BR102017020861B1

BR102017020861B1 - Aparelho de foto-detecção e corpo móvel compreendendo o aparelho de foto-detecção

Info

Publication number: BR102017020861B1
Application number: BR102017020861-3A
Authority: BR
Inventors: Kazuhiro Morimoto; Mahito Shinohara
Original assignee: Canon Kabushiki Kaisha
Priority date: 2016-10-13
Filing date: 2017-09-28
Publication date: 2023-12-26
Also published as: CN114649430A; US11984525B2; JP2024012455A; RU2686396C2; JP2018064086A; JP2020115575A; JP6701135B2; US20240072193A1; BR102017020861A2; RU2017134787A3; JP7379606B2; JP7114647B2; US20220085227A1; JP2022161909A; CN114649431A; RU2017134787A

Abstract

um aparelho em que, em vista de cima, uma primeira região de semicondutor de um primeiro tipo de condutividade sobrepõe pelo menos uma porção de uma terceira região de semicondutor, uma segunda região de semicondutor sobrepõe pelo menos uma porção de uma quarta região de semicondutor de um segundo tipo de condutividade, uma altura de um potencial da terceira região de semicondutor com relação a uma carga elétrica do primeiro tipo de condutividade é mais baixa que aquela da quarta região de semicondutor, e uma diferença entre uma altura de um potencial da primeira região de semicondutor e aquela da terceira região de semicondutor é maior que uma diferença entre uma altura de um potencial da segunda região de semicondutor e aquela da quarta região de semicondutor.

Description

FUNDAMENTO DA INVENÇÃO Campo da Invenção

[0001] O aspecto das concretizações relaciona-se a um aparelho de foto-detecção e um sistema de foto-detecção que executam conversão fotoelétrica.

Descrição da Técnica Relacionada

[0002] Um aparelho de foto-detecção capaz de detectar luz fraca a um nível de único fóton usando dobra de avalanche (avalanche de elétrons) foi conhecido convencionalmente.

[0003] Na especificação da Patente US No. 9.209.336, um diodo de avalanche de único fóton (SPAD) no qual um foto-portador se originando de um único fóton causa amplificação de avalanche em uma região de junção PN de uma região de semicondutor constituindo um conversor fotoelétrico é discutido.

[0004] No SPAD discutido na especificação da Patente US No. 9.209.336, uma região de semicondutor de tipo P de uma alta concentração de impureza está disposta sobre a superfície de um substrato de semicondutor e uma região de semicondutor de tipo N está disposta debaixo da região de semicondutor de tipo P. A região de semicondutor de tipo N está disposta para ser incluída em uma camada epitaxial de tipo N. A região de semicondutor de tipo P e a região de semicondutor de tipo N constituem uma junção PN e uma tensão de polarização inversa alta é aplicada à junção PN.

[0005] No SPAD discutido na especificação da Patente US No. 9.209.336, a região onde uma carga elétrica é detectada é uma região de junção PN. Um campo elétrico forte é gerado na região onde uma carga elétrica é detectada e assim, há uma possibilidade de um ser de efeito de túnel ser produzido na junção PN pelo campo elétrico forte. Uma carga elétrica gerada pelo efeito de túnel pode se tornar ruído sendo detectado como um pseudo-sinal na região onde uma carga elétrica é detectada. A carga elétrica gerada pelo efeito de túnel aumenta em proporção à área da região onde uma carga elétrica é detectada.

[0006] Por outro lado, se a área da região onde uma carga elétrica é detectada for diminuída, uma carga elétrica gerada pelo efeito de túnel pode ser suprimida. Porém, se a área da região onde uma carga elétrica é detectada for diminuída, há uma possibilidade de abaixar a eficiência de foto-detecção.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0007] De acordo com um aspecto das concretizações, um aparelho inclui um substrato de semicondutor tendo uma primeira superfície e uma segunda superfície oposta à primeira superfície, e uma unidade de pixel tendo uma pluralidade de pixels incluindo um diodo de avalanche disposto no substrato de semicondutor, em que o diodo de avalanche inclui uma primeira região de semicondutor de um primeiro tipo de condutividade disposta em uma primeira profundidade, uma segunda região de semicondutor disposta em contato com a primeira região de semicondutor, uma terceira região de semicondutor disposta em uma segunda profundidade mais funda que a primeira profundidade com relação à primeira superfície, uma quarta região de semicondutor de um segundo tipo de condutividade que é um tipo de condutividade oposta do primeiro tipo de condutividade, disposta em contato com a terceira região de semicondutor, e uma quinta região de semicondutor disposta em uma terceira profundidade mais funda que a segunda profundidade com relação à primeira superfície, e em que, em vista de cima, a primeira região de semicondutor sobrepõe pelo menos uma porção da terceira região de semicondutor, a segunda região de semicondutor sobrepõe pelo menos uma porção da quarta região de semicondutor, e a terceira região de semicondutor e a quarta região de semicondutor sobrepõem a quinta região de semicondutor, uma altura de um potencial da terceira região de semicondutor com relação a uma carga elétrica do primeiro tipo de condutividade é mais baixa do que uma altura de um potencial da quarta região de semicondutor com relação à carga elétrica do primeiro tipo de condutividade, e uma diferença entre uma altura de um potencial da primeira região de semicondutor com relação à carga elétrica do primeiro tipo de condutividade e a altura do potencial da terceira região de semicondutor com relação à carga elétrica do primeiro tipo de condutividade é maior do que uma diferença entre uma altura de um potencial da segunda região de semicondutor com relação à carga elétrica do primeiro tipo de condutividade e a altura do potencial da quarta região de semicondutor com relação à carga elétrica do primeiro tipo de condutividade.

[0008] Características adicionais da exposição se tornarão aparentes da descrição seguinte de concretizações exemplares com referência aos desenhos anexos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0009] Figura 1 é uma vista secional esquemática de um diodo de avalanche.

[0010] Figuras 2A e 2B são vistas de cima esquemáticas do diodo de avalanche.

[0011] Figura 3 é um gráfico de potencial do diodo de avalanche.

[0012] Figura 4 é um diagrama de bloco de um aparelho de foto-detecção.

[0013] Figura 5 é um diagrama de bloco de um pixel incluindo um circuito equivalente.

[0014] Figura 6 é uma vista secional esquemática do diodo de avalanche.

[0015] Figuras 7A a 7C são vistas de cima esquemáticas do diodo de avalanche.

[0016] Figuras 8A a 8D ilustram um método para fabricar o diodo de avalanche.

[0017] Figuras 9A e 9B são diagramas de circuito equivalente.

[0018] Figura 10 é uma vista secional esquemática do diodo de avalanche.

[0019] Figura 11 é uma vista secional esquemática do diodo de avalanche.

[0020] Figura 12 é uma vista secional esquemática do diodo de avalanche.

[0021] Figuras 13A e 13B são vistas de cima esquemáticas do diodo de avalanche.

[0022] Figura 14 é uma vista secional esquemática do diodo de avalanche.

[0023] Figuras 15A e 15B são vistas de cima esquemáticas do diodo de avalanche.

[0024] Figura 16 é uma vista secional esquemática do diodo de avalanche.

[0025] Figura 17 é um diagrama de bloco de um sistema de foto-detecção.

[0026] Figura 18 é um diagrama de bloco do sistema de foto-detecção.

[0027] Figuras 19A e 19B são diagramas de bloco do sistema de foto-detecção.

[0028] Figura 20 é uma vista de cima esquemática do diodo de avalanche.

DESCRIÇÃO DAS CONCRETIZAÇÕES

[0029] Várias concretizações, características, e aspectos exemplares da exposição serão descritos em detalhes abaixo com referência aos desenhos.

[0030] Um aparelho de foto-detecção de acordo com uma concretização exemplar será descrito com referência às Figuras 1 a 3. O aparelho de foto-detecção de acordo com a concretização exemplar presente tem um pixel incluindo um diodo de avalanche. O tipo de condutividade de uma carga elétrica usada como uma carga de sinal de um par de cargas elétricas geradas no diodo de avalanche é chamado um primeiro tipo de condutividade. O tipo de condutividade oposto do primeiro tipo de condutividade é chamado um segundo tipo de condutividade.

[0031] Figura 1 é uma vista secional esquemática de um diodo de avalanche de acordo com a concretização exemplar presente. O diodo de avalanche na concretização exemplar presente está disposto em um substrato de semicondutor 15. O substrato de semicondutor 15 tem uma primeira superfície e uma segunda superfície oposta à primeira superfície. Por exemplo, a primeira superfície é o lado dianteiro do substrato de semicondutor 15 e a segunda superfície é o lado traseiro do substrato de semicondutor 15. Na concretização exemplar presente, a direção de profundidade está definida como uma direção da primeira superfície para a segunda superfície. Um eletrodo de porta de um transistor e uma estrutura de interconexão de múltiplas camadas estão dispostos no lado dianteiro do substrato de semicondutor 15.

[0032] Na Figura 1, uma primeira região de semicondutor 71 do primeiro tipo de condutividade, uma segunda região de semicondutor 76, uma terceira região de semicondutor 74, uma quarta região de semicondutor 72 do segundo tipo de condutividade, e uma quinta região de semicondutor 75 estão dispostas em uma região cercada por uma porção de isolamento 16.

[0033] A primeira região de semicondutor 71 e a segunda região de semicondutor 76 estão dispostas em uma primeira profundidade X. A primeira região de semicondutor 71 e a segunda região de semicondutor 76 estão em contato. A segunda região de semicondutor 76 está disposta entre a primeira região de semicondutor 71 e a porção de isolamento 16. Aqui, a primeira região de semicondutor 71 e a segunda região de semicondutor 76 estando dispostas na primeira profundidade X significa que, por exemplo, a região da concentração de impureza implantada mais alta (pico) está disposta na primeira profundidade X. Porém, o pico não precisa necessariamente estar disposto na primeira profundidade X e erros de projeto ou erros de fabricação são permitidos.

[0034] A terceira região de semicondutor 74 e a quarta região de semicondutor 72 estão dispostas em uma segunda profundidade Y, mais funda que a primeira profundidade X com relação à primeira superfície. A terceira região de semicondutor 74 e a quarta região de semicondutor 72 estão em contato.

[0035] A primeira região de semicondutor 71 sobrepõe pelo menos uma porção da terceira região de semicondutor 74 e a segunda região de semicondutor 76 sobrepõe pelo menos uma porção da quarta região de semicondutor 72. A quarta região de semicondutor 72 está disposta entre a terceira região de semicondutor 74 e a porção de isolamento 16.

[0036] A quinta região de semicondutor 75 está disposta em uma terceira profundidade Z mais funda que a segunda profundidade Y com relação à primeira superfície. A terceira região de semicondutor 74 e a quarta região de semicondutor 72 sobrepõem a quinta região de semicondutor 75.

[0037] Figuras 2A e 2B são vistas de cima esquemáticas. Figura 2A ilustra uma vista de cima esquemática na primeira profundidade X e Figura 2B ilustra uma vista de cima esquemática na segunda profundidade Y.

[0038] Como ilustrado na Figura 2A, a primeira região de semicondutor 71 está incluída na segunda região de semicondutor 76 na primeira profundidade X. A segunda região de semicondutor 76 está incluída na porção de isolamento 16.

[0039] Como ilustrado na Figura 2B, a terceira região de semicondutor 74 está incluída na quarta região de semicondutor 72 na segunda profundidade Y. A quarta região de semicondutor 72 está incluída no porção de isolamento 16. Como é evidente das Figuras 1 a 2B, a primeira região de semicondutor 71 sobrepõe pelo menos uma porção da terceira região de semicondutor 74, e a terceira região de semicondutor 74 e a quarta região de semicondutor 72 sobrepõem a quinta região de semicondutor 75 em vista de cima. Ademais, a segunda região de semicondutor 76 sobrepõe pelo menos uma porção da quarta região de semicondutor 72.

[0040] Figura 3 ilustra um gráfico de potencial do diodo de avalanche. Figura 3 ilustra um exemplo de distribuições de potencial de um segmento de linha JK e um segmento de linha GH da vista secional ilustrada na Figura 1. Uma linha pontilhada 20 ilustra a distribuição de potencial do segmento de linha GH e uma linha sólida 21 ilustra a distribuição de potencial do segmento de linha JK. Aqui, o potencial visto de elétrons como uma carga de sinal é ilustrado. Se a carga de sinal for composta de buracos, a relação dos níveis do potencial é invertida.

[0041] Além disso, na Figura 3, as profundidades X, Y, Z e W correspondem a cada profundidade ilustrada na Figura 1 e a profundidade W é qualquer profundidade entre a profundidade Y e a profundidade Z.

[0042] O nível de potencial de um nível XH ilustra o nível de potencial da quarta região de semicondutor 72. O nível de potencial de um nível H ilustra o nível de potencial da terceira região de semicondutor 74. O nível de potencial de um nível M ilustra o nível de potencial da segunda região de semicondutor 76. O nível de potencial de um nível L ilustra o nível de potencial da primeira região de semicondutor 71. Aqui, o nível de potencial da segunda região de semicondutor 76 é assumido ser mais baixo que aquele da terceira região de semicondutor 74, mas a relação pode ser invertida.

