CN113167643B - 光检测装置及光检测装置的制造方法 - Google Patents

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Abstract

光检测装置(1)具备半导体基板(10)。半导体基板(10)中，从与主面(10+a)正交的方向观察，APD(11)和温度补偿用二极管(12)相互分开地形成。半导体基板(10)具有从与主面(10a)正交的方向观察包围APD(11)，且吸收位于周边的载流子的周边载流子吸收部(13)。从与主面(10a)正交的方向观察，周边载流子吸收部(13)的一部分位于APD(11)和温度补偿用二极管(12)之间。

Description

光检测装置及光检测装置的制造方法
技术领域
本发明涉及光检测装置及光检测装置的制造方法。
背景技术
为了相对于温度进行稳定的光检测，已知有控制施加于雪崩光电二极管的偏置电压的结构(例如，专利文献1)。专利文献1中，与温度补偿用二极管的击穿电压对应的电压作为偏置电压施加于雪崩光电二极管。以下，在本说明书中，将“雪崩光电二极管”称为“APD”。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平07－27607号公报
发明内容
发明所要解决的问题
专利文献1中，为了实现相对于信号检测用的APD的倍增率的温度补偿，具有与信号检测用的APD相同的温度特性的APD被用作所述的温度补偿用二极管。信号检测用的APD和作为温度补偿用二极管的APD的温度特性越接近，越能够提高光检测装置的温度补偿的精度。但是，为了得到期望的温度补偿的精度，需要对放大率和偏置电压的关系用于选定并组合具有期望的温度特性的APD的检查。因此，具备具有期望的温度特性的两个APD的光检测装置的制造成本降低变得困难。
光检测装置被用于各种用途。因此，需要在与各个用途对应的环境下确保光检测装置的检测精度。例如，在车载用途中使用光检测装置的情况下，需要100℃以上的高温环境下的检测精度的确保。但是，在这种高温环境下，在构成APD的半导体基板内产生热引起的载流子。如果产生的载流子到达APD，则在APD的检测结果中产生光子散粒噪声。
本发明的一个方式的目的在于，提供在抑制制造成本的同时，提高了检测精度的光检测装置。本发明的另一方式的目的在于，提供在抑制制造成本的同时，提高了检测精度的光检测装置的制造方法。本发明的又一方式的目的在于，提供在抑制制造成本的同时，提高了检测精度的光检测装置。
用于解决问题的技术方案
本发明的一个方式提供一种光检测装置，其中，通过将与施加于温度补偿用二极管的击穿电压对应的电压作为偏置电压施加于APD，而进行APD的倍增率的温度补偿。该光检测装置具备半导体基板。半导体基板具有相互对置的第一主面及第二主面。在半导体基板中，从与第一主面正交的方向观察，相互分开地形成有APD和温度补偿用二极管。半导体基板具有吸收位于周边的载流子的周边载流子吸收部。从与第一主面正交的方向观察，周边载流子吸收部包围APD。从与第一主面正交的方向观察，周边载流子吸收部的一部分位于APD和温度补偿用二极管之间。
在所述一个方式中，从与第一主面正交的方向观察，周边载流子吸收部包围APD。因此，抑制在高温环境下在半导体基板内产生的热引起的载流子到达APD，也实现检测精度的提高。
在所述一个方式中，APD及温度补偿用二极管形成于同一半导体基板。在该情况下，能够以容易比温度补偿用二极管和APD形成于不同的半导体基板的情况高的精度，形成与放大率和偏置电压相关的温度特性相等的温度补偿用二极管及APD。因此，可在抑制制造成本的同时，实现相对于倍增率的温度补偿。
在对温度补偿用二极管施加击穿电压的情况下，温度补偿用二极管可能发光。当温度补偿用二极管发光时，由于温度补偿用二极管发出的光，在半导体基板内产生载流子。因此，在温度补偿用二极管和APD形成于同一半导体基板的状态下，该载流子可能对APD的检测结果造成影响。
在所述一个方式中，周边载流子吸收部位于APD和温度补偿用二极管之间。因此，通过温度补偿用二极管发光而产生的载流子在到达APD之前被周边载流子吸收部吸收。其结果，抑制温度补偿用二极管引起的载流子到达APD，也实现检测精度的进一步提高。
因此，在所述光检测装置中，在抑制制造成本的同时，实现相对于倍增率的温度补偿，也实现检测精度的提高。
在所述一个方式中，也可以在半导体基板的第一主面侧形成包含雪崩光电二极管的雪崩光电二极管阵列。从与第一主面正交的方向观察，周边载流子吸收部也可以包围雪崩光电二极管阵列。从与第一主面正交的方向观察，周边载流子吸收部的一部分也可以位于雪崩光电二极管阵列和温度补偿用二极管之间。在该情况下，即使在高温环境下在半导体基板内产生热引起的载流子，也抑制产生的载流子向APD阵列的到达。也抑制来自温度补偿用二极管的载流子到达APD阵列。
在所述一个方式中，光检测装置也可以具备第一电极、第二电极、及第三电极。第一电极也可以连接于APD，且输出来自该APD的信号。第二电极也可以连接于温度补偿用二极管。第三电极也可以连接于周边载流子吸收部。在该情况下，能够对APD、温度补偿用二极管、及周边载流子吸收部各自施加期望的电位。如果对周边载流子吸收部施加电压，则可进一步吸收由于温度补偿用二极管而产生的载流子。
在所述一个方式中，也可以具备第四电极。第四电极中，APD、温度补偿用二极管、及周边载流子吸收部也可以相互并联地连接。APD和温度补偿用二极管被并联地连接，因此，可对APD施加与温度补偿用二极管的击穿电压对应的电位。周边载流子吸收部也与APD及温度补偿用二极管并联地连接，因此，不额外设置电源，就能够对周边载流子吸收部施加电位。如果对周边载流子吸收部施加电压，则可进一步吸收由于温度补偿用二极管而产生的载流子。
在所述一个方式中，半导体基板也可以包含第一导电型的半导体区域。APD及温度补偿用二极管也可以分别包含第一半导体层和第二半导体层。第一半导体层也可以为与第一导电型不同的第二导电型。第二半导体层也可以为杂质浓度比半导体区域高的第一导电型。第二半导体层也可以位于半导体区域和第一半导体层之间。在该情况下，温度补偿用二极管为与APD一样的结构。因此，能够容易形成与放大率和偏置电压相关的温度特性与APD酷似的温度补偿用二极管。
在所述一个方式中，周边载流子吸收部也可以包含第二导电型的第三半导体层。在该情况下，可利用周边载流子吸收部进一步吸收由于温度补偿用二极管而产生的载流子。
