所述的雪崩二极管控制器件，其中，所述雪崩二极管控制器件包括形成于所述雪崩二极管结构的电容一部，所述电容一部和所述雪崩二极管结构的至少部分共同形成第一电容结构，所述电容一部和所述电阻结构共同形成第二电容结构。
13.根据权利要求1所述的雪崩二极管控制器件，其中，所述PN结包括第一导电型半导体和第二导电型半导体，所述第一导电型半导体的上表面形成所述雪崩二极管结构的二极管上表面，所述雪崩二极管控制器件包括集成于所述雪崩二极管结构的暗电流控制结构，所述暗电流控制结构包括暗电流控制主体和暗电流接触结构，所述暗电流控制主体的掺杂类型与所述第一导电型半导体的掺杂类型不同。
14.根据权利要求1所述的雪崩二极管控制器件，其中，所述雪崩二极管控制器件包括集成于所述雪崩二极管结构的微透镜。
15.根据权利要求1所述的雪崩二极管控制器件，其中，所述隔离区域包括电学隔离区域和光学隔离区域，所述电学隔离区域由绝缘材料制成，所述光学隔离区域由吸光材料或反光材料制成。
...【技术特征摘要】
1.一种雪崩二极管控制器件，其特征在于，包括：雪崩二极管结构，包括二极管主体区域和形成于所述二极管主体区域外围的隔离区域，所述二极管主体区域包括pn结、形成于所述pn结周围的光吸收区和邻近于所述光吸收区的载流子收集结构；以及集成于所述雪崩二极管结构的直流滤波结构。
2.根据权利要求1所述的雪崩二极管控制器件，其中，所述直流滤波结构包括至少一电容结构。
3.根据权利要求2所述的雪崩二极管控制器件，其中，所述雪崩二极管控制器件包括电容一部，所述电容一部形成于所述雪崩二极管结构上，所述电容一部和所述雪崩二极管结构的至少部分共同形成所述电容结构。
4.根据权利要求3所述的雪崩二极管控制器件，其中，所述pn结包括第一导电型半导体和第二导电型半导体，所述电容一部包括第一电容极板和设置于所述第一电容极板与所述第一导电型半导体之间的绝缘层。
5.根据权利要求4所述的雪崩二极管控制器件，其中，所述雪崩二极管结构具有相对的二极管上表面和二极管下表面，所述电容一部形成于所述二极管上表面，所述第一导电型半导体的上表面形成局部所述二极管上表面。
6.根据权利要求4所述的雪崩二极管控制器件，其中，所述雪崩二极管结构具有相对的二极管上表面和二极管下表面，所述雪崩二极管结构具有从所述二极管上表面向下凹陷的凹槽，所述电容一部至少部分位于所述凹槽内。
7.根据权利要求2所述的雪崩二极管控制器件，其中，所述电容结构为金属-氧化物-金属电容结构，包括连接于所述雪崩二极管结构的多层第一电容极板和延伸于多层所述第一电容极板之间的第一电连接导通结构，以及，连接于所述雪崩二极管结构的多层第二电容极板和延伸于多层所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭晨浩，岳越，
申请(专利权)人：浙桂杭州半导体科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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