[0043] A linha pontilhada 20 ilustra o nível de potencial entre o nível XH e o nível H na profundidade Z. Quando a profundidade alcança a profundidade W da profundidade Z, o potencial cai gradualmente. Então, quando a profundidade alcança a profundidade Y da profundidade W, o potencial sobe gradualmente para alcançar o nível XH na profundidade Y. Quando a profundidade alcança a profundidade X da profundidade Y, o potencial cai gradualmente. O potencial do nível M é alcançado na profundidade X.

[0044] A linha sólida 21 ilustra o nível de potencial entre o nível XH e o nível H na profundidade Z. O potencial cai gradualmente antes que a profundidade alcance a profundidade Y da profundidade Z. Quando a profundidade alcança a profundidade Y, o nível de potencial começa a cair abruptamente para alcançar o nível de potencial do nível H na profundidade Y. O nível de potencial cai abruptamente antes que a profundidade alcance a profundidade X da profundidade Y. Então, o nível de potencial alcança o nível L na profundidade X.

[0045] Os potenciais da linha pontilhada 20 e da linha sólida 21 têm quase o mesmo nível na profundidade Z e têm um gradiente de potencial caindo gradualmente para o lado da primeira superfície do substrato de semicondutor 15 na região indicada pelo segmento de linha GH e pelo segmento de linha JK. Assim, uma carga elétrica gerada no aparelho de foto-detecção se move para o lado da primeira superfície devido ao gradiente de potencial gradual.

[0046] Quando a profundidade alcança a profundidade Y da profundidade W, a linha sólida 21 tem um gradiente de potencial gradualmente cadente e uma carga elétrica se move para o lado da primeira superfície. Por outro lado, a linha pontilhada 20 forma um gradiente de potencial atuando como uma barreira de potencial para uma carga elétrica se movendo para a primeira superfície. A barreira de potencial (quarta região de semicondutor 72) inibe uma carga elétrica de se mover da quinta região de semicondutor 75 para a segunda região de semicondutor 76. Porque o potencial na direção para se mover do segmento de linha GH para o segmento de linha JK é mais baixo do que a barreira de potencial, da profundidade W para a profundidade Y, uma carga elétrica presente no segmento de linha GH pode se mover facilmente para a vizinhança do segmento de linha JK no curso de se mover para a primeira superfície.

[0047] Uma carga elétrica tendo se movido para a vizinhança da região indicada pelo segmento de linha JK é acelerada por um gradiente de potencial íngreme, quer dizer, um campo elétrico forte da profundidade Y para a profundidade X e a carga elétrica acelerada alcança a primeira região de semicondutor 71. Amplificação de avalanche é gerada na região da profundidade Y para a profundidade X. Na região indicada pelo segmento de linha GH, através de contraste, a distribuição de potencial é tal que um efeito avalanche não é gerado ou um efeito avalanche é menos provável ser gerado do que na região indicada pelo segmento de linha JK ou particularmente a região da profundidade Y para a profundidade X do segmento de linha JK. Como um exemplo de implementar uma tal estrutura, é adotar uma estrutura na qual a diferença entre o nível de potencial da primeira região de semicondutor 71 e aquela da terceira região de semicondutor 74 é maior do que a diferença entre o nível de potencial da segunda região de semicondutor 76 e aquela da quarta região de semicondutor 72.

[0048] Adotando uma tal estrutura de potencial, quando comparada com uma configuração convencional na qual um efeito avalanche ocorre ao longo do diodo de avalanche, uma carga de ruído gerada pelo efeito de túnel anterior pode ser reduzida. Além disso, de acordo com o diodo de avalanche na concretização exemplar presente, deterioração de sensibilidade não é causada. Isto é porque a estrutura de potencial é tal que uma carga de sinal presente em uma região da quinta região de semicondutor 75 sobrepondo a quarta região de semicondutor 72 pode se mover facilmente para a primeira região de semicondutor pela terceira região de semicondutor 74.

[0049] Mais especificamente, isto é porque o nível de potencial da terceira região de semicondutor 74 é mais baixo que aquele da quarta região de semicondutor 72. Quer dizer, a quarta região de semicondutor 72 funciona como uma barreira de potencial para uma carga de sinal presente na quinta região de semicondutor 75 e, como resultado, a carga elétrica pode se mover facilmente para a primeira região de semicondutor 71 pela terceira região de semicondutor 74.

[0050] Na Figura 3, a estrutura de potencial quando a terceira região de semicondutor 74 é uma região de semicondutor de tipo P é ilustrada, mas se a terceira região de semicondutor 74 for uma região de semicondutor de tipo N, a linha pontilhada 20 é ainda mais alta do que a linha sólida 21 à posição Y como o nível de potencial. Também, a estrutura de potencial quando a segunda região de semicondutor 76 é uma região de semicondutor de tipo N é ilustrada, mas se a segunda região de semicondutor 76 for uma região de semicondutor de tipo P, a linha pontilhada 20 é ainda mais alta do que a linha sólida 21 à posição Y como o nível de potencial.

[0051] Incidentemente, a região inteira da primeira região de semicondutor 71 em vista de cima sobrepõe a terceira região de semicondutor 74. De acordo com uma tal configuração, a primeira região de semicondutor 71 e a quarta região de semicondutor 72 não formam uma junção PN. Assim, amplificação de avalanche é gerada em uma junção PN entre a primeira região de semicondutor 71 e a quarta região de semicondutor 72 de forma que ruído devido ao efeito de túnel pode ser inibido de ser produzido.

[0052] Em seguida, concretizações exemplares da exposição serão descritas com concretizações exemplares específicas. Em cada concretização exemplar, uma configuração na qual um sinal de carga é composto de elétrons é descrita, mas cada concretização exemplar é aplicável até mesmo se uma carga de sinal for composta de buracos. Em um tal caso, porém, a relação entre cada região de semicondutor e o potencial é invertida.

[0053] Uma primeira concretização exemplar de um aparelho de foto-detecção ao qual a exposição é aplicável será descrita com referência às Figuras 4 a 9B. Também, sinais de referência semelhantes são anexados às unidades tendo funções semelhantes àquelas nas Figuras 1 a 3, e uma descrição detalhada disso é omitida.

[0054] Figura 4 é um diagrama de bloco de um aparelho de foto-detecção 1010 de uma primeira concretização exemplar. O aparelho de foto-detecção 1010 inclui uma unidade de pixel 106, uma unidade de geração de pulso de controle 109, uma unidade de circuito de varredura horizontal 104, um circuito de coluna 105, uma linha de sinal 107, e uma unidade de circuito de varredura vertical 103.

[0055] Uma pluralidade de pixels 100 está disposta em uma forma de matriz na unidade de pixel 106. Um pixel 100 inclui um elemento de conversão fotoelétrica 101 e uma unidade de processamento de sinal de pixel 102. O elemento de conversão fotoelétrica 101 converte luz em um sinal elétrico. A unidade de processamento de sinal de pixel 102 produz um sinal elétrico convertido para o circuito de coluna 105.

[0056] A unidade de circuito de varredura vertical 103 recebe um pulso de controle provido da unidade de geração de pulso de controle 109 para prover o pulso de controle a cada um dos pixels 100. Um circuito lógico tal como um registrador de deslocamento ou um decodificador de endereço é usado como a unidade de circuito de varredura vertical 103.

[0057] A linha de sinal 107 provê um sinal saído do pixel 100 selecionado pela unidade de circuito de varredura vertical 103 para o circuito seguinte do pixel 100 como um sinal de potencial.

[0058] Um sinal de cada um dos pixels 100 é entrado no circuito de coluna 105 pela linha de sinal 107 para executar processamento predeterminado. O processamento predeterminado inclui remoção de ruído e amplificação do sinal de entrada e conversão em uma forma para saída fora do sensor. Por exemplo, o circuito de coluna inclui um circuito de conversão paralelo-serial.

[0059] A unidade de circuito de varredura horizontal 104 provê, para o circuito de coluna 105, um pulso de controle para produzir sequencialmente sinais depois de ser processado pelo circuito de coluna 105 para um circuito de saída 108.

[0060] O circuito de saída 108 inclui um amplificador, um amplificador diferencial e similar e produz um sinal saído do circuito de coluna 105 para uma unidade gravadora ou uma unidade de processamento de sinal fora do aparelho de foto- detecção 1010.

[0061] Na Figura 4, os pixels 100 podem ser dispostos unidimensionalmente na unidade de pixel 106 ou a unidade de pixel 106 pode incluir só um único pixel. Além disso, uma pluralidade de colunas de pixel pode ser dividida em blocos para arranjar a unidade de circuito de varredura vertical 103, a unidade de circuito de varredura horizontal 104, o circuito de coluna 105, e a unidade de pixel 106 em cada bloco. Também, a unidade de circuito de varredura vertical 103, a unidade de circuito de varredura horizontal 104, o circuito de coluna 105, e a unidade de pixel 106 pode ser dispostos em cada coluna de pixel.

[0062] A função da unidade de processamento de sinal de pixel 102 não precisa necessariamente ser provida a cada um de todos os pixels 100 e, por exemplo, uma unidade de processamento de sinal de pixel 102 pode ser compartilhada por uma pluralidade dos pixels 100 para executar sequencialmente processamento de sinal. Para aumentar a relação de abertura do elemento de conversão fotoelétrica 101, a unidade de processamento de sinal de pixel 102 pode ser provida sobre um substrato de semicondutor diferente daquele do elemento de conversão fotoelétrica 101. Em um tal caso, o elemento de conversão fotoelétrica 101 e a unidade de processamento de sinal de pixel 102 estão conectados eletricamente por fiação de conexão provida para cada pixel. A unidade de circuito de varredura vertical 103, a unidade de circuito de varredura horizontal 104, a linha de sinal 107, e o circuito de coluna 105 também podem ser providos, como descrito acima, sobre substratos de semicondutor diferentes.

[0063] Figura 5 ilustra um exemplo de um diagrama de bloco do pixel 100 incluindo um circuito equivalente de acordo com a concretização exemplar presente. Na Figura 5, um pixel 100 inclui o elemento de conversão fotoelétrica 101 e a unidade de processamento de sinal de pixel 102.

[0064] O elemento de conversão fotoelétrica 101 inclui uma unidade de conversão fotoelétrica 201 e uma unidade de controle 202.

[0065] A unidade de conversão fotoelétrica 201 gera um par de cargas elétricas de acordo com luz incidente através de conversão fotoelétrica. Um diodo de avalanche é usado para a unidade de conversão fotoelétrica 201.

[0066] Um potencial baseado em um potencial VH mais alto que um potencial VL provido ao ânodo é provido ao cátodo da unidade de conversão fotoelétrica 201. Então, os potenciais são providos ao ânodo e ao cátodo da unidade de conversão fotoelétrica 201 tal que uma polarização inversa seja aplicada para permitir a unidade de conversão fotoelétrica 201 atuar como um diodo de avalanche. Executando conversão fotoelétrica enquanto tais potenciais de polarização inversa são providos, amplificação de avalanche é causada por uma carga elétrica gerada por luz incidente para gerar uma corrente de avalanche.

[0067] Se a diferença de potencial entre o ânodo e o cátodo for maior do que uma tensão de ruptura quando um potencial de polarização inversa é provido, um diodo de avalanche executa uma operação de modo Geiger. Um fotodiodo que detecta um sinal fraco a um nível de único fóton à velocidade alta usando a operação de modo Geiger é um diodo de avalanche de único fóton (SPAD).

[0068] Se a diferença potencial entre o ânodo e o cátodo da unidade de conversão fotoelétrica 201 for uma diferença de potencial ou mais à qual uma carga elétrica gerada na unidade de conversão fotoelétrica 201 causa amplificação de avalanche e é igual a ou menos que a tensão de ruptura, o diodo de avalanche é posto em um modo linear. Um diodo de avalanche que executa foto-detecção no modo linear é chamado um fotodiodo de avalanche (APD). Na concretização exemplar presente, a unidade de conversão fotoelétrica 201 pode operar como um diodo de avalanche em qualquer um dos modos. A diferença de potencial que causa a amplificação de avalanche será descrita abaixo.

[0069] A unidade de controle 202 está conectada à tensão de fonte de energia que provê o potencial alto VH e à unidade de conversão fotoelétrica 201. A unidade de controle 202 tem a função para substituir um sinal de tensão para qualquer mudança da corrente de avalanche gerada pela unidade de conversão fotoelétrica 201. Ademais, a unidade de controle 202 funciona como um circuito de carga (circuito de supressão) durante a amplificação de sinal por amplificação de avalanche para trabalhar para suprimir a amplificação de avalanche suprimindo a tensão provida à unidade de conversão fotoelétrica 201 (operação de supressão). Como a unidade de controle 202, por exemplo, um elemento resistivo ou um circuito de extinção ativo que suprime ativamente a amplificação de avalanche detectando um aumento na corrente de avalanche e exercendo controle de realimentação é usado.

[0070] A unidade de processamento de sinal de pixel 102 inclui uma unidade conformadora de forma de onda 203, um circuito de contador 209, e um circuito de seleção 206. A unidade conformadora de forma de onda 203 conforma mudanças de tensão obtidas quando um sinal de nível de fóton é detectado para produzir um sinal de pulso. Por exemplo, um circuito de inversor é usado como a unidade conformadora de forma de onda 203. Um exemplo usando um inversor é ilustrado como a unidade conformadora de forma de onda 203, mas um circuito conectando uma pluralidade de inversores em série ou outros circuitos tendo um efeito de conformação de forma de onda também podem ser usados.