在所述一个方式中，周边载流子吸收部也可以包含第一导电型的第三半导体层。在该情况下，可利用周边载流子吸收部进一步吸收由于温度补偿用二极管而产生的载流子。
在所述一个方式中，温度补偿用二极管的第二半导体层中的杂质浓度也可以比APD的第二半导体层中的杂质浓度高。在该情况下，可实现相对于以线性模式进行动作的APD的倍增率的温度补偿。
本发明的另一方式提供一种光检测装置的制造方法，其中，准备具有第一主面并且包含第一导电型的半导体区域的半导体晶片。在该半导体晶片中，通过向从与第一主面正交的方向观察而相互分开的第一部位和第二部位注入离子，而在第一部位及第二部位各自形成第一半导体层和第二半导体层。第一半导体层为与第一导电型不同的第二导电型。第二半导体层位于半导体区域和第一半导体层之间。第二半导体层为杂质浓度比半导体区域高的第一导电型。该制造方法中，向第一部位的第二半导体层进一步注入离子。
在所述另一方式中，在同一半导体基板上形成APD及温度补偿用二极管。在该情况下，能够以容易比温度补偿用二极管和APD形成于不同的半导体基板的情况高的精度，形成与放大率和偏置电压相关的温度特性相等的温度补偿用二极管及APD。换言之，可在抑制制造成本的同时，实现相对于倍增率的温度补偿。
在所述另一方式中，通过向第一部位和第二部位注入离子，而在第一部位及第二部位各自形成第一半导体层和第二半导体层。然后，进一步向第一部位的第二半导体层注入离子。在该情况下，能够容易制造与放大率和偏置电压相关的温度特性相等，并且分别设定成期望的击穿电压的温度补偿用二极管及APD。如果温度补偿用二极管和APD分别设定成期望的击穿电压，可实现检测精度的提高。
因此，在所述制造方法中，在抑制制造成本的同时，实现相对于倍增率的温度补偿，并实现检测精度的提高。
在所述另一方式中，第一离子注入工序中也可以具有：通过一次的离子注入处理在第一部位及第二部位各自形成第一半导体层，并且在第三部位形成第二导电型的第三半导体层的工序；在第一部位及第二部位各自形成第二半导体层的工序。第三部位也可以从与第一主面正交的方向观察从第一部位及第二部位分开。第一半导体层及第三半导体层也可以通过向第一部位及第二部位和第三部位注入第二导电型的杂质离子而形成。第二半导体层也可以通过向第一部位及第二部位注入第一导电型的杂质离子而形成。在该情况下，不增加离子注入的工序，而形成周边载流子吸收部。因此，降低制造成本。
本发明的又一方式提供一种光检测装置，其具备半导体基板。半导体基板具有相互对置的第一主面及第二主面。半导体基板具有第一APD、第二APD、周边载流子吸收部。第一APD在第一主面侧具有光入射面。从与第一主面正交的方向观察，第二APD从第一APD分开并且被遮光。从与第一主面正交的方向观察，周边载流子吸收部包围第一APD。周边载流子吸收部吸收位于周边的载流子。从与第一主面正交的方向观察，周边载流子吸收部的一部分位于第一APD和第二APD之间。
在所述又一方式中，从与第一主面正交的方向观察，周边载流子吸收部包围APD。因此，抑制在高温环境下在半导体基板内产生的热引起的载流子到达APD，也实现检测精度的提高。
在所述又一方式中，两个APD形成于同一半导体基板。在该情况下，能够以容易比两个APD形成于不同的半导体基板的情况高的精度，形成具有期望的温度特性的两个APD。因此，可实现具备在抑制制造成本的同时，具有期望的温度特性的两个APD的光检测装置。
在对第二APD施加了击穿电压的情况下，第二APD可能发光。在同一半导体基板上形成有两个APD的状态下，当一APD发光时，通过从该一APD发出的光，在半导体基板内产生载流子。因此，由于第二APD而产生的载流子可能对第一APD的检测结果造成影响。
在所述一个方式中，周边载流子吸收部的一部分位于第一APD和第二APD之间。因此，通过第二APD发光而产生的载流子在到达第一APD之前被周边载流子吸收部吸收。其结果，抑制第二APD引起的载流子到达第一APD，也实现检测精度的提高。
因此，在所述光检测装置中，在抑制制造成本的同时，也实现检测精度的提高。
发明效果
本发明的一个方式能够提供在抑制制造成本的同时，提高了检测精度的光检测装置。本发明的另一方式能够提供在抑制制造成本的同时，提高了检测精度的光检测装置的制造方法。本发明的又一方式能够提供在抑制制造成本的同时，提高了检测精度的光检测装置。
附图说明
图1是本实施方式的光检测装置的概略剖视图。
图2是光检测装置的俯视图。
图3是半导体基板的概略俯视图。
图4是用于说明光检测装置的电路结构的图。
图5是本实施方式的变形例的光检测装置的概略剖视图。
图6是本实施方式的变形例的半导体基板的概略俯视图。
图7是本实施方式的变形例的半导体基板的概略俯视图。
图8是本实施方式的变形例的半导体基板的概略俯视图。
图9是本实施方式的变形例的半导体基板的概略俯视图。
图10是本实施方式的变形例的半导体基板的概略俯视图。
图11是本实施方式的变形例的半导体基板的概略俯视图。
图12是用于说明本实施方式的变形例的光检测装置的电路结构的图。
图13是用于说明半导体基板的制造方法的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细地说明。此外，在说明中，对相同要素或具有相同功能的要素使用相同符号，并省略重复的说明。
首先，参照图1至图3说明本实施方式的光检测装置。光检测装置1具备半导体基板10。图1是光检测装置的概略剖视图。图2是光检测装置的俯视图。图3是光检测装置所含的半导体基板的概略俯视图。
半导体基板10具有APD11及温度补偿用二极管12。APD11及温度补偿用二极管12对于放大率和偏置电压的关系具有相等的温度特性。本实施方式中，与APD11的击穿电压和温度补偿用二极管12的击穿电压不同。本实施方式中，APD11的击穿电压一方比温度补偿用二极管12的击穿电压高。
光检测装置1中，通过对温度补偿用二极管12施加击穿电压，与该击穿电压对应的电压作为偏置电压被施加于APD11。本实施方式中，温度补偿用二极管12的击穿电压作为偏置电压被施加于APD11。APD11及温度补偿用二极管12对于放大率和偏置电压的关系具有相等的温度特性。在该情况下，当环境温度变化时，施加于温度补偿用二极管12的击穿电压变化。通过施加于温度补偿用二极管12的击穿电压的该变化，施加于APD11的偏置电压也根据环境温度进行变化，以维持APD11的放大率。即，光检测装置1中，利用温度补偿用二极管12，进行APD11的放大率的温度补偿。