[0071] Um sinal de pulso saído da unidade conformadora de forma de onda 203 é contado pelo circuito de contador 209. No caso de um contador de N bits (N: inteiro positivo), o circuito de contador 209 pode contar até a N-ésima potência de 2 de sinais de pulso através de únicos fótons no máximo. O sinal contado é contido como um sinal detectado. Quando um pulso de controle pRES é provido por uma linha de acionamento 207, sinais detectados contidos no circuito de contador 209 são reiniciados.

[0072] Um pulso de controle pSEL é provido ao circuito de seleção 206 da unidade de circuito de varredura vertical 103 na Figura 4 por uma linha de acionamento 208 para comutar a conexão e não conexão elétrica entre o circuito de contador 209 e a linha de sinal 107. Por exemplo, um transistor ou um circuito para produzir um sinal fora do pixel é usado como o circuito de seleção 206.

[0073] Incidentemente, a conexão elétrica pode ser comutada arranjando uma chave tal como um transistor entre a unidade de controle 202 e a unidade de conversão fotoelétrica 201 ou entre o elemento de conversão fotoelétrica 101 e a unidade de processamento de sinal de pixel 102. Semelhantemente, a provisão do potencial alto VH provido à unidade de controle 202 ou o potencial baixo VL provido ao elemento de conversão fotoelétrica 101 pode ser comutada eletricamente usando uma chave tal como um transistor.

[0074] Na unidade de pixel 106 na qual a pluralidade de pixels 100 está disposta em uma forma de matriz, uma imagem capturada pode ser adquirida por uma operação de obturador rolante em que a contagem do circuito de contador 209 é reiniciada sequencialmente para cada fila e sinais detectados contidos no circuito de contador 209 são produzidos sequencialmente para cada fila.

[0075] Alternativamente, uma imagem capturada pode ser adquirida por uma operação de obturador eletrônico global em que as contagens do circuito de contador 209 de todas as filas de pixel são reiniciadas simultaneamente e sinais detectados contidos no circuito de contador 209 são produzidos sequencialmente para cada fila. Quando a operação de obturador eletrônico global é executada, é melhor prover uma unidade para comutar entre um caso quando contagem pelo circuito de contador 209 é feita e um caso quando a contagem não é feita. A unidade para comutar é, por exemplo, a chave descrita acima.

[0076] Na concretização exemplar presente, uma configuração que adquire uma imagem capturada usando o circuito de contador 209 é ilustrada. Porém, em vez do circuito de contador 209, o aparelho de foto-detecção 1010 que adquire temporização de detecção de pulso pode ser configurado usando um conversor de tempo para digital (TDC) e uma memória.

[0077] Neste caso, a temporização de geração de um sinal de pulso saído da unidade conformadora de forma de onda 203 é convertida em um sinal digital pelo TDC. Um pulso de controle pREF (sinal de referência) é provido ao TDC da unidade de circuito de varredura vertical 103 na Figura 4 por uma linha de acionamento para medir a temporização de um sinal de pulso. O TDC adquire um sinal como um sinal digital quando introduz temporização de um sinal saído de cada pixel pela unidade conformadora de forma de onda 203 relativo ao pulso de controle pREF é fixado como um tempo relativo.

[0078] Por exemplo, um sistema de linha de retardo no qual circuitos estão conectados em série para criar um atraso ou um sistema de TDC em malha no qual linhas de retardo estão conectadas como uma malha é usado como o circuito do TDC. Embora outros sistemas possam ser usados, um sistema de circuito capaz de alcançar resolução de tempo igual a ou mais alta que aquela da unidade de conversão fotoelétrica 201 é usado.

[0079] Um sinal digital representando temporização de detecção de pulso obtida pelo TDC é armazenado em um ou uma pluralidade de memórias. Quando uma pluralidade de memórias é disposta, a saída para a linha de sinal 107 pode ser controlada para cada memória provendo uma pluralidade de sinais ao circuito de seleção 206 quando um sinal digital armazenado nas memórias é produzido à linha de sinal 107.

[0080] A vista secional esquemática e vistas de cima esquemáticas do diodo de avalanche de acordo com a concretização exemplar presente serão descritas com referência às Figuras 6 a 7C. Na Figura 6, uma região de semicondutor de tipo N 1 está disposta em uma região onde a primeira região de semicondutor 71 na Figura 1 está disposta, e uma região de semicondutor de tipo N 6 está disposta em uma região onde a segunda região de semicondutor 76 na Figura 1 está disposta. Na Figura 6, uma região de semicondutor de tipo N 4 está disposta em uma região onde a terceira região de semicondutor 74 na Figura 1 está disposta, e uma região de semicondutor de tipo P 2 está disposta em uma região onde a quarta região de semicondutor 72 na Figura 1 está disposta. Na Figura 6, uma região de semicondutor de tipo N 5 está disposta em uma região onde a quinta região de semicondutor 75 na Figura 1 está disposta.

[0081] Primeiro, uma estrutura de seção do porção de isolamento 16 e uma região de conversão fotoelétrica cercada pela porção de isolamento 16 serão descritas com referência à Figura 6.

[0082] A porção de isolamento 16 que separa cada um da pluralidade de pixels 100 está disposta no substrato de semicondutor 15 no qual a pluralidade de pixels 100 está disposta.

[0083] A porção de isolamento 16 é formada de uma região de semicondutor de tipo P disposta da primeira superfície na direção de profundidade. Mais especificamente, uma região de semicondutor de tipo P 3 e uma região de semicondutor de tipo P 7 estão dispostas da primeira superfície na direção de profundidade nessa ordem e em contato como a porção de isolamento 16. A região de semicondutor de tipo P 3 está conectada eletricamente à região de semicondutor de tipo P 7, uma região de semicondutor de tipo P 8 descrita abaixo, e a região de semicondutor de tipo P 2 descrita abaixo.

[0084] A concentração de impureza da região de semicondutor de tipo P 3 é mais alta que aquela de cada uma da região de semicondutor de tipo P 7, da região de semicondutor de tipo P 8, e da região de semicondutor de tipo P 2. Por conseguinte, por exemplo, conectar a região de semicondutor de tipo P 3 e uma tomada de contato 17 podem fazer resistência de contato mais baixa que conectar a região de semicondutor de tipo P 7 e a tomada de contato 17.

[0085] A região de semicondutor de tipo N 1 é uma região cuja concentração de impureza é mais alta que aquela de cada uma da região de semicondutor de tipo N 6, da região de semicondutor de tipo N 4, e da região de semicondutor de tipo N 5 descritas abaixo. Adotando tais concentrações de impureza, o campo elétrico de uma camada de depleção gerada na região de semicondutor de tipo N 1 pode ser feita forte. Incidentemente, um potencial que é uma polarização inversa com relação à porção de isolamento 16 é provido à região de semicondutor de tipo N 1.

[0086] A concentração de impureza da região de semicondutor de tipo N 4 é fixada mais baixa que aquela da região de semicondutor de tipo N 1. Por conseguinte, uma carga elétrica perto da região de semicondutor de tipo N 4 é feita mais fácil se mover para a região de semicondutor de tipo N 1.

[0087] A concentração de impureza da região de semicondutor de tipo N 6 é fixada mais baixa que aquela da região de semicondutor de tipo N 1. Por exemplo, quando a concentração de impureza da região de semicondutor de tipo N 1 é 6,0 x 1018 [átomos/cm3] ou mais, a concentração de impureza da região de semicondutor de tipo N 6 é fixada a 1,0 x 1016 [átomos/cm3] ou mais que 1,0 x 1018 [átomos/cm3] ou menos.

[0088] Na Figura 6, uma configuração na qual a região de semicondutor de tipo N 6 não tendo nenhum gradiente de concentração de impureza está disposta na segunda região de semicondutor 76 na Figura 1 é ilustrada, mas a região de semicondutor disposta em uma região onde a segunda região de semicondutor 76 está disposta na Figura 1 é uma região tendo um gradiente de concentração de impureza. Adotando uma configuração na qual uma região entre a região de semicondutor de tipo N 1 e a região de semicondutor de tipo P 3 tem um gradiente de concentração de impureza, quando comparado com um caso onde a região de semicondutor de tipo N 6 não tem nenhum gradiente de concentração de impureza, um campo elétrico forte que pode surgir entre a região de semicondutor de tipo N 1 e a região de semicondutor de tipo P 3 pode ser diminuído.

[0089] Dois exemplos de uma região tendo um gradiente de concentração de impureza serão descritos. O primeiro exemplo é um caso onde uma região de semicondutor de tipo N cuja concentração de impureza é mais baixa que aquela da região de semicondutor de tipo N 1 está disposta em uma região perto da região de semicondutor de tipo N 1, e uma região de semicondutor de tipo N cuja concentração de impureza é mais baixa que aquela da região de semicondutor de tipo N anterior está disposta em uma região perto da porção de isolamento 16. O segundo exemplo é um caso onde uma região de semicondutor de tipo N cuja concentração de impureza é mais baixa que aquela da região de semicondutor de tipo N 1 está disposta em uma região perto da região de semicondutor de tipo N 1, e uma região de semicondutor de tipo P cuja concentração de impureza é mais baixa que aquela da região de semicondutor de tipo P 3 está disposta em uma região perto da porção de isolamento 16. Mais especificamente, como ilustrado na Figura 20, uma região de semicondutor de tipo P 2000 cuja concentração de impureza é mais baixa que aquela da região de semicondutor de tipo P 3 é provida entre a região de semicondutor de tipo P 3 e a região de semicondutor de tipo N 6.

[0090] A seguir, a concentração de impureza da região de semicondutor de tipo P 2 é fixada àquela da região de semicondutor de tipo P 7 ou menos. A região de semicondutor de tipo P 2 e a região de semicondutor de tipo N 4 formam uma junção PN. Devido à junção PN, a região inteira da região de semicondutor de tipo N 4 se torna uma região de camada de depleção. Ademais, a região de camada de depleção se estende até uma porção da região de semicondutor de tipo N 1. Um campo elétrico forte é induzido na região de camada de depleção estendida. Devido ao campo elétrico forte, a amplificação de avalanche surge na região de camada de depleção estendida até a porção da região de semicondutor de tipo N 1 e uma corrente baseada no carga elétrica amplificada é produzida de uma linha condutiva 9. Quer dizer, na concretização exemplar presente, uma região de foto-detecção se torna uma região de camada de depleção na porção da região de semicondutor de tipo N 1.

[0091] Na concretização exemplar presente, a região de semicondutor de tipo N 4 é formada de uma região de tipo N, em vez de uma região de tipo P, porque uma carga elétrica pode por esse meio ser adquirida de uma porção mais funda alargando a camada de depleção mais profunda em uma porção funda da região de semicondutor de tipo N 5.

[0092] Também, se a região de semicondutor de tipo N 6 deveria ser uma região de semicondutor de tipo P, uma região de camada de depleção pode ser formada entre a região de semicondutor de tipo P e a região de semicondutor de tipo N 1 de forma que a amplificação de avalanche possa surgir entre a região de semicondutor de tipo P e a região de semicondutor de tipo N 1. Na concretização exemplar presente, a região de semicondutor de tipo N 1 é formada do tipo N porque se a região de camada de depleção for alargada para entrar em contato com a primeira superfície do substrato de semicondutor 15, o ruído aumenta.

[0093] Ademais, concentrações de impureza da região de semicondutor de tipo N 1, da região de semicondutor de tipo N 4, e da região de semicondutor de tipo P 2 são fixadas tal que a região de semicondutor de tipo N 1 não seja esvaziada completamente quando uma diferença de potencial que causa a amplificação de avalanche em uma região de camada de depleção gerada em uma porção da região de semicondutor de tipo N 1 é provida. Isto é porque se a região de camada de depleção for alargada para entrar em contato com a primeira superfície do substrato de semicondutor 15, ruído pode ser produzido na primeira superfície do substrato de semicondutor 15. Por outro lado, as concentrações de impureza são fixadas tal que a região de semicondutor de tipo N 4 seja completamente esvaziada.

[0094] A condição para a região de semicondutor de tipo N 4 ser completamente esvaziada é ilustrada na Fórmula 1. Neste caso, a concentração de impureza da região de semicondutor de tipo N 4 é uma concentração de impureza Nd, a concentração de impureza da região de semicondutor de tipo P 2 é uma concentração de impureza Na, e a carga elétrica elementar é uma carga elétrica elementar q. Ademais, a constante dielétrica de um semicondutor é uma constante dielétrica ε, a diferença de potencial da junção PN entre a região de semicondutor de tipo N 4 e a região de semicondutor de tipo P 2 é uma diferença de potencial V, e o comprimento da região de semicondutor de tipo N 4 cercada pela região de semicondutor de tipo P 2 é um comprimento D.

[0095] É assumido que a concentração de impureza que não esvazia completamente a região de semicondutor de tipo N 1 é, por exemplo, 6,0 x 1018 [átomos/cm3] ou mais. Nesse caso, as concentrações de impureza satisfazendo uma tal condição de depleção são 1,0 x 1016 [átomos/cm3] ou mais para a concentração de impureza da região de semicondutor de tipo P 2 e 1,0 x 1017 [átomos/cm3] ou menos para a concentração de impureza da região de semicondutor de tipo N 4. Porém, as concentrações de impureza não estão limitadas às concentrações de impureza anteriores.

[0096] Então, a diferença de potencial entre a região de semicondutor de tipo N 1 e a porção de isolamento 16 é fixada tal que o campo elétrico na direção de profundidade induzido na camada de depleção estendida seja suficientemente grande. Aqui, a diferença de potencial que faz o campo elétrico suficientemente grande é uma diferença de potencial à qual uma carga elétrica afetada pelo campo elétrico causa a amplificação de avalanche. Quer dizer, a diferença de potencial é uma diferença de potencial entre a região de semicondutor de tipo N 1 e a região de semicondutor de tipo P 3 à qual a unidade de conversão fotoelétrica 201 implementa uma operação como um diodo de avalanche (APD ou SPAD).

[0097] Mais especificamente, a diferença de potencial entre a região de semicondutor de tipo N 1 e a região de semicondutor de tipo P 2 é 6 V ou mais. Neste caso, como descrito acima, a região de semicondutor de tipo N 4 conectada eletricamente à região de semicondutor de tipo N 1 se torna completamente uma região de camada de depleção e um campo elétrico forte que pode causar a amplificação de avalanche é gerado na região de camada de depleção estendida até uma porção da região de semicondutor de tipo N 1.

[0098] Em uma concretização, se as concentrações de impureza satisfazendo a condição de depleção anterior forem consideradas, uma diferença de potencial entre a região de semicondutor de tipo N 1 e a região de semicondutor de tipo P 3 é 10 V ou mais e 30 V ou menos. Neste momento, por exemplo, um potencial de 10 V ou mais é provido à região de semicondutor de tipo N 1 e um potencial de 0 V ou menos é provido à região de semicondutor de tipo P 3. Porém, se a diferença potencial for 6 V ou mais, os valores de potencial não estão limitados aos valores anteriores.

[0099] Além disso, uma camada de depleção formada entre a região de semicondutor de tipo P 2 e a região de semicondutor de tipo N 6 pode se estender até a região de semicondutor de tipo N 1 para causar a amplificação de avalanche. Nesse caso, se a região de semicondutor de tipo N 1 for completamente esvaziada, ruído pode ser produzido. Assim, a concentração de impureza da região de semicondutor de tipo N 1 é fixada de forma que a região de semicondutor de tipo N 1 não seja esvaziada completamente.

[0100] Incidentemente, de acordo com a concretização exemplar presente, uma carga elétrica é gerada na região de semicondutor de tipo N 5 e é colecionada e lida na região de semicondutor de tipo N 1. Quer dizer, uma carga elétrica gerada em uma região de semicondutor do primeiro tipo de condutividade é lida da região de semicondutor do primeiro tipo de condutividade.

[0101] Em contraste, um dispositivo discutido na especificação da Patente US No. 9.209.336 lê uma carga elétrica gerada em uma camada epitaxial de tipo N 2 de uma região de ânodo de tipo P 14 depois de amplificação de avalanche à interface entre a camada epitaxial de tipo N 2 e a região de camada de ânodo de tipo P 14. Quer dizer, uma carga elétrica gerada em uma região de semicondutor do primeiro tipo de condutividade é lida de uma região de semicondutor do segundo tipo de condutividade. Também neste respeito, a concretização exemplar presente é diferente do dispositivo discutido na especificação da Patente US No. 9.209.336.

[0102] Na Figura 6, é assumido que a região de semicondutor de tipo N 5 tendo uma concentração de impureza mais baixa que aquela da região de semicondutor de tipo N 1 está disposta imediatamente debaixo da região de semicondutor de tipo N 1 tendo uma concentração de impureza alta sem a região de semicondutor de tipo P 2 e a região de semicondutor de tipo N 4 serem providas. Em um tal caso, é possível gerar uma carga elétrica na região de semicondutor de tipo N 5 e ler uma carga elétrica da região de semicondutor de tipo N 1, mas é difícil implementar a amplificação de avalanche sob condições de tensão equivalentes àquelas da concretização exemplar presente. Isto é porque a maioria da diferença de potencial aplicada entre a região de semicondutor de tipo N 1 e a região de semicondutor de tipo P 3 é aplicada à região de camada de depleção da região de semicondutor de tipo N 5 e assim a diferença de potencial aplicada à região de amplificação de avalanche perto da região de semicondutor de tipo N 1 fica menor. Na concretização exemplar presente, por outro lado, a região de semicondutor de tipo N 5 está cercada através de regiões de semicondutor de tipo P em cada direção excluindo um local em contato com a região de semicondutor de tipo N 4 e assim, o potencial da região de semicondutor de tipo N 5 está mais perto do nível das regiões de semicondutor de tipo P circunvizinhas do que aquele da região de semicondutor de tipo N 1. Quer dizer, suprimindo a expansão excessiva da camada de depleção a uma porção mais funda do substrato na região de semicondutor de tipo P 2, a maioria da diferença de potencial aplicada anterior pode ser concentrada na região de amplificação de avalanche perto da região de semicondutor de tipo N 1. Como resultado, um foto-portador pode ser sujeito à amplificação de avalanche a uma tensão mais baixa.

[0103] A seguir, a região de semicondutor de tipo N 5 tem uma concentração de impureza igual a ou menos que aquela da região de semicondutor de tipo N 4. Por exemplo, a região de semicondutor de tipo N 5 tem uma concentração de impureza de 1,0 x 1017 [átomos/cm3] ou menos. Por causa de "igual a ou menos que", a concentração de impureza da região de semicondutor de tipo N 5 e aquela da região de semicondutor de tipo N 4 podem ser iguais. Também, pelo menos, a concentração de impureza da região de semicondutor de tipo N 5 é para ser menos que aquela da região de semicondutor de tipo N 1.

[0104] Na Figura 6, uma região das mesmas concentrações de impureza é ilustrada como um exemplo da região de semicondutor de tipo N 5. Porém, é melhor para a região de semicondutor de tipo N 5 ter um gradiente de concentração de impureza tal que uma estrutura de potencial permitindo uma carga elétrica se mover para o lado da primeira superfície do substrato de semicondutor 15 seja implementada. Adotando um tal gradiente de concentração de impureza, uma carga elétrica pode ser movida facilmente para a região de semicondutor de tipo N 1.

[0105] Se o gradiente de concentração de impureza for tal que uma estrutura potencial permitindo a uma carga elétrica se mover para o lado da primeira superfície do substrato de semicondutor 15 for implementada, em uma região onde a região de semicondutor de tipo N 5 está disposta, o lado da primeira superfície pode ser uma região de semicondutor de tipo N e o lado da segunda superfície pode ser uma região de semicondutor de tipo P.

[0106] Alternativamente, uma região de semicondutor de tipo P cuja concentração de impureza é mais baixa que aquela da região de semicondutor de tipo P 2 pode ser disposta em lugar da região de semicondutor de tipo N 5. Também nesse caso, é melhor ter um gradiente de concentração de impureza tal que uma estrutura potencial permitindo a uma carga elétrica se mover para o lado da primeira superfície do substrato de semicondutor 15 seja implementada.

[0107] Por exemplo, uma região de semicondutor de tipo P tem uma primeira região, uma segunda região disposta a uma posição mais funda que a primeira região com relação à primeira superfície, e uma terceira região disposta a uma posição mais funda que a segunda região com relação à primeira superfície. Então, se a primeira região tiver uma primeira concentração de impureza, a segunda região tiver uma segunda concentração de impureza, e a terceira região tiver uma terceira concentração de impureza, a primeira concentração de impureza < a segunda concentração de impureza < a terceira concentração de impureza pode ser fixada. Incidentemente, a primeira concentração de impureza é mais baixa que a concentração de impureza da região de semicondutor de tipo P 2. Aqui, a região de semicondutor de tipo P disposta em lugar da região de semicondutor de tipo N 5 está dividida em três regiões, mas a concretização exemplar presente não está limitada a um tal exemplo.

[0108] A região de semicondutor de tipo P 8 está disposta a uma posição mais funda que a região de semicondutor de tipo N 5 e define a profundidade de uma região de conversão fotoelétrica. A região de semicondutor de tipo N 5 forma uma junção PN com cada uma da região de semicondutor de tipo P 2, da região de semicondutor de tipo P 7, e da região de semicondutor de tipo P 8. A concentração de impureza da região de semicondutor de tipo P 8 está fixada mais alta que aquela da região de semicondutor de tipo P 2. Por conseguinte, uma carga elétrica gerada perto da região de semicondutor de tipo P 8 pode se mover facilmente na direção da primeira superfície.

[0109] Uma tomada de contato 18 está conectada à região de semicondutor de tipo N 1 e a linha condutiva 9 está conectada à tomada de contato 18. Também, a tomada de contato 17 está conectada à região de semicondutor de tipo P 3 e uma linha condutiva 10 está conectada à tomada de contato 17. Então, a linha condutiva 9 ou a linha condutiva 10 está conectada à unidade de controle 202 tal como um elemento resistivo para executar uma operação de supressão. Em seguida, é assumido que a unidade de controle 202 está conectada à linha condutiva 9.

[0110] Na Figura 6, a tomada de contato 17 e a linha condutiva 10 são assumidas estarem dispostas no lado da primeira superfície. Porém, a tomada de contato 17 e a linha condutiva 10 também podem ser dispostas no lado da segunda superfície.

[0111] Em uma concretização, quando a tomada de contato 17 e a linha condutiva 10 estão dispostas no lado da segunda superfície, a concentração de impureza de uma região onde a tomada de contato 17 está disposta da região de semicondutor de tipo P 8 é mais alta que aquela da região de semicondutor de tipo P 7. Quer dizer, a região se torna a região de semicondutor de tipo P 3. Neste caso, a tomada de contato 17 não está conectada à região de semicondutor de tipo P 3 disposta no lado da primeira superfície e assim, é melhor fixar a concentração de impureza a um nível comparável da região de semicondutor de tipo P 7. Por conseguinte, o campo elétrico gerado entre a região de semicondutor de tipo P 3 e a região de semicondutor de tipo N 1 pode ser diminuído.

[0112] Quando a porção de isolamento 16 tem uma porção de isolamento dielétrica no lado da primeira superfície, a tomada de contato 17 e a linha condutiva 10 também estão dispostas no lado da segunda superfície. Neste caso, a porção de isolamento 16 é disposta tal que a porção de isolamento dielétrica, a região de semicondutor de tipo P 7, e a região de semicondutor de tipo P 3 estejam colocadas em cima da outra nessa ordem da primeira superfície na direção de profundidade.

[0113] A seguir, uma estrutura planar da porção de isolamento 16 e da região de conversão fotoelétrica cercada pelo porção de isolamento 16 em qualquer profundidade da estrutura de seção na Figura 6 será descrita com referência às Figuras 7A a 7C. Nas Figuras 7A a 7C, o limite de cada região de semicondutor é descrito em uma forma circular, mas o limite não está limitado a um tal exemplo.

[0114] Figura 7A ilustra uma vista de cima esquemática de um segmento de linha AB na profundidade X da Figura 6. A região de semicondutor de tipo N 1 está incluída na região de semicondutor de tipo N 6. A região de semicondutor de tipo N 6 está incluída na região de semicondutor de tipo P 3. Também, a área da região de semicondutor de tipo N 6 é maior que aquela da região de semicondutor de tipo N 1.

[0115] Figura 7B ilustra uma vista de cima esquemática de um segmento de linha CD na profundidade Y da Figura 6. A região de semicondutor de tipo N 4 está incluída na região de semicondutor de tipo P 2. A região de semicondutor de tipo P 2 está incluída na região de semicondutor de tipo P 3.

[0116] Figura 7C ilustra uma vista de cima esquemática de um segmento de linha EF na profundidade Z da Figura 6. A região de semicondutor de tipo N 5 está incluída na região de semicondutor de tipo P 7.

[0117] Incidentemente, quando a Figura 7B é posta em cima da Figura 7C, a região de semicondutor de tipo N 4 e a região de semicondutor de tipo P 2 sobrepõem a região de semicondutor de tipo N 5 em vista de cima.

[0118] Também, quando a Figura 7A é posta em cima da Figura 7B, a região de semicondutor de tipo N 1 sobrepõe pelo menos uma porção da região de semicondutor de tipo N 4 e a região de semicondutor de tipo N 6 sobrepõe pelo menos uma porção da região de semicondutor de tipo P 2 em vista de cima.

[0119] A seguir, um método para fabricar o diodo de avalanche na vista secional esquemática ilustrada na Figura 6 será descrito com referência às Figuras 8A a 8D. Processos sem ordem especificamente mencionada podem ser trocados apropriadamente. Além disso, relativo a processos cuja descrição é omitida nas Figuras 8A a 8D, métodos de fabricação conhecidos publicamente podem ser aplicados.

[0120] Como ilustrado na Figura 8A, implantação de íons de impureza de tipo P (em seguida, simplesmente implantação de íons) é executada em uma região para ser a região de semicondutor de tipo N 5 da direção normal à primeira superfície do substrato de semicondutor 15. Por conseguinte, a região de semicondutor de tipo P 8 é formada a uma posição funda da primeira superfície do substrato de semicondutor 15.