如图1所示，半导体基板10具有相互对置的主面10a、10b。从与主面10a正交的方向观察，APD11及温度补偿用二极管12相互分开地形成于半导体基板10。APD11在主面10a侧具有光入射面11a。温度补偿用二极管12为被遮光的APD。
半导体基板10除了APD11及温度补偿用二极管12之外，还具有周边载流子吸收部13。从与主面10a正交的方向观察，周边载流子吸收部13的一部分位于APD11和温度补偿用二极管12之间。周边载流子吸收部13包围APD11。周边载流子吸收部13是吸收位于周边的载流子的区域。
接着，参照图1对本实施方式的光检测装置的结构进行更详细地说明。半导体基板10包含半导体区域21及半导体层31、32、33、34、35。APD11及温度补偿用二极管12分别包含半导体区域21及半导体层31、32、35。
周边载流子吸收部13包含半导体区域21及半导体层33、35。周边载流子吸收部13吸收半导体层33中位于周边的载流子。即，半导体层33作为吸收周边的载流子的周边载流子吸收层发挥作用。本实施方式中，从与主面10a正交的方向观察，周边载流子吸收部13是半导体基板10中被周边载流子吸收层的边缘13a、13b包围的部分。本实施方式中，边缘13a、13b为半导体层33的边缘。边缘13b位于比边缘13a靠APD11侧。
半导体区域21及半导体层32、34、35为第一导电型，半导体层31、33为第二导电型。半导体的杂质通过例如扩散法或离子注入法而被添加。本实施方式中，第一导电型为P型，第二导电型为N型。在半导体基板10以Si为基材的情况下，作为P型杂质，使用B等13族元素，作为N型杂质，使用N、P或As等15族元素。
半导体区域21位于半导体基板10的主面10a侧。半导体区域21构成主面10a的一部分。半导体区域21例如为P－型。
半导体层31构成主面10a的一部分。从与主面10a正交的方向观察，半导体层31与半导体区域21相接，且被半导体区域21包围。半导体层31例如为N+型。本实施方式中，半导体层31在APD11及温度补偿用二极管12各自中构成阴极。
半导体层32位于半导体区域21和半导体层31之间。换言之，半导体层32在主面10a侧与半导体层31相接，且在主面10b侧与半导体区域21相接。半导体层32的杂质浓度比半导体区域21高。半导体层32例如为P型。本实施方式中，温度补偿用二极管12的半导体层32的杂质浓度比APD11的半导体层32的杂质浓度高。半导体层32在APD11及温度补偿用二极管12各自中构成雪崩区域。
半导体层33构成主面10a的一部分。从与主面10a正交的方向观察，半导体层33与半导体区域21相接，且被半导体区域21包围。本实施方式中，周边载流子吸收部13由半导体层33构成，在半导体基板10中仅与半导体区域21相接。周边载流子吸收部13不包含相当于雪崩区域的层。本实施方式中，半导体层33为与半导体层31相同的杂质浓度。半导体层33例如为N+型。
半导体层34构成主面10a的一部分。从与主面10a正交的方向观察，半导体层34与半导体区域21相接，且被半导体区域21包围。本实施方式中，半导体层34的杂质浓度比半导体区域21及半导体层32高。半导体层34例如为P+型。半导体层34在未图示的部分连接于半导体层35。半导体层34构成光检测装置1的阳极。半导体层34例如构成APD11、温度补偿用二极管12、及周边载流子吸收部13的阳极。
半导体层35位于比半导体区域21靠半导体基板10的主面10b侧。半导体层35构成主面10b的整个面。半导体层35在主面10a侧与半导体区域21相接。本实施方式中，半导体层35的杂质浓度比半导体区域21及半导体层32高。半导体层35例如为P+型。半导体层35构成光检测装置1的阳极。半导体层35例如构成APD11、温度补偿用二极管12、及周边载流子吸收部13的阳极。
光检测装置1还具备：设置于半导体基板10的主面10a上的绝缘膜41；电极42、43、44、45；钝化膜46；抗反射膜47。绝缘膜41层叠于半导体基板10的主面10a上。绝缘膜41例如为硅氧化膜。电极42、43、44、45分别配置于绝缘膜41上。钝化膜46层叠于绝缘膜41及电极42、43、44、45上。抗反射膜47层叠于半导体基板10的主面10a上。
电极42贯通绝缘膜41，并连接于APD11的半导体层31。电极42的一部分从钝化膜46露出，且构成APD11的焊盘电极52。电极42在焊盘电极52输出来自APD11的信号。电极43贯通绝缘膜41，并连接于温度补偿用二极管12的半导体层31。电极43的一部分从钝化膜46露出，例如，构成温度补偿用二极管12的焊盘电极53。
电极44贯通绝缘膜41，并连接于周边载流子吸收部13的半导体层33。电极44的一部分从钝化膜46露出，例如，构成周边载流子吸收部13的焊盘电极54。电极45贯通绝缘膜41，并连接于半导体层34。即，电极45相对于APD11、温度补偿用二极管12、及周边载流子吸收部13连接。换言之，APD11、温度补偿用二极管12、及周边载流子吸收部13相对于电极45相互并联地连接。电极45的一部分从钝化膜46露出，例如构成焊盘电极55。
本实施方式中，在从与主面10a正交的方向观察光检测装置1的情况下，如图2所示，焊盘电极52、53、54、55配置于APD11的周边。本实施方式中，焊盘电极52为APD11的阴极用的焊盘电极。焊盘电极53为温度补偿用二极管12的阴极用的焊盘电极。焊盘电极54为周边载流子吸收部13的阴极用的焊盘电极。焊盘电极55为APD11、温度补偿用二极管12及周边载流子吸收部13的阳极用的焊盘电极。
在焊盘电极55相互并联地连接有APD11、温度补偿用二极管12、及周边载流子吸收部13。在对APD11、温度补偿用二极管12、及周边载流子吸收部13实施反方向偏置的情况下，对阴极用的焊盘电极施加正电压，对阳极用的焊盘电极施加负电压。
抗反射膜47层叠于APD11的半导体层31上。抗反射膜47的一部分从钝化膜46露出。因此，可向APD11的半导体层31入射透射了抗反射膜47的光。温度补偿用二极管12的半导体层31及周边载流子吸收部13的半导体层33被绝缘膜41覆盖而被遮光。因此，在与主面10a正交的方向上从主面10a侧观察光检测装置1的情况下，如图2所示，APD11的半导体层31能够辨识。温度补偿用二极管12的半导体层31及周边载流子吸收部13的半导体层33不能辨识。
图3是在与主面10a正交的方向上从主面10a侧观察半导体基板10的概略俯视图。如图3所示，APD11的半导体层31及温度补偿用二极管12的半导体层31从与主面10a正交的方向观察为圆形状。从与主面10a正交的方向观察，周边载流子吸收部13的半导体层33为圆环状，从APD11的半导体层31分开并包围该半导体层31。从与主面10a正交的方向观察，半导体层33的一部分位于APD11的半导体层31和温度补偿用二极管12的半导体层31之间。换言之，从与主面10a正交的方向观察，周边载流子吸收部13位于APD11和温度补偿用二极管12之间。
从与主面10a正交的方向观察，在将APD11和温度补偿用二极管12之间以最短距离连结的线段上，APD11和周边载流子吸收部13之间的最短距离比周边载流子吸收部13的部分13c和温度补偿用二极管12之间的最短距离小。部分13c是将APD11和温度补偿用二极管12之间以最短距离连结的线段上、周边载流子吸收部13的边缘13a、13b中最接近APD11的部分。换言之，部分13c是从与主面10a正交的方向观察，周边载流子吸收部13的边缘13b中最接近温度补偿用二极管12的部分。
更详细而言，从与主面10a正交的方向观察，在将APD11的半导体层31和温度补偿用二极管12的半导体层31之间以最短距离连结的线段上，距离L1比距离L2小。如图1及图3所示，距离L1是从与主面10a正交的方向观察的情况下的、APD11的半导体层31和周边载流子吸收部13之间的最短距离。距离L2是从与主面10a正交的方向观察的情况下的、周边载流子吸收部13的部分13c和温度补偿用二极管12的半导体层31的最短距离。L2/L1例如为超过1且50以下。L2/L1也可以为20以上且50以下。
如图1所示，从与主面10a正交的方向观察，在将APD11的半导体层32和温度补偿用二极管12的半导体层32之间以最短距离连结的线段上，距离L3比距离L4小。距离L3是从与主面10a正交的方向观察的情况下的、APD11的半导体层32和周边载流子吸收部13之间的最短距离。距离L4是从与主面10a正交的方向观察的情况下的、周边载流子吸收部13的部分13c和温度补偿用二极管12的半导体层32之间的最短距离。
接着，参照图4对本实施方式的光检测装置的动作进行说明。光检测装置1在将电源61及电流限制电路62连接于焊盘电极55的状态下使用。电源61的正极侧连接于地面63，负极侧经由电流限制电路62连接于焊盘电极55。焊盘电极53、54分别连接于地面64、65。地面64、65也可以相互连接。焊盘电极52连接于未图示的信号读出电路。
本实施方式中，焊盘电极55连接于P+型的半导体层34，半导体层34连接于P+型的半导体层35。因此，APD11、温度补偿用二极管12、及周边载流子吸收部13的阳极相对于焊盘电极55相互并联地连接。其结果，利用电源61对APD11、温度补偿用二极管12、及周边载流子吸收部13的阳极施加负的电位。
施加于焊盘电极53的电位和施加于焊盘电极55的电位的差量是温度补偿用二极管12的击穿电压。因此，对APD11的阳极施加与施加于温度补偿用二极管12的击穿电压对应的电位。其结果，与施加于温度补偿用二极管12的击穿电压对应的电压作为偏置电压被施加于APD11。同样，与施加于温度补偿用二极管12的击穿电压对应的电压作为偏置电压也被施加于周边载流子吸收部13的阳极。
本实施方式中，通过电源61和电流限制电路62的组合连接于焊盘电极55，对焊盘电极55施加温度补偿用二极管12的击穿电压。因此，温度补偿用二极管12的击穿电压作为偏置电压被施加于APD11及周边载流子吸收部13。本实施方式中，电源61的输出电压为APD11的动作电压以上。换言之，电源61的输出电压为温度补偿用二极管12的击穿电压的温度变动的上限以上。例如，电源61的输出电压为300V以上。电流限制电路62例如由电流反射镜电路或电阻等构成。在该情况下，例如，根据温度补偿用二极管12和APD11的击穿电压差，可任意地设定APD11的倍增率。如果APD11的放大率设定成S/N比较高的最佳倍增率Mopt，则实现检测精度的提高。
本实施方式中，APD11、温度补偿用二极管12、及周边载流子吸收部13的阳极利用半导体层35一体地构成。例如，在25℃的环境温度下、施加于焊盘电极53的电位为0V，且温度补偿用二极管12的击穿电压为130V的情况下，对APD11的阳极及周边载流子吸收部13的阳极施加－130V的电位。因此，在APD11的击穿电压在25℃的环境温度下为150V的情况下，APD11在阳极和阴极的电位差比击穿电压低20V的状态下动作。
APD11和温度补偿用二极管12对于放大率和偏置电压的关系具有相等的温度特性。因此，APD11只要温度补偿用二极管12成为击穿状态，就维持在25℃的环境温度下施加比击穿电压低20V的偏置电压的情况的放大率并进行动作。换言之，光检测装置1中，通过将温度补偿用二极管12成为击穿状态的电压施加于温度补偿用二极管12，对于APD11的放大率实现温度补偿。
本实施方式中，说明了所谓的贯通型的APD11以线性模式进行动作的结构。光检测装置1也可以是贯通型的APD11以盖革模式进行动作的结构。在APD11以盖革模式进行动作的结构中，在APD11连接淬火电阻。半导体基板10构成为，温度补偿用二极管12的半导体层32的杂质浓度比APD11的半导体层32的杂质浓度变低。
接着，参照图5及图6对本实施方式的变形例的光检测装置进行说明。图5是本变形例的光检测装置的概略剖视图。图6是图5所示的半导体基板的概略俯视图。本变形例大致与上述的实施方式类似或相同。本变形例关于温度补偿用二极管12的半导体层31和周边载流子吸收部13的半导体层33利用相同的导电型的半导体层与半导体层31、33连接的点，与上述的实施方式不同。以下，以上述的实施方式和变形例的不同点为主进行说明。
半导体基板10A具有将温度补偿用二极管12的半导体层31和周边载流子吸收部13的半导体层33连接的半导体层71。半导体层71具有与半导体层31、33相同的导电型。半导体基板10A中，半导体层71为与半导体层31、33相同的第二导电型，位于半导体基板10的厚度方向上与半导体层31、33相同的高度。半导体层71例如为N+型。
半导体基板10A中，从与主面10a正交的方向观察，APD11的半导体层31及温度补偿用二极管12的半导体层31也为圆形状。从与主面10a正交的方向观察，周边载流子吸收部13的半导体层33为圆环状，从APD11的半导体层31分开并包围该半导体层31。从与主面10a正交的方向观察，半导体层33的一部分位于APD11的半导体层31和温度补偿用二极管12的半导体层31之间。换言之，从与主面10a正交的方向观察，周边载流子吸收部13位于APD11和温度补偿用二极管12之间。