[0121] A seguir, como ilustrado na Figura 8B, uma máscara 77 é formada na primeira superfície do substrato de semicondutor 15. A máscara 77 tem uma abertura 30. Então, a região de semicondutor de tipo P 3 e a região de semicondutor de tipo P 7 são formadas para serem dispostas nessa ordem da primeira superfície executando implantação de íons de tipo P da direção normal à primeira superfície do substrato de semicondutor 15. Neste momento, a região de semicondutor de tipo P 7 e uma porção da região de semicondutor de tipo P 8 são conectadas. Também, a concentração de impureza da região de semicondutor de tipo P 3 é fixada mais alta que aquela da região de semicondutor de tipo P 7. Mais especificamente, por exemplo, um método para executar implantação de íons uma pluralidade de vezes usando quantidades diferentes de energia de implantação de íons pode ser usado.

[0122] A seguir, a máscara 77 é removida e uma máscara 78 é disposta. A máscara 78 tem uma abertura 32. Então, como ilustrado na Figura 8C, uma região para ser a região de semicondutor de tipo P 2 é formada executando implantação de íons de tipo P da direção paralela à direção normal à primeira superfície do substrato de semicondutor 15. Então, uma região para ser a região de semicondutor de tipo N 6 é formada executando implantação de íons de tipo N a uma posição mais rasa da primeira superfície do que uma posição à qual a implantação de íons de tipo P foi executada para formar uma região para ser a região de semicondutor de tipo P 2. Aqui, uma região para ser a região de semicondutor de tipo N 6 é formada depois que uma região para ser a região de semicondutor de tipo P 2 é formada, mas a ordem pode ser invertida.

[0123] A seguir, a máscara 78 é removida e uma máscara 73 é disposta. A máscara 73 tem uma abertura 33. Como ilustrado na Figura 8D, a região de semicondutor de tipo N 4 é formada em uma porção da região para ser a região de semicondutor de tipo P 2 executando implantação de íons de tipo N na profundidade na qual a região para ser a região de semicondutor de tipo P 2 está disposta da direção paralela à direção normal à primeira superfície do substrato de semicondutor 15.

[0124] Então, a região de semicondutor de tipo N 1 é formada executando implantação de íons de tipo N no lado da primeira superfície do substrato de semicondutor 15 da direção paralela à direção normal à primeira superfície do substrato de semicondutor 15. Aqui, a região de semicondutor de tipo N 4 é formada primeiro, mas a região de semicondutor de tipo N 1 pode ser formada primeiro.

[0125] Assim, quando implantação de íons é executada usando íons de impureza do mesmo tipo de condutividade, a difusão de íons de impureza na direção paralela à primeira superfície como um plano de incidência é maior quando implantação de íons é executada a uma posição funda com relação à primeira superfície do que quando implantação de íons é executada a uma posição rasa com relação à primeira superfície. Quer dizer, quando implantação de íons é executada usando a mesma máscara, a região de semicondutor de tipo N 1 é incluída na região de semicondutor de tipo N 4 em vista de cima.

[0126] Íons de impureza tendo coeficientes de difusão térmica diferentes podem ser usados como íons de impureza injetados para formar a região de semicondutor de tipo N 1 e a região de semicondutor de tipo N 4. De acordo com uma tal configuração, o grau de liberdade de projeto de potencial de regiões onde a região de semicondutor de tipo N 1 e a região de semicondutor de tipo N 4 são dispostas é melhorado.

[0127] Na Figura 8D, se implantação de íons for executada usando máscaras diferentes quando a região de semicondutor de tipo N 1 e a região de semicondutor de tipo N 4 são formadas, deslocamentos posicionais podem surgir de forma que o efeito de túnel pode ser produzido devido à geração de uma distribuição de campo elétrico assimétrica. De acordo com o método de fabricação de acordo com a concretização exemplar presente, por outro lado, a região de semicondutor de tipo N 1 e a região de semicondutor de tipo N 4 são formadas usando a mesma máscara e assim, deslocamentos posicionais em ambas as regiões de semicondutor podem ser suprimidos de forma que o efeito de túnel que pode surgir devido a deslocamentos posicionais pode ser suprimido.

[0128] A seguir, a unidade de controle 202 de acordo com a concretização exemplar presente será descrita com referência às Figuras 9A e 9B. Na concretização exemplar presente, a unidade de controle 202 tem duas configurações. A primeira configuração é, como ilustrado na Figura 9A, uma configuração na qual a unidade de controle 202 está disposta no lado do cátodo para qual o potencial alto VH da unidade de conversão fotoelétrica 201 é provido. A segunda configuração é, como ilustrada na Figura 9B, uma configuração na qual a unidade de controle 202 está disposta no lado do ânodo para qual o potencial baixo VL da unidade de conversão fotoelétrica 201 é provido.

[0129] Nas configurações da Figura 9A e Figura 9B, um tempo fixo é precisado para retornar à polarização no estado inicial da unidade de conversão fotoelétrica 201 pela queda de tensão pela unidade de controle 202 depois que o potencial de entrada da unidade conformadora de forma de onda 203 muda devido a uma corrente de avalanche. O período precisado para retornar a um estado de polarização capaz de detectar uma carga elétrica logo depois que uma carga elétrica é detectada uma vez é chamado um tempo morto. O número de cargas elétricas que podem ser contadas por tempo unitário aumenta e a gama dinâmica como um aparelho de foto-detecção aumenta com um tempo morto decrescente.

[0130] Como um exemplo, quando a unidade de controle 202 é um elemento resistivo, o tempo morto (Td [s]) de um diodo de avalanche de acordo com a concretização exemplar presente é determinado pelo produto da resistência (R [Q]) e a capacitância (C [F]) de uma terminal de entrada. Nas fórmulas seguintes, a capacitância de junção PN da unidade de conversão fotoelétrica 201 é denotada como Cpd, a capacitância de um poço da unidade de conversão fotoelétrica 201 é denotada como Cw, e a capacitância parasita de uma camada de fiação/difusão é denotada como C.

[0131] No caso da Figura 9A, o tempo morto é determinado pela Fórmula 2: Td = R(Cpd + C) (Fórmula 2)

[0132] No caso da Figura 9B, o tempo morto é determinado pela Fórmula 3: Td = R(Cpd + Cw + C) (Fórmula 3)

[0133] A capacitância de junção PN Cpd da unidade de conversão fotoelétrica 201 é uma capacitância de junção PN de uma região de foto-detecção que induz um campo elétrico forte para causar a amplificação de avalanche. Assim, a capacitância de junção PN Cpd muda em proporção à área da região de foto-detecção. Quer dizer, se a área da região de foto-detecção for aumentada para melhorar a eficiência de foto- detecção, a capacitância de junção PN Cpd aumenta de forma que o tempo morto aumenta. Como resultado, a gama dinâmica diminui.

[0134] Em outras palavras, a eficiência de foto-detecção e a gama dinâmica estão em uma relação de compromisso. De acordo com uma estrutura de pixel na concretização exemplar presente, por outro lado, a área da região de foto-detecção pode ser diminuída enquanto assegurando uma área grande da região de conversão fotoelétrica. Assim, Cpd pode ser reduzida e o tempo morto pode ser reduzido. Como resultado, eficiência de foto-detecção alta e uma gama dinâmica larga podem ser alcançadas ao mesmo tempo.

[0135] Efeito de melhoria da gama dinâmica devido à estrutura de pixel de acordo com a concretização exemplar presente ilustra até mais conspicuamente na configuração da Figura 9A do que aquela da Figura 9B. Por exemplo, se a relação de Cpd de uma estrutura de SPAD de acordo com a concretização exemplar presente para aquela de uma estrutura de SPAD convencional for A (0 < A < 1), as taxas de melhoria Δ da gama dinâmica em sistemas de circuito da Figura 9A e Figura 9B são representadas por Fórmula 4 e Fórmula 5, respectivamente,: Δ1 = (1 - A)Cpd/(ACpd + C) (Fórmula 4) Δ2 = (1 - A)Cpd/(ACpd + Cw + C) (Fórmula 5)

[0136] Na Fórmula 4 e Fórmula 5, cálculos eram feitos usando o fato que a gama dinâmica é inversamente proporcional ao tempo morto. Das fórmulas anteriores, está claro que Δ1 > Δ2 está satisfeito.

[0137] Do anterior, a taxa de melhoria da gama dinâmica quando as configurações da Figura 9A e Figura 9B são aplicadas à configuração de acordo com a concretização exemplar presente é em princípio mais alta na Figura 9A do que na Figura 9B.

[0138] A descrição até agora foi provida assumido que a unidade de controle 202 é um elemento resistivo, mas o mesmo se aplica quando a unidade de controle 202 é um circuito de supressão ativo.

[0139] Do anterior, o efeito de melhoria da gama dinâmica pode ser feito maior quando a unidade de controle 202 para o pixel de acordo com a concretização exemplar presente é disposta no lado do cátodo da unidade de conversão fotoelétrica 201 do que no lado do ânodo.

[0140] De acordo com a configuração da concretização exemplar presente, a deterioração de eficiência de foto-detecção pode ser suprimida formando um caminho no qual uma carga elétrica se move. Quer dizer, ruído pode ser reduzido enquanto a deterioração de eficiência de foto-detecção sendo suprimida.

[0141] Figura 10 é uma vista secional esquemática do diodo de avalanche de acordo com um segundo concretização exemplar. Figura 4, Figura 5, Figuras 8A a 8D, e Figuras 9A e 9B são as mesmas como na primeira concretização exemplar. Também, sinais de referência semelhantes são anexados às unidades tendo funções semelhantes nas Figuras 1 a 9B e uma descrição detalhada disso é omitida. Figura 10 é diferente visto que uma região de semicondutor de tipo P 24 está disposta na região onde a região de semicondutor de tipo N 4 está disposta na Figura 6.

[0142] Na Figura 10, a região de semicondutor de tipo N 1 e a região de semicondutor de tipo P 24 formam uma junção PN. Também, a região de semicondutor de tipo P 3 está conectada eletricamente à região de semicondutor de tipo P 24 pela região de semicondutor de tipo P 2. Assim, o potencial da região de semicondutor de tipo P 24 é um potencial polarizado inversamente da região de semicondutor de tipo N 1. Então, um campo elétrico forte é induzido na região de junção PN da região de semicondutor de tipo N 1 e da região de semicondutor de tipo P 24. Amplificação de avalanche é causada na região de junção PN pelo campo elétrico forte e uma corrente baseada no carga elétrica amplificada é produzida da linha condutiva 9 ou da linha condutiva 10. Quer dizer, na concretização exemplar presente, a região de foto-detecção é a região de junção PN da região de semicondutor de tipo N 1 e da região de semicondutor de tipo P 24. Se configurada desta maneira, a diferença de potencial precisada para causar amplificação de avalanche pode ser feita menor do que na primeira concretização exemplar. Quer dizer, a diferença de potencial entre a região de semicondutor de tipo N 1 e a região de semicondutor de tipo P 3 na concretização exemplar presente pode ser feita menor do que a diferença potencial entre a região de semicondutor de tipo N 1 e a região de semicondutor de tipo P 3 na primeira concretização exemplar.

[0143] Na Figura 10, a concentração de impureza da região de semicondutor de tipo P 24 é mais baixa que aquela da região de semicondutor de tipo P 2 e aquela da região de semicondutor de tipo P 7. Assim, a relação de potencial anterior como ilustrada na Figura 3 também se aplica na concretização exemplar presente.

[0144] A concentração de impureza da região de semicondutor de tipo N 1 é fixada tal que quando potenciais que causam amplificação de avalanche na junção de PN são providos, como descrito acima, a região de semicondutor de tipo N 1 não seja esvaziada completamente.

[0145] Na concretização exemplar presente, a concentração de impureza que não esvazia completamente a região de semicondutor de tipo N 1 é, por exemplo, uma concentração de impureza de 6,0 x 1018 [átomos/cm3] ou mais na região de semicondutor de tipo N 1. Então, a concentração de impureza da região de semicondutor de tipo P 24 é 1,0 x 1017 [átomos/cm3] ou menos. Isto é porque se a região de camada de depleção alargar para entrar em contato com a primeira superfície do substrato de semicondutor 15, ruído pode surgir na primeira superfície do substrato de semicondutor 15. Porém, as concentrações de impureza não estão limitadas aos exemplos anteriores.

[0146] Mais especificamente, a diferença de potencial entre a região de semicondutor de tipo N 1 e a região de semicondutor de tipo P 24 quando a unidade de conversão fotoelétrica 201 implementa uma operação como um diodo de avalanche (APD ou SPAD) é 6 V ou mais.

[0147] Em uma concretização, se a relação de concentração de impureza anterior for considerada, uma diferença de potencial entre a região de semicondutor de tipo N 1 e a região de semicondutor de tipo P 24 é 10 V ou mais. Neste caso, por exemplo, o potencial de 10 V ou mais é provido à região de semicondutor de tipo N 1 e o potencial de 0 V ou menos é provido à região de semicondutor de tipo P 24 pela região de semicondutor de tipo P 2. Porém, os potenciais não estão limitados aos valores anteriores se a diferença potencial for 6 V ou mais.