从与主面10a正交的方向观察，半导体层71在APD11的半导体层31和温度补偿用二极管12的半导体层31之间，将周边载流子吸收部13的边缘13a和温度补偿用二极管12的半导体层33连接。实际的半导体基板10A中，半导体层71和温度补偿用二极管12的半导体层31被一体化成不能识别分界的程度。同样，半导体层71和周边载流子吸收部13的半导体层33被一体化成不能识别分界的程度。
接着，参照图7至图10，对本实施方式的另一变形例的光检测装置进行说明。图7至图10分别是另一变形例的光检测装置的半导体基板的概略俯视图。这些变形例大致与上述的实施方式类似或相同。这些变形例关于光检测装置具有形成了包含多个APD的APD阵列的半导体基板的点，与上述的实施方式不同。以下，以上述的实施方式和变形例的不同点为主进行说明。
首先，对图7所示的半导体基板10B进行说明。半导体基板10B在主面10a侧具有包含多个APD81的APD阵列80、温度补偿用二极管82、周边载流子吸收部83。从与主面10a正交的方向观察，APD阵列80从温度补偿用二极管82及周边载流子吸收部83分开地形成于半导体基板10B。从与主面10a正交的方向观察，各APD81相互分开地形成于半导体基板10B。
半导体基板10B中，多个APD81及温度补偿用二极管82呈现相等的大小的矩形状，在一方向上以一列排列。半导体基板10B中，多个APD81以等间隔被排列。温度补偿用二极管82位于多个APD81及温度补偿用二极管82的排列的端。
从与主面10a正交的方向观察，周边载流子吸收部83包围APD阵列80。从与主面10a正交的方向观察，周边载流子吸收部83的一部分位于APD阵列80和温度补偿用二极管82之间。具体而言，从与主面10a正交的方向观察，周边载流子吸收部83的一部分位于温度补偿用二极管82和多个APD81中最接近温度补偿用二极管82的APD81a之间。
各APD81及温度补偿用二极管82与上述的实施方式的APD11及温度补偿用二极管12一样，包含半导体区域21及半导体层31、32、35。周边载流子吸收部83包含半导体区域21及半导体层33、35。从与主面10a正交的方向观察，周边载流子吸收部83的半导体层33为环状。周边载流子吸收部83吸收半导体层33中位于周边的载流子。
周边载流子吸收部83是指从与主面10a正交的方向观察，半导体基板10B中被周边载流子吸收层的边缘83a、83b包围的部分。半导体基板10B中，边缘83a、83b为半导体层33的边缘。边缘83b位于比边缘83a靠APD81侧。
APD81a、温度补偿用二极管82、周边载流子吸收部83具有与上述的实施方式的APD11、温度补偿用二极管12、周边载流子吸收部13同样的配置关系。具体而言，从与主面10a正交的方向观察，在将APD81a的半导体层31和温度补偿用二极管82的半导体层31之间以最短距离连结的线段上，距离L1比距离L2小。半导体基板10B中，距离L1是从与主面10a正交的方向观察的情况下的、APD81a的半导体层31和周边载流子吸收部83之间的最短距离。距离L2是从与主面10a正交的方向观察的情况下的、周边载流子吸收部83的部分83c和温度补偿用二极管82的半导体层31的最短距离。
部分83c是在将APD81a和温度补偿用二极管82之间以最短距离连结的线段上，周边载流子吸收部83的边缘83a、83b中最接近APD81a的部分。L2/L1例如为超过1且50以下。L2/L1也可以为20以上且50以下。
与半导体基板10一样，从与主面10a正交的方向观察，在将APD81a的半导体层32和温度补偿用二极管82的半导体层32之间以最短距离连结的线段上，距离L3比距离L4小。半导体基板10B中，距离L3是从与主面10a正交的方向观察的情况下的、APD81a的半导体层32和周边载流子吸收部83之间的最短距离。距离L4是从与主面10a正交的方向观察的情况下的、周边载流子吸收部83的部分83c和温度补偿用二极管82的半导体层32之间的最短距离。
接着，对图8所示的半导体基板10C进行说明。半导体基板10C在主面10a侧具有包含多个APD86的APD阵列85、温度补偿用二极管87、周边载流子吸收部88、89。从与主面10a正交的方向观察，APD阵列85从温度补偿用二极管87及周边载流子吸收部88、89分开地形成于半导体基板10C。从与主面10a正交的方向观察，各APD86相互分开地形成于半导体基板10C。
半导体基板10C中，多个APD86及温度补偿用二极管87呈现相等的大小的矩形状，在一方向上以一列排列。半导体基板10C中，多个APD86分成两组进行排列。从与主面10a正交的方向观察，温度补偿用二极管87配置于上述两个组之间。换言之，温度补偿用二极管87被分别排列有多个APD86的两个APD阵列85a、85b夹持。在APD阵列85a及APD阵列85b各自，多个APD86以等间隔排列。APD阵列85a和APD阵列85b在与主面10a平行且与多个APD86的排列方向正交的方向上，以通过温度补偿用二极管87的直线为轴配置成轴对称。
从与主面10a正交的方向观察，周边载流子吸收部88、89按照上述的组包围多个APD86。换言之，周边载流子吸收部88包围APD阵列85a。周边载流子吸收部89包围APD阵列85b。周边载流子吸收部88和周边载流子吸收部89在与主面10a平行且与多个APD86的排列方向正交的方向上，以通过温度补偿用二极管87的直线为轴配置成轴对称。从与主面10a正交的方向观察，周边载流子吸收部88、89具有环状的半导体层33。
从与主面10a正交的方向观察，周边载流子吸收部88的一部分位于APD阵列85a和温度补偿用二极管87之间。具体而言，从与主面10a正交的方向观察，周边载流子吸收部88的一部分位于温度补偿用二极管87和APD阵列85a所含的多个APD86中最接近温度补偿用二极管87的APD86a之间。从与主面10a正交的方向观察，周边载流子吸收部89的一部分位于APD阵列85b和温度补偿用二极管87之间。具体而言，从与主面10a正交的方向观察，周边载流子吸收部89的一部分位于温度补偿用二极管87和APD阵列85b所含的多个APD86中最接近温度补偿用二极管87的APD86b之间。
各APD86及温度补偿用二极管87与上述的实施方式的APD11及温度补偿用二极管12一样，包含半导体区域21及半导体层31、32、35。周边载流子吸收部88、89包含半导体区域21及半导体层33、35。从与主面10a正交的方向观察，周边载流子吸收部88、89的半导体层33为环状。周边载流子吸收部88、89吸收半导体层33中位于周边的载流子。
半导体基板10C中，周边载流子吸收部88是指，从与主面10a正交的方向观察，半导体基板10C中被周边载流子吸收层的边缘88a、88b包围的部分。周边载流子吸收部89是指，从与主面10a正交的方向观察，半导体基板10C中被周边载流子吸收层的边缘89a、89b包围的部分。半导体基板10C中，边缘88a、88b、89a、89b为半导体层33的边缘。边缘88b位于比边缘88a靠APD86侧。边缘89b位于比边缘89a靠APD86侧。
APD86a、温度补偿用二极管87、周边载流子吸收部88具有与上述的实施方式的APD11、温度补偿用二极管12、周边载流子吸收部13同样的配置关系。APD86b、温度补偿用二极管87、周边载流子吸收部89具有与APD11、温度补偿用二极管12、周边载流子吸收部13同样的配置关系。
例如，从与主面10a正交的方向观察，在将APD86a、86b的半导体层31和温度补偿用二极管87的半导体层31之间以最短距离连结的线段上，距离L1比距离L2小。半导体基板10C中，距离L1是从与主面10a正交的方向观察的情况下的、APD86a的半导体层31和周边载流子吸收部88之间的最短距离，并且是APD86b的半导体层31和周边载流子吸收部89之间的最短距离。距离L2是从与主面10a正交的方向观察的情况下的、周边载流子吸收部88的部分88c和温度补偿用二极管87的半导体层31的最短距离，并且是周边载流子吸收部89的部分89c和温度补偿用二极管87的半导体层31的最短距离。
部分88c是在将APD86a和温度补偿用二极管87之间以最短距离连结的线段上，周边载流子吸收部88的边缘88a、88b中最接近APD86a的部分。部分89c是在将APD86b和温度补偿用二极管87之间以最短距离连结的线段上，周边载流子吸收部89的边缘89a、89b中最接近APD86b的部分。L2/L1例如为超过1且50以下。L2/L1也可以为20以上且50以下。
接着，对图9所示的半导体基板10D进行说明。半导体基板10D在主面10a侧具有包含多个APD91的APD阵列90、温度补偿用二极管92、周边载流子吸收部93。从与主面10a正交的方向观察，APD阵列90从温度补偿用二极管92及周边载流子吸收部93分开地形成于半导体基板10D。从与主面10a正交的方向观察，各APD91相互分开地形成于半导体基板10D。
在半导体基板10D中，多个APD91呈现相等的大小的矩形状，在一方向上以一列排列。半导体基板10D中，多个APD91以等间隔排列。温度补偿用二极管92和APD阵列90在与排列有多个APD91的方向正交并且与主面10a平行的方向上排列。
从与主面10a正交的方向观察，周边载流子吸收部93包围APD阵列90。从与主面10a正交的方向观察，周边载流子吸收部93的一部分位于APD阵列90和温度补偿用二极管92之间。具体而言，从与主面10a正交的方向观察，周边载流子吸收部93的一部分位于温度补偿用二极管92和多个APD91中最接近温度补偿用二极管92的APD91a之间。APD91a是多个APD91中位于APD阵列90的中央的APD。
各APD91及温度补偿用二极管92与上述的实施方式的APD11及温度补偿用二极管12一样，包含半导体区域21及半导体层31、32、35。周边载流子吸收部93包含半导体区域21及半导体层33、35。从与主面10a正交的方向观察，周边载流子吸收部93的半导体层33为环状。周边载流子吸收部93吸收半导体层33中位于周边的载流子。
周边载流子吸收部93是指，从与主面10a正交的方向观察，半导体基板10D中被周边载流子吸收层的边缘93a、93b包围的部分。边缘93a、93b为半导体层33的边缘。边缘93b位于比边缘93a靠APD91侧。APD91a、温度补偿用二极管92、周边载流子吸收部93具有与上述的实施方式的APD11、温度补偿用二极管12、周边载流子吸收部13同样的配置关系。
接着，对图10所示的半导体基板10E进行说明。半导体基板10E在主面10a侧具有包含多个APD96的APD阵列95、温度补偿用二极管97、周边载流子吸收部98。从与主面10a正交的方向观察，APD阵列95从温度补偿用二极管97及周边载流子吸收部98分开地形成于半导体基板10E。从与主面10a正交的方向观察，各APD96相互分开地形成于半导体基板10E。
半导体基板10E中，多个APD96呈现相等的大小的矩形状，二维排列成行列状。半导体基板10E中，多个APD96以等间隔排列。温度补偿用二极管97和APD阵列95在多个APD96的列方向上排列。
从与主面10a正交的方向观察，周边载流子吸收部98包围APD阵列95。从与主面10a正交的方向观察，周边载流子吸收部98的一部分位于APD阵列95和温度补偿用二极管97之间。具体而言，从与主面10a正交的方向观察，周边载流子吸收部98的一部分位于温度补偿用二极管97和多个APD96中最接近温度补偿用二极管97的APD96a之间。APD96a为多个APD96中、位于最接近温度补偿用二极管97的行的中央的APD。
各APD96及温度补偿用二极管97与上述的实施方式的APD11及温度补偿用二极管12一样，包含半导体区域21及半导体层31、32、35。周边载流子吸收部98包含半导体区域21及半导体层33、35。周边载流子吸收部98吸收半导体层33中位于周边的载流子。
周边载流子吸收部98是指，从与主面10a正交的方向观察，半导体基板10E中被周边载流子吸收层的边缘98a、98b包围的部分。边缘98a、98b为半导体层33的边缘。边缘98b位于比边缘98a靠APD96侧。APD96a、温度补偿用二极管97、周边载流子吸收部98具有与上述的实施方式的APD11、温度补偿用二极管12、周边载流子吸收部13同样的配置关系。
接着，参照图11对本实施方式的另一变形例的光检测装置进行说明。图11是本变形例的光检测装置的概略剖视图。本变形例大致与上述的实施方式类似或相同。本变形例关于在光检测装置的半导体基板上形成有所谓的反向型的APD的点及半导体基板的APD以盖革模式进行动作的点，与上述的实施方式不同。图1所示的半导体基板10具有所谓的贯通型的APD，并且该APD以线性模式进行动作。与之相对，本变形例的光检测装置1F的半导体基板10F具有所谓的反向型的APD，并且该APD以盖革模式进行动作。以下，以上述的实施方式和变形例的不同点为主进行说明。