[0148] Quando o método de fabricação ilustrado nas Figuras 8A a 8D é aplicado na concretização exemplar presente, a região de semicondutor de tipo P 24 é formada executando a implantação de íons de tipo N tal que a concentração de impureza em uma porção da região para ser a região de semicondutor de tipo P 2 seja diminuída localmente na Figura 8D.

[0149] Também na concretização exemplar presente, efeitos semelhantes àqueles na primeira concretização exemplar são alcançados.

[0150] Figura 11 é uma vista secional esquemática do diodo de avalanche de acordo com uma terceira concretização exemplar. Sinais de referência semelhantes são anexados às unidades tendo funções semelhantes nas Figuras 1 a 10 e uma descrição detalhada disso é omitida.

[0151] Figura 11 é diferente do potencial na região na qual a região de semicondutor de tipo N 5 está disposta na Figura 6 visto que a altura do potencial de uma região mais distante do porção de isolamento 16 na direção paralela à primeira superfície é mais baixa que aquela de uma região mais perto da porção de isolamento 16.

[0152] Na Figura 11, uma região de semicondutor de tipo N 28 está disposta em uma região mais perto da porção de isolamento 16 na direção paralela à primeira superfície em uma região de semicondutor de tipo N 27 está disposta em uma região mais distante da porção de isolamento 16.

[0153] Na concretização exemplar presente, uma carga elétrica é feita mais móvel da região de semicondutor de tipo N 28 para a região de semicondutor de tipo N 27 criando uma relação de concentração de impureza na qual a altura do potencial na região de semicondutor de tipo N 27 é mais baixa que aquela do potencial na região de semicondutor de tipo N 28.

[0154] Em outras palavras, a altura do potencial em uma região (região de semicondutor de tipo N 27) mais distante do porção de isolamento 16 na direção paralela à primeira superfície é mais baixa que aquela do potencial em uma região (região de semicondutor de tipo N 28) mais perto da porção de isolamento 16.

[0155] Assim, a concentração de impureza da região de semicondutor de tipo N 28 é mais baixa que aquela da região de semicondutor de tipo N 27. Então, a concentração de impureza da região de semicondutor de tipo N 27 é feita mais baixa que aquela da região de semicondutor de tipo N 4 para formar um gradiente do potencial para a região de foto-detecção.

[0156] Se uma região de semicondutor de tipo P for disposta em vez da região de semicondutor de tipo N 27, uma região de semicondutor de tipo P cuja concentração de impureza é mais alta que aquela da região de semicondutor de tipo P disposta ao invés é disposta em vez da região de semicondutor de tipo N 28.

[0157] De acordo com uma tal configuração, se a direção da posição onde a porção de isolamento 16 está disposta para a posição onde a região de semicondutor de tipo N 27 está disposta estiver definida como uma direção em plano, um campo elétrico na direção em plano é induzido adotando uma distribuição de impureza que permite a uma carga elétrica se mover na direção em plano. Uma carga elétrica gerada funda dentro do substrato de semicondutor 15 é movida na direção em plano por este campo elétrico.

[0158] De acordo com uma tal configuração, por exemplo, o tempo precisado para uma carga elétrica gerada funda no substrato de semicondutor 15 se mover para a região de foto-detecção pode ser reduzido.

[0159] Ademais, como descrito acima, um potencial permitindo a uma carga elétrica se mover facilmente de uma posição funda da primeira superfície do substrato de semicondutor 15 para uma posição rasa é adotado. Adotando uma tal relação de potencial, o tempo precisado para uma carga elétrica se mover para a região de foto- detecção pode ser ademais reduzido.

[0160] A concretização exemplar presente pode ser aplicada a todas as concretizações exemplares.

[0161] Figura 12 é uma vista secional esquemática do diodo de avalanche de acordo com uma quarta concretização exemplar. Sinais de referência semelhantes são anexados às unidades tendo funções semelhantes nas Figuras 1 a 11 e uma descrição detalhada disso é omitida.

[0162] Figura 12 é diferente da região de semicondutor de tipo P 2 na Figura 6 visto que uma região de semicondutor de tipo P 2B e uma região de semicondutor de tipo P 2A tendo profundidades diferentes estão configuradas.

[0163] Na Figura 12, a região de semicondutor de tipo P 2 inclui a região de semicondutor de tipo P 2B e a região de semicondutor de tipo P 2A. A região de semicondutor de tipo P 2A está disposta entre a região de semicondutor de tipo N 6 e a região de semicondutor de tipo P 3 constituindo a porção de isolamento 16 na primeira profundidade X. A região de semicondutor de tipo P 2B está disposta entre a região de semicondutor de tipo N 5 e a região de semicondutor de tipo N 4 na segundo profundidade Y. Uma porção da região de semicondutor de tipo P 2A entra em contato com a região de semicondutor de tipo N 5 e a outra região da região de semicondutor de tipo P 2A entra em contato com a região de semicondutor de tipo P 2B.

[0164] A seguir, a estrutura planar da porção de isolamento 16 e da região de conversão fotoelétrica cercada pelo porção de isolamento 16 em qualquer profundidade da estrutura de seção na Figura 12 será descrita com referência às Figuras 13A e 13B. Nas Figuras 13A e 13B, o limite de cada região de semicondutor é descrito em uma forma circular, mas o limite não está limitado a um tal exemplo. Incidentemente, a vista de cima esquemática do segmento de linha EF na profundidade Z é semelhante à Figura 7C e assim é omitida.

[0165] Figura 13A ilustra uma vista de cima esquemática do segmento de linha AB na primeira profundidade X da Figura 12. A região de semicondutor de tipo N 1 está incluída na região de semicondutor de tipo N 6. A região de semicondutor de tipo N 6 está incluída na região de semicondutor de tipo P 2A. A região de semicondutor de tipo P 2A está incluída na região de semicondutor de tipo P 3.

[0166] Figura 13B ilustra uma vista de cima esquemática do segmento de linha CD na segunda profundidade Y da Figura 12. A região de semicondutor de tipo N 4 está incluída na região de semicondutor de tipo P 2B. A região de semicondutor de tipo P 2B está incluída na região de semicondutor de tipo N 5. A região de semicondutor de tipo N 5 está incluída na região de semicondutor de tipo P 3.

[0167] Quando a Figura 13A é posta em cima da Figura 13B, a região de semicondutor de tipo P 2A sobrepõe a região de semicondutor de tipo P 2B e a região de semicondutor de tipo N 5.

[0168] De acordo com a configuração na concretização exemplar presente, uma porção da região onde a região de semicondutor de tipo P 2 está disposta na segunda profundidade Y da Figura 6 pode ser mudada para a região de semicondutor de tipo N 5. Por conseguinte, particularmente quando o tipo de iluminação de lado dianteiro é adotado, a eficiência de foto-detecção de luz de comprimento de onda curto pode ser melhorada.

[0169] A concretização exemplar presente pode ser aplicada a todas as concretizações exemplares.

[0170] Figura 14 é uma vista secional esquemática do diodo de avalanche de acordo com uma quinta concretização exemplar. Sinais de referência semelhantes são anexados às unidades tendo funções semelhantes nas Figuras 1 a 13B e uma descrição detalhada disso é omitida. Figura 14 é diferente de Figura 6 visto que uma pluralidade das regiões de semicondutor de tipo N 1 e uma pluralidade das regiões de semicondutor de tipo N 4 estão dispostas.

[0171] Figura 14 ilustra uma configuração na qual cada duas das regiões de semicondutor de tipo N 1 e das regiões de semicondutor de tipo N 4 estão dispostas, mas o número de regiões não está limitado a dois, contanto que mais de uma região esteja disposta.

[0172] Um região de semicondutor de tipo N 1A está cercada pela região de semicondutor de tipo N 6. Semelhantemente, uma região de semicondutor de tipo N 1B está cercada pela região de semicondutor de tipo N 6.

[0173] Um região de semicondutor de tipo N 4A está cercada pela região de semicondutor de tipo P 2. Semelhantemente, uma região de semicondutor de tipo N 4B está cercada pela região de semicondutor de tipo P 2.

[0174] A seguir, a estrutura planar da porção de isolamento 16 e da região de conversão fotoelétrica cercada pelo porção de isolamento 16 em qualquer profundidade da estrutura de seção na Figura 14 será descrita com referência às Figuras 15A e 15B. Nas Figuras 15A e 15B, o limite de cada região de semicondutor é descrito em uma forma circular, mas o limite não está limitado a um tal exemplo. Incidentemente, a vista de cima esquemática do segmento de linha EF na profundidade Z é semelhante à Figura 7C e assim é omitida.

[0175] Figura 15A ilustra uma vista de cima esquemática do segmento de linha AB na profundidade X da Figura 14. A região de semicondutor de tipo N 1A e a região de semicondutor de tipo N 1B está cada uma incluída na região de semicondutor de tipo N 6. A região de semicondutor de tipo N 6 está incluída na região de semicondutor de tipo P 3. A área da região de semicondutor de tipo N 6 é maior que aquela da região de semicondutor de tipo N 1A ou da região de semicondutor de tipo N 1B.

[0176] Figura 15B ilustra uma vista de cima esquemática do segmento de linha CD na profundidade Y da Figura 14. A região de semicondutor de tipo N 4A e a região de semicondutor de tipo N 4B está cada uma incluída na região de semicondutor de tipo P 2. A região de semicondutor de tipo P 2 está incluída na região de semicondutor de tipo P 7.

[0177] Quando a Figura 15B é posta em cima da Figura 7C, a região de semicondutor de tipo N 4A, a região de semicondutor de tipo N 4B, e a região de semicondutor de tipo P 2 sobrepõem a região de semicondutor de tipo N 5.

[0178] Também quando a Figura 15A é posta em cima da Figura 15B, a região de semicondutor de tipo N 1A sobrepõe pelo menos uma porção da região de semicondutor de tipo N 4A em vista de cima. A região de semicondutor de tipo N 1B sobrepõe pelo menos uma porção da região de semicondutor de tipo N 4B em vista de cima. Como descrito acima, todas as regiões na região de semicondutor de tipo N 1 sobrepõem a região de semicondutor de tipo N 4 em vista de cima como estando incluída nela.

[0179] Quando a Figura 15A é posta em cima da Figura 15B, a região de semicondutor de tipo N 6 sobrepõe pelo menos uma porção da região de semicondutor de tipo P 2.

[0180] De acordo com a configuração na concretização exemplar presente, uma distância de movimento média de uma carga elétrica gerada na região de conversão fotoelétrica à região de foto-detecção pode ser encurtada pela região de semicondutor de tipo N 1 e pela região de semicondutor de tipo N 4, cada uma das quais está disposta em uma pluralidade de locais. Portanto, o tempo precisado para detecção de carga elétrica de uma carga elétrica gerada a uma posição funda da região de conversão fotoelétrica pode ser reduzido.

[0181] A concretização exemplar presente pode ser aplicada a todas as concretizações exemplares.

[0182] Figura 16 é uma vista secional esquemática do diodo de avalanche e da unidade de controle de acordo com uma sexta concretização exemplar. Sinais de referência semelhantes são anexados às unidades tendo funções semelhantes nas Figuras 1 a 15B e uma descrição detalhada disso é omitida.

[0183] Na Figura 16, a unidade de conversão fotoelétrica 201 e a unidade de controle 202 estão dispostas em substratos de semicondutor diferentes. A configuração do diodo de avalanche constituindo a unidade de conversão fotoelétrica 201 é semelhante àquela na primeira concretização exemplar. Uma pluralidade de unidades da unidade de conversão fotoelétrica 201 está disposta no substrato de semicondutor 15. Aqui, como um exemplo, uma configuração na qual dois diodos de avalanche estão dispostos é ilustrada. A unidade de controle 202 e uma linha condutiva 1107 conectada à unidade de controle 202 estão dispostas sobre um substrato de semicondutor 1102. Aqui, uma configuração na qual a unidade de controle 202 e a linha condutiva 1107 estão dispostas no substrato de semicondutor 1102 é ilustrada, mas também outros circuitos podem ser dispostos.

[0184] O diodo de avalanche de acordo com a concretização exemplar presente está configurado como um tipo de retro-iluminação. Luz entra na direção da região de semicondutor de tipo N 5 para a região de semicondutor de tipo N 1. Neste caso, a luz entra na região de semicondutor de tipo N 5 atravessando uma microlente 1103 e um filtro de cor 1104.

[0185] Como descrito acima, a conversão fotoelétrica ocorre na região de semicondutor de tipo N 5 e uma carga elétrica gerada se move para a região de semicondutor de tipo N 1 atravessando a região de semicondutor de tipo N 4. Amplificação de avalanche é causada por um campo elétrico entre a região de semicondutor de tipo N 1 e uma camada de depleção gerada entre a região de semicondutor de tipo P 2 e a região de semicondutor de tipo N 4 de forma que uma corrente flua para a linha condutiva 9.

[0186] A linha condutiva 9 está conectada à unidade de controle 202 provida no substrato de semicondutor 1102 criado separadamente por uma porção de conexão 1105.

[0187] Um sinal detectado para cada diodo de avalanche é processado por um circuito de varredura ou similar provido na periferia de uma região de pixel do substrato de semicondutor 1102. Incidentemente, o circuito de varredura também pode ser disposto sobre um substrato de semicondutor diferente do substrato de semicondutor 15 e do substrato de semicondutor 1102.