半导体基板10F具有与半导体基板10的APD11、温度补偿用二极管12、及周边载流子吸收部13分别对应的APD101、温度补偿用二极管102、及周边载流子吸收部103。APD101在主面10a侧具有与APD11的光入射面11a对应的光入射面101a。半导体基板10F包含半导体区域21及半导体层31、33、34、35、36。半导体基板10F在代替半导体层32而包含半导体层36的点上与半导体基板10不同。APD101及温度补偿用二极管102分别包含半导体区域21及半导体层31、35、36。如图11所示，半导体层34与半导体层35相接。
周边载流子吸收部103包含半导体区域21及半导体层33、35。周边载流子吸收部103吸收半导体层33中位于周边的载流子。即，半导体层33作为吸收周边的载流子的周边载流子吸收层发挥作用。本变形例中，周边载流子吸收部103是从与主面10a正交的方向观察，半导体基板10F中被周边载流子吸收层的边缘103a、103b包围的部分。本实施方式中，边缘103a、103b为半导体层33的边缘。边缘103b位于比边缘103a靠APD101侧。
半导体基板10F中，半导体层36位于半导体区域21和半导体层35之间。换言之，半导体层36在主面10a侧与半导体区域21相接，在主面10b侧与半导体层35相接。本变形例中，温度补偿用二极管102的半导体层36的杂质浓度比APD101的半导体层36的杂质浓度低。
半导体基板10F中，半导体区域21及半导体层31、33、36为第一导电型，半导体层34、35为第二导电型。本变形例中，第一导电型也为P型，第二导电型也为N型。在半导体基板10F以Si为基材的情况下，作为P型杂质可使用B等13族元素，作为N型杂质可使用N、P或As等15族元素。
半导体基板10F中，半导体层31、33的杂质浓度比半导体区域21高。半导体层36的杂质浓度比半导体区域21高，杂质浓度比半导体层31、33低。具体而言，半导体区域21例如为P－型，半导体层31、33例如为P+型，半导体层36例如为P型。本变形例中，半导体层31在APD101及温度补偿用二极管102各自构成阳极。
半导体基板10F中，半导体层34为与半导体层35相同的杂质浓度。半导体层34、35例如为N+型。半导体层34、35构成光检测装置1F的阴极。半导体层34、35例如构成APD101、温度补偿用二极管102、及周边载流子吸收部103的阴极。
本变形例中，在电极42的一部分设置有淬火电阻105。淬火电阻105与APD101的P+型的半导体层31电连接。淬火电阻105在与半导体层31相反侧与焊盘电极52电连接。本变形例中，焊盘电极52为APD101的阳极用的焊盘电极。焊盘电极53为温度补偿用二极管102的阳极用的焊盘电极。焊盘电极54为周边载流子吸收部103的阳极用的焊盘电极。焊盘电极55为APD101、温度补偿用二极管102及周边载流子吸收部103的阴极用的焊盘电极。
在焊盘电极55相互并联地连接有APD101、温度补偿用二极管102、及周边载流子吸收部103。在对APD101、温度补偿用二极管102、及周边载流子吸收部103实施反方向偏置的情况下，对阳极用的焊盘电极施加正电压，对阴极用的焊盘电极施加负电压。
从与主面10a正交的方向观察，在将APD101和温度补偿用二极管102之间以最短距离连结的线段上，APD101和周边载流子吸收部103之间的最短距离比周边载流子吸收部103的部分103c和温度补偿用二极管102之间的最短距离小。部分103c是将APD101和温度补偿用二极管102之间以最短距离连结的线段上，周边载流子吸收部103的边缘103a、103b中最接近APD101的部分。换言之，部分103c是从与主面10a正交的方向观察，周边载流子吸收部103的边缘103b中最接近温度补偿用二极管102的部分。
更详细而言，从与主面10a正交的方向观察，在将APD101的半导体层31和温度补偿用二极管102的半导体层31之间以最短距离连结的线段上，距离L1比距离L2小。距离L1是从与主面10a正交的方向观察的情况下的、APD101的半导体层31和周边载流子吸收部103之间的最短距离。距离L2是从与主面10a正交的方向观察的情况下的、周边载流子吸收部103的部分103c和温度补偿用二极管92的半导体层31的最短距离。L2/L1例如为超过1且50以下。L2/L1也可以为20以上且50以下。
如图11所示，从与主面10a正交的方向观察，在将APD101的半导体层36和温度补偿用二极管102的半导体层36之间以最短距离连结的线段上，距离L3比距离L4小。距离L3是从与主面10a正交的方向观察的情况下的、APD101的半导体层36和周边载流子吸收部103之间的最短距离。距离L4是从与主面10a正交的方向观察的情况下的、周边载流子吸收部103的部分103c和温度补偿用二极管102的半导体层36之间的最短距离。
接着，参照图12对具备半导体基板10F的光检测装置的动作进行说明。光检测装置1F与光检测装置1一样，在将电源61及电流限制电路62连接于焊盘电极55的状态下被使用。光检测装置1F中，电源61的负极侧连接于地面63，正极侧经由电流限制电路62连接于焊盘电极55。焊盘电极53、54分别连接于地面64、65。地面64、65也可以相互连接。焊盘电极52连接于未图示的信号读出电路。
本变形例中，焊盘电极55连接于N+型的半导体层34，半导体层34连接于N+型的半导体层35。因此，APD101、温度补偿用二极管102、及周边载流子吸收部103的阴极相对于焊盘电极55相互并联地连接。其结果，利用电源61对APD101、温度补偿用二极管102、及周边载流子吸收部103的阴极施加正的电位。
施加于焊盘电极53的电位和施加于焊盘电极55的电位的差量为温度补偿用二极管102的击穿电压。因此，对APD101的阴极施加与施加于温度补偿用二极管102的击穿电压对应的电位。其结果，与施加于温度补偿用二极管102的击穿电压对应的电压作为偏置电压被施加于APD101。同样，与施加于温度补偿用二极管102的击穿电压对应的电压也作为偏置电压被施加于周边载流子吸收部103的阴极。
本变形例中，通过电源61和电流限制电路62的组合连接于焊盘电极55，对焊盘电极55施加温度补偿用二极管102的击穿电压。因此，温度补偿用二极管102的击穿电压作为偏置电压被施加于APD101及周边载流子吸收部103。本变形例中，电源61的输出电压为APD101的动作电压以上。换言之，电源61的输出电压为温度补偿用二极管102的击穿电压的温度变动的上限以上。例如，电源61的输出电压为300V以上。电流限制电路62例如由电流反射镜电路或电阻等构成。在该情况下，例如，可根据温度补偿用二极管102和APD101的击穿电压差，任意地设定APD101的倍增率。如果APD101的放大率设定成S/N比较高的最佳倍增率Mopt，则实现检测精度的提高。