[0188] De acordo com a configuração na concretização exemplar presente, o substrato de semicondutor 1102 diferente do substrato de semicondutor 15 no qual um diodo de avalanche está disposto é empilhado nisso. Então, arranjando um circuito de processamento tal como a unidade de controle 202 no substrato de semicondutor 1102 que foi empilhado, a eficiência de foto-detecção pode ser melhorada aumentando a relação de abertura do diodo de avalanche.

[0189] Quando a microlente 1103 é disposta em cada diodo de avalanche na concretização exemplar presente, uma relação posicional tal que o eixo óptico do microlente 1103 seja incluído na região de semicondutor de tipo N 4 em vista de cima é adotada. Se, por exemplo, luz vertical entrar em uma área de centro do elemento de conversão fotoelétrica 101, a distribuição de probabilidade de geração de uma carga de sinal dentro da região de semicondutor de tipo N 5 é máxima perto do eixo óptico da microlente 1103. Aqui, o eixo óptico da microlente 1103 é um eixo atravessando o centro da microlente 1103 em vista de cima e perpendicular ao substrato de semicondutor 15.

[0190] De acordo com a configuração na concretização exemplar presente, se o eixo óptico do microlente 1103 estivar incluído na região de semicondutor de tipo N 4 bidimensionalmente, uma carga elétrica é mais provável ser gerada a uma posição da região de semicondutor de tipo N 5 mais perto da região de semicondutor de tipo N 4 em vista de cima. Então, a probabilidade de geração de uma carga elétrica gerada a uma posição bidimensionalmente mais distante pode ser reduzida de forma que deterioração da resolução de tempo até que uma carga elétrica seja detectada na região de foto-detecção pode ser suprimida por uma carga elétrica gerada a uma posição rasa da primeira superfície do substrato de semicondutor 15 e uma carga elétrica gerada a uma posição funda disso.

[0191] Na concretização exemplar presente, um fotodiodo de tipo de retro- iluminação está configurado, mas o tipo de iluminação de lado dianteiro também pode alcançar efeitos de acordo com a concretização exemplar presente, quer dizer, alta eficiência de foto-detecção e baixa resistência de corrente contínua (DCR) ao mesmo tempo. Porém, na concretização exemplar presente, porque a unidade de conversão fotoelétrica está configurada para ser formada no lado traseiro, o tipo de retro- iluminação pode detectar uma carga elétrica gerada perto da superfície superior (o lado de incidência de luz) do substrato mais eficazmente do que o tipo de iluminação de lado dianteiro. Quer dizer, do ponto de vista de ser capaz de implementar a alta eficiência de foto-detecção em uma ampla gama de comprimento de onda de comprimentos de onda curtos para comprimentos de onda longos, o tipo de retro- iluminação é adotado para a unidade de conversão fotoelétrica 201 na concretização exemplar presente.

[0192] A concretização exemplar presente pode ser aplicada a todas as concretizações exemplares.

[0193] Em uma sétima concretização exemplar, um exemplo do sistema de foto- detecção usando o aparelho de foto-detecção 1010 de acordo com cada concretização exemplar será descrito. Um sistema de detecção de luz invisível como um exemplo do sistema de foto-detecção e um sistema de diagnóstico médico tal como tomografia de emissão de pósitrons (PET) serão descritos com referência à Figura 17. Sinais de referência semelhantes são anexados às unidades tendo funções semelhantes nas Figuras 1 a 16 e uma descrição detalhada disso é omitida. Incidentemente, o pixel 100 de acordo com a concretização exemplar presente inclui um TDC e uma memória em vez do circuito de contador 209 na Figura 5. Aqui, uma descrição é provida assumindo que o TDC é um TDC 204 e a memória é uma memória 205.

[0194] Figura 17 é um diagrama de bloco ilustrando a configuração de um sistema de detecção de luz invisível. O sistema de detecção de luz invisível inclui uma unidade de conversão de comprimento de onda 1201 e uma unidade de processamento de dados 1207 e uma pluralidade dos aparelhos de foto-detecção 1010.

[0195] Uma objeto de fonte de irradiação 1200 emite luz da gama de comprimento de onda para ser luz invisível. A unidade de conversão de comprimento de onda 1201 recebe luz da gama de comprimento de onda para ser luz invisível emitida do objeto de fonte de irradiação 1200 e emite luz visível.

[0196] A unidade de conversão fotoelétrica 201 que emitiu que a luz visível emitida da unidade de conversão de comprimento de onda 1201 entrou executa a conversão fotoelétrica e os aparelhos de foto-detecção 1010 contêm um sinal digital baseado em um sinal baseado em uma carga elétrica convertida fotoeletricamente na memória 205 pela unidade de controle 202, pela unidade conformadora de forma de onda 203, e o TDC 204. A pluralidade de aparelhos de foto-detecção 1010 pode ser formada como um aparelho ou uma pluralidade de aparelhos sendo dispostos.

[0197] Uma pluralidade de sinais digitais da pluralidade de aparelhos de foto- detecção 1010 contidos na memória 205 são processados em sinal pela unidade de processamento de dados 1207. Aqui, como uma unidade de processamento de sinal, um processo de combinação de uma pluralidade de imagens obtidas da pluralidade de sinais digitais é executado.

[0198] A seguir, como um exemplo concreto do sistema de detecção de luz invisível, a configuração de um sistema de diagnóstico médico tal como PET será descrita.

[0199] Um objeto como o objeto de fonte de irradiação 1200 emite um par de radiação de dentro do corpo. A unidade de conversão de comprimento de onda 1201 constitui um cintilador e o cintilador emite luz visível quando um par de radiação emitida do objeto entra.

[0200] A unidade de conversão fotoelétrica 201 que luz visível emitida do cintilador entrou executa conversão fotoelétrica e os aparelhos de foto-detecção 1010 contêm um sinal digital baseado em um sinal baseado em uma carga elétrica convertida fotoeletricamente na memória 205 pela unidade de controle 202, pela unidade conformadora de forma de onda 203, e o TDC 204. Quer dizer, o aparelho de foto- detecção 1010 está disposto para detectar o tempo de chegada de um par de radiação emitida do objeto e detecta a luz visível emitida do cintilador e contém um sinal digital na memória 205.

[0201] Sinais digitais da pluralidade de aparelhos de foto-detecção 1010 contidos na memória 205 são processados em sinal pela unidade de processamento de dados 1207. Aqui, como uma unidade de processamento de sinal, um processo de combinação tal como uma reconfiguração de imagem é executada usando uma pluralidade de imagens obtidas da pluralidade de sinais digitais para formar uma imagem dentro do corpo do objeto.

[0202] Em uma oitava concretização exemplar, um exemplo do sistema de foto- detecção usando o aparelho de foto-detecção 1010 de acordo com cada concretização exemplar será descrito. Sinais de referência semelhantes são anexados às unidades tendo funções semelhantes nas Figuras 1 a 16 e uma descrição detalhada disso é omitida.

[0203] Um sistema de detecção de distância como um exemplo do sistema de foto- detecção será descrito na Figura 18. Incidentemente, o pixel 100 de acordo com a concretização exemplar presente inclui um TDC e uma memória em vez do circuito de contador 209 na Figura 5. Aqui, uma descrição é provida assumindo que o TDC é o TDC 204 e a memória é a memória 205.

[0204] Um exemplo do diagrama de bloco do sistema de detecção de distância de acordo com a concretização exemplar presente será descrito com referência à Figura 18. O sistema de detecção de distância inclui uma unidade de controle de fonte luminosa 1301, uma unidade de emissão de luz 1302, um membro óptico 1303, o aparelho de foto-detecção 1010, e uma unidade de cálculo de distância 1309.

[0205] A unidade de controle de fonte luminosa 1301 controla o acionamento da unidade de emissão de luz 1302. A unidade de emissão de luz 1302 emite luz de um pulso curto (trem) na direção de fotografia quando um sinal é recebido da unidade de controle de fonte luminosa 1301.

[0206] A luz emitida da unidade de emissão de luz 1302 é refletida por um sujeito 1304. A luz refletida é recebida pela unidade de conversão fotoelétrica 201 do aparelho de foto-detecção 1010 pelo membro óptico 1303 e um sinal baseado em uma carga elétrica convertida fotoeletricamente é entrado no TDC 204 pela unidade conformadora de forma de onda 203.

[0207] O TDC 204 compara um sinal obtido da unidade de controle de fonte luminosa 1301 e um sinal entrado da unidade conformadora de forma de onda 203. Então, o TDC 204 converte digitalmente o tempo de emissão de luz de pulso da unidade de emissão de luz 1302 para recepção de luz refletida, refletida pelo sujeito 1304 com alta precisão. Uma sinal digital saído do TDC 204 é contido na memória 205.

[0208] A unidade de cálculo de distância 1309 calcula a distância do aparelho de foto-detecção 1010 ao sujeito 1304 baseado em sinais digitais de uma pluralidade de medições contidas na memória 205. O sistema de detecção de distância pode ser aplicado como, por exemplo, um sistema em veículo.

[0209] A seguir, um exemplo do sistema de foto-detecção quando o circuito de contador 209 na Figura 5 é ilustrado nas Figuras 19A e 19B. Nas Figuras 19A e 19B, o sistema de foto-detecção relacionado a uma câmera em veículo como um exemplo do sistema de foto-detecção é ilustrado.

[0210] Um sistema de foto-detecção 1000 é um sistema de foto-detecção incluindo um pixel de focalização e um pixel de geração de imagem de acordo com a exposição. O sistema de foto-detecção 1000 inclui uma unidade de processamento de imagem 1030 que executa processamento de imagem em uma pluralidade de sinais digitais adquiridos pelo aparelho de foto-detecção 1010. Ademais, o sistema de foto-detecção 1000 inclui uma unidade de cálculo de paralaxe 1040 que calcula um paralaxe (diferença de fase entre imagens paralácticas) de uma pluralidade de pedaços de dados de imagem adquiridos pela unidade de processamento de imagem 1030.

[0211] O sistema de foto-detecção 1000 também inclui uma unidade medidora de distância 1050 que calcula a distância a um objeto visado baseado em um paralaxe calculado e uma unidade de determinação de colisão 1060 que determina se uma colisão pode ocorrer baseado em uma distância calculada. Aqui, a unidade de cálculo de paralaxe 1040 e a unidade medidora de distância 1050 são exemplos de uma unidade de aquisição de informação de distância que adquire a informação de distância a um objeto visado. Quer dizer, a informação de distância é informação sobre o paralaxe, quantidade de desfocagem, distância a um objeto visado e similar.

[0212] A unidade de determinação de colisão 1060 pode determinar a possibilidade de colisão usando qualquer pedaço da informação anterior. A unidade de aquisição de informação de distância pode ser implementada por hardware projetado especialmente, um módulo de software, ou uma combinação disso. A unidade de aquisição de informação de distância também pode ser implementada por um arranjo de portas programáveis em campo (FPGA) ou um circuito integrado específico de aplicação (ASIC) ou ademais, uma combinação disso.

[0213] O sistema de foto-detecção 1000 está conectado a um aparelho de aquisição de informação de veículo 1310 e pode adquirir informação de veículo tal como a velocidade de veículo, taxa de guinada, ângulo de volante e similar. O sistema de foto-detecção 1000 também está conectado a uma unidade de controle eletrônica (ECU) 1410 como um aparelho de controle para produzir um sinal de controle que faz um veículo gerar uma força de frenagem baseada em um resultado de determinação pela unidade de determinação de colisão 1060.

[0214] O sistema de foto-detecção 1000 também está conectado a um dispositivo de advertência 1420 que emite uma advertência ao motorista baseada em um resultado de determinação pela unidade de determinação de colisão 1060. Se, por exemplo, a possibilidade de colisão for alta como um resultado de determinação pela unidade de determinação de colisão 1060, a ECU de controle 1410 exerce controle de veículo que evita uma colisão aplicando o freio, liberando o acelerador, ou controlando a saída de motor para diminuir dano. O dispositivo de advertência 1420 emite uma advertência causando um alarme tal como som, exibindo informação de advertência sobre a tela de um sistema de navegação de carro ou similar, ou gerando vibrações em um cinto de segurança ou direção.

[0215] Na concretização exemplar presente, ambientes, por exemplo, a frente ou a traseira de um veículo são visualizadas pelo sistema de foto-detecção 1000. Na Figura 19B, o sistema de foto-detecção é ilustrado quando a frente de um veículo é visualizada. O controle que previne uma colisão com outros veículos é descrito acima, mas a concretização exemplar presente também pode ser aplicada para controle de auto-direção seguindo outro veículo ou controle de auto-direção impedindo o veículo de se desviar da pista. Ademais, o sistema de foto-detecção 1000 pode ser aplicado não só a veículos tal como um veículo local, mas também a corpos em movimento (aparelhos em movimento), por exemplo, navios, aviões, ou robôs industriais. Além de corpos em movimento, o sistema de foto-detecção 1000 também pode ser aplicado a dispositivos usando amplamente reconhecimento de objeto tais como Sistemas de Transporte Inteligentes (ITS).

[0216] Enquanto a exposição foi descrita com referência a concretizações exemplares, é para ser entendido que a exposição não está limitada às concretizações exemplares expostas. A extensão das reivindicações seguintes é para ser outorgada à interpretação mais ampla de modo a cercar todas as tais modificações e estruturas e funções equivalentes.

Claims

1. Aparelho de foto-detecção caracterizado pelo fato de que compreende: um substrato de semicondutor (15) tendo uma primeira superfície e uma segunda superfície oposta à primeira superfície; e uma unidade de pixel tendo uma pluralidade de pixels, cada um incluindo um diodo de avalanche disposto sobre o substrato de semicondutor (15), em que o diodo de avalanche inclui: uma primeira região de semicondutor (71, 1) de um primeiro tipo de condutividade disposta em uma primeira profundidade; uma segunda região de semicondutor (76, 6) disposta em contato com a primeira região de semicondutor (71, 1); uma terceira região de semicondutor (74, 24) disposta em uma segunda profundidade mais funda que a primeira profundidade com relação à primeira superfície; uma quarta região de semicondutor (72, 2) de um segundo tipo de condutividade que é um tipo de condutividade oposta do primeiro tipo de condutividade, disposta em contato com a terceira região de semicondutor (74, 24); uma quinta região de semicondutor (75, 5) disposta em uma terceira profundidade mais funda que a segunda profundidade com relação à primeira superfície; e uma porção de isolamento (16) que isola cada um da pluralidade de pixels dispostos na unidade de pixel, e em que, em vista plana, a primeira região de semicondutor (71, 1) sobrepõe pelo menos uma porção da terceira região de semicondutor (74, 24), a segunda região de semicondutor (76, 6) sobrepõe pelo menos uma porção da quarta região de semicondutor (72, 2), e a terceira região de semicondutor (74, 24) e a quarta região de semicondutor (72, 2) sobrepõem a quinta região de semicondutor (75, 5), uma altura de um potencial da terceira região de semicondutor (74, 24) com relação a uma carga elétrica do primeiro tipo de condutividade é mais baixa que uma altura de um potencial da quarta região de semicondutor (72, 2) com relação à carga elétrica do primeiro tipo de condutividade, e uma diferença entre uma altura de um potencial da primeira região de semicondutor (71, 1) com relação à carga elétrica do primeiro tipo de condutividade e a altura do potencial da terceira região de semicondutor (74, 24) com relação à carga elétrica do primeiro tipo de condutividade é maior que uma diferença entre uma altura de um potencial da segunda região de semicondutor (76, 6) com relação à carga elétrica do primeiro tipo de condutividade e a altura do potencial da quarta região de semicondutor (72, 2) com relação à carga elétrica do primeiro tipo de condutividade.

2. Aparelho de foto-detecção de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira região de semicondutor (71, 1) sobrepõe a terceira região de semicondutor (74, 24) em vista plana.

3. Aparelho de foto-detecção de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a terceira região de semicondutor (74, 24) é uma região de semicondutor do primeiro tipo de condutividade onde uma concentração de impureza é mais baixa do que uma concentração de impureza da primeira região de semicondutor (71, 1), a terceira região de semicondutor (74, 24) e a quarta região de semicondutor (72, 2) formam uma junção PN, e a concentração de impureza da terceira região de semicondutor (74, 24) é uma concentração de impureza com a qual a terceira região de semicondutor (74, 24) é esvaziada quando um potencial a ser uma polarização inversa é provido à junção PN.

4. Aparelho de foto-detecção de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que uma concentração de impureza Nd da terceira região de semicondutor (74, 24), uma concentração de impureza Na da quarta região de semicondutor (72, 2), uma carga elétrica elementar q, uma constante dielétrica ε de um semicondutor, uma diferença de potencial V da junção PN entre a terceira região de semicondutor (74, 24) e a quarta região de semicondutor (72, 2), e um comprimento D da terceira região de semicondutor (74, 24) circundada pela quarta região de semicondutor (72, 2) satisfazem a Fórmula 1:

5. Aparelho de foto-detecção caracterizado pelo fato de que compreende: um substrato de semicondutor (15) tendo uma primeira superfície e uma segunda superfície oposta à primeira superfície; e uma unidade de pixel tendo uma pluralidade de pixels, cada um incluindo um diodo de avalanche disposto no substrato de semicondutor (15), em que o diodo de avalanche inclui: uma primeira região de semicondutor (71, 1) de um primeiro tipo de condutividade disposta em uma primeira profundidade; uma segunda região de semicondutor (76, 6) do primeiro tipo de condutividade disposta em contato com a primeira região de semicondutor (71, 1); uma terceira região de semicondutor (74, 24) do primeiro tipo de condutividade disposta em uma segunda profundidade mais funda que a primeira profundidade com relação à primeira superfície; uma quarta região de semicondutor (72, 2) de um segundo tipo de condutividade que é um tipo de condutividade oposta do primeiro tipo de condutividade, disposta em contato com a terceira região de semicondutor (74, 24); e uma quinta região de semicondutor (75, 5) disposta em uma terceira profundidade mais funda que a segunda profundidade com relação à primeira superfície, e em que, em vista plana, a primeira região de semicondutor (71, 1) sobrepõe pelo menos uma porção da terceira região de semicondutor (74, 24), a segunda região de semicondutor (76, 6) sobrepõe pelo menos uma porção da quarta região de semicondutor (72, 2), e a terceira região de semicondutor (74, 24) e a quarta região de semicondutor (72, 2) sobrepõe a quinta região de semicondutor (75, 5), uma concentração de impureza da primeira região de semicondutor (71, 1) é 6,0 x 1018 [átomos/cm3] ou mais, uma concentração de impureza da segunda região de semicondutor (76, 6) é 1,0 x 1016 [átomos/cm3] ou mais e 1,0 x io18 [átomos/cm3] ou menos, uma concentração de impureza da terceira região de semicondutor (74, 24) é 1,0 x 1017 [átomos/cm3] ou menos, e uma concentração de impureza da quarta região de semicondutor (72, 2) é 1,0 x 1016 [átomos/cm3] ou mais.

6. Aparelho de foto-detecção de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a terceira região de semicondutor (74, 24) é uma região de semicondutor do segundo tipo de condutividade onde uma concentração de impureza é mais baixa que uma concentração de impureza da quarta região de semicondutor (72, 2), e a terceira região de semicondutor (74, 24) e a primeira região de semicondutor (71, 1) formam uma junção PN.

7. Aparelho de foto-detecção de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a quinta região de semicondutor (75, 5) é uma região de semicondutor do primeiro tipo de condutividade onde uma concentração de impureza é igual ou menor que uma concentração de impureza da terceira região de semicondutor (74, 24).

8. Aparelho de foto-detecção de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a quinta região de semicondutor (75, 5) é uma região de semicondutor do segundo tipo de condutividade onde uma concentração de impureza é mais baixa que uma concentração de impureza da quarta região de semicondutor (72, 2).

9. Aparelho de foto-detecção de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a quinta região de semicondutor (75, 5) tem uma altura de um potencial com relação à carga elétrica do primeiro tipo de condutividade mais baixa a uma posição rasa com relação à primeira superfície que a uma posição funda com relação à primeira superfície.

10. Aparelho de foto-detecção de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a terceira região de semicondutor (74, 24) está incluída na quarta região de semicondutor (72, 2) na segunda profundidade.

11. Aparelho de foto-detecção de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a porção de isolamento inclui: uma sexta região de semicondutor (3) do segundo tipo de condutividade disposta sobre um lado no qual a primeira superfície está localizada, uma concentração de impureza da sexta região de semicondutor (3) sendo mais alta que uma concentração de impureza da quarta região de semicondutor (72, 2); e uma sétima região de semicondutor (7) do segundo tipo de condutividade disposta a uma posição mais funda que a sexta região de semicondutor (3) com relação à primeira superfície, uma concentração de impureza da sétima região de semicondutor (7) sendo mais alta que a concentração de impureza da quarta região de semicondutor (72, 2) e mais baixa que a concentração de impureza da sexta região de semicondutor (3), e em que a quarta região de semicondutor (72, 2), a sexta região de semicondutor (3), e a sétima região de semicondutor (7) estão conectadas eletricamente.

12. Aparelho de foto-detecção de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que uma oitava região de semicondutor (8) do segundo tipo de condutividade está disposta a uma posição mais funda que a quinta região de semicondutor (75, 5) com relação à primeira superfície, e a oitava região de semicondutor (8) e uma região de semicondutor do segundo tipo de condutividade incluída na porção de isolamento estão conectadas.

13. Aparelho de foto-detecção de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a segunda região de semicondutor (76, 6) tem um gradiente de uma concentração de impureza, e uma região de semicondutor do primeiro tipo de condutividade está disposta em uma região perto da primeira região de semicondutor (71, 1), e uma região de semicondutor do segundo tipo de condutividade está disposta em uma região perto da porção de isolamento.

14. Aparelho de foto-detecção de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a quinta região de semicondutor (75, 5) tem uma altura de um potencial mais baixa em uma região mais distante da porção de isolamento (16) do que em uma região perto da porção de isolamento (16) em uma direção paralela à primeira superfície.

15. Aparelho de foto-detecção de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que uma nona região de semicondutor (2A) do segundo tipo de condutividade está disposta entre a porção de isolamento (16) e a segunda região de semicondutor (76, 6) na primeira profundidade de forma que a nona região de semicondutor (2A) está em contato com a porção de isolamento (16), uma porção da quinta região de semicondutor (75, 5) está disposta entre a quarta região de semicondutor (72, 2) e a porção de isolamento (16) na segunda profundidade, e uma porção da nona região de semicondutor (2A) está em contato com a porção da quinta região de semicondutor (75, 5), e outra região da nona região de semicondutor (2A) está em contato com a quarta região de semicondutor (72, 2).

16. Aparelho de foto-detecção de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma pluralidade das primeiras regiões de semicondutor (71, 1) e uma pluralidade das terceiras regiões de semicondutor (74, 24) está disposta em cada um dos pixels, cada uma da pluralidade de primeiras regiões de semicondutor (71, 1) está incluída na segunda região de semicondutor (76, 6) em vista plana na primeira profundidade, e cada uma da pluralidade de terceiras regiões de semicondutor (74, 24) está incluída na quarta região de semicondutor (72, 2) em vista plana na segunda profundidade.

17. Aparelho de foto-detecção de acordo com reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que adicionalmente compreende um substrato de semicondutor diferente, diferente do substrato de semicondutor (15), em que uma unidade de controle (202) configurada para controlar um potencial provido à primeira região de semicondutor (71, 1) está disposta no substrato de semicondutor diferente, em que o substrato de semicondutor (15) e o substrato de semicondutor diferente são empilhados, e em que a primeira região de semicondutor (71, 1) e a unidade de controle (202) estão conectadas eletricamente por uma linha condutiva.

18. Corpo móvel caracterizado pelo fato de que compreende: o aparelho de foto-detecção do tipo definido na reivindicação 1; uma unidade de aquisição de informação de distância (1309) configurada para adquirir informação de distância indicando uma distância para um objeto visado a partir de uma imagem paraláctica baseada em um sinal do aparelho de foto- detecção; e uma unidade de controle (1410) configurada para controlar o corpo móvel com base na informação de distância.

19. Aparelho de foto-detecção caracterizado pelo fato de que compreende: um substrato de semicondutor (15) tendo uma primeira superfície e uma segunda superfície oposta à primeira superfície; e uma unidade de pixel tendo uma pluralidade de pixels, cada um incluindo um diodo de avalanche disposto no substrato de semicondutor (15), em que o diodo de avalanche inclui: uma primeira região de semicondutor (71, 1) de um primeiro tipo de condutividade disposta em uma primeira profundidade; uma segunda região de semicondutor (76, 6) do primeiro tipo de condutividade disposta em contato com a primeira região de semicondutor (71, 1); uma terceira região de semicondutor (74, 24) do primeiro tipo de condutividade disposta em uma segunda profundidade mais funda que a primeira profundidade com relação à primeira superfície; uma quarta região de semicondutor (72, 2) de um segundo tipo de condutividade que é um tipo de condutividade oposto do primeiro tipo de condutividade, disposta em contato com a terceira região de semicondutor (74, 24); e uma quinta região de semicondutor (75, 5) do primeiro tipo de condutividade disposta em uma terceira profundidade mais funda que a segunda profundidade com relação à primeira superfície, e em que, em vista plana, a primeira região de semicondutor (71, 1) sobrepõe pelo menos uma porção da terceira região de semicondutor (74, 24), a segunda região de semicondutor (76, 6) sobrepõe pelo menos uma porção da quarta região de semicondutor (72, 2), e a terceira região de semicondutor (74, 24) e a quarta região de semicondutor (72, 2) sobrepõem a quinta região de semicondutor (75, 5).

20. Aparelho de foto-detecção de acordo com reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que uma concentração de impureza da segunda região de semicondutor (76, 6) é mais baixa que uma concentração de impureza da primeira região de semicondutor (71, 1), uma concentração de impureza da terceira região de semicondutor (74, 24) é mais baixa que a concentração de impureza da primeira região de semicondutor (71, 1), e uma concentração de impureza da quinta região de semicondutor (75, 5) é mais baixa que a concentração de impureza da primeira região de semicondutor (71, 1).