本变形例中，APD101、温度补偿用二极管102、及周边载流子吸收部103的阴极由半导体层35一体地构成。例如，在25℃的环境温度下、施加于焊盘电极53的电位为0V，且温度补偿用二极管12的击穿电压为50V的情况下，对APD101的阴极及周边载流子吸收部13的阴极施加+50V的电位。在APD101的击穿电压在25℃的环境温度下为48V的情况下，APD101在阳极和阴极的电位差比击穿电压高2V的状态下进行动作。
APD101和温度补偿用二极管102对于放大率和偏置电压的关系具有相等的温度特性。因此，APD101只要温度补偿用二极管102成为击穿状态，就维持在25℃的环境温度下施加比击穿电压高2V的偏置电压的情况的放大率并进行动作。换言之，光检测装置1F中，通过将温度补偿用二极管102成为击穿状态的电压被施加于温度补偿用二极管102，而对于APD101的放大率实现温度补偿。
本变形例中，说明了所谓的反向型的APD101以盖革模式进行动作的结构。光检测装置1F也可以是反向型的APD101以线性模式进行动作的结构。在APD101以线性模式进行动作的结构中，不需要淬火电阻105。半导体基板10F构成为，温度补偿用二极管102的半导体层36的杂质浓度比APD101的半导体层36的杂质浓度高。
接着，对上述的实施方式及变形例的光检测装置的作用效果进行说明。光检测装置1被用于各种各样的用途。因此，要求在与各个用途对应的环境下确保光检测装置1的检测精度。例如，在车载用途中使用光检测装置1的情况下，要求100℃以上的高温环境下的检测精度的确保。但是，在这种高温环境下，在构成APD11的半导体基板10内产生热引起的载流子。因此，如果产生的载流子到达APD11，则在APD11的检测结果中产生光子散粒噪声。
光检测装置1的半导体基板10、10A中，从与主面10a正交的方向观察，周边载流子吸收部13包围APD11。因此，抑制在高温环境下在半导体基板10、10A内产生的载流子到达APD11，也实现检测精度的提高。半导体基板10F中，从与主面10a正交的方向观察，周边载流子吸收部103包围APD101。因此，抑制在高温环境下在半导体基板10F内产生的载流子到达APD101，也实现检测精度的提高。
半导体基板10B中，从与主面10a正交的方向观察，周边载流子吸收部83包围APD阵列80。半导体基板10C中，从与主面10a正交的方向观察，周边载流子吸收部88包围APD阵列85a，周边载流子吸收部89包围APD阵列85b。半导体基板10D中，从与主面10a正交的方向观察，周边载流子吸收部93包围APD阵列90。半导体基板10E中，从与主面10a正交的方向观察，周边载流子吸收部98包围APD阵列95。因此，抑制在高温环境下在半导体基板10B、10C、10D、10E内产生的载流子分别到达APD阵列80、85a、85b、90、95，也实现检测精度的提高。
目前，在制造具备具有相互相等的温度特性的APD和温度补偿用二极管的光检测装置的情况下，需要进行用于选定并组合对于放大率和偏置电压的关系具有期望的温度特性的APD的检查。因此，成本降低困难。该点，光检测装置1、1F中，在同一半导体基板10、10A、10B、10C、10D、10E，10F分别形成有APD11、81、86、91、96、101及温度补偿用二极管12、82、87、92、97、102。在该情况下，以容易比温度补偿用二极管12、82、87、92、97、102和APD11、81、86、91、96、101分别形成于不同的半导体基板的情况高的精度，在对于放大率和偏置电压较大的温度范围内形成温度特性分别相等的温度补偿用二极管12、82、87、92、97、102及APD11、81、86、91、96、101。因此，可在抑制制造成本的同时，实现相对于倍增率的温度补偿。
在对温度补偿用二极管12、82、87、92、97、102施加了击穿电压的情况下，温度补偿用二极管12、82、87、92、97、102可能发光。当温度补偿用二极管12、82、87、92、97、102发光时，由于温度补偿用二极管12、82、87、92、97、102发出的光，在半导体基板内产生载流子。因此，若是在同一半导体基板形成有温度补偿用二极管12、82、87、92、97、102和APD11、81、86、91、96、101的状态，则该载流子可能对APD11、81、86、91、96、101的检测结果造成影响。
上述光检测装置1的半导体基板10、10A中，周边载流子吸收部13位于APD11和温度补偿用二极管12之间。从与主面10a正交的方向观察，在将APD11和温度补偿用二极管12之间以最短距离连结的线段上，APD11和周边载流子吸收部13之间的最短距离比周边载流子吸收部13的部分13c和温度补偿用二极管12的最短距离小。
同样，半导体基板10B中，周边载流子吸收部83位于APD阵列80和温度补偿用二极管82之间。半导体基板10C中，周边载流子吸收部88位于APD阵列85a和温度补偿用二极管87之间，周边载流子吸收部89位于APD阵列85b和温度补偿用二极管87之间。半导体基板10D中，周边载流子吸收部93位于APD阵列90和温度补偿用二极管92之间。半导体基板10E中，周边载流子吸收部98位于APD阵列95和温度补偿用二极管97之间。半导体基板10F中，周边载流子吸收部103位于APD101和温度补偿用二极管102之间。
例如，从与主面10a正交的方向观察，在将APD11和温度补偿用二极管12之间以最短距离连结的线段上，APD11的半导体层31和周边载流子吸收部13之间的距离L1比周边载流子吸收部13的部分13c和温度补偿用二极管12的半导体层31之间的距离L2小。从与主面10a正交的方向观察，在将APD11和温度补偿用二极管12之间以最短距离连结的线段上，APD11的半导体层32和周边载流子吸收部13之间的距离L3比周边载流子吸收部13的部分13c和温度补偿用二极管12的半导体层32之间的距离L4小。光检测装置1F的半导体基板10F中，从与主面10a正交的方向观察，在将APD101和温度补偿用二极管102之间以最短距离连结的线段上，APD101的半导体层36和周边载流子吸收部103之间的距离L3比周边载流子吸收部103的部分103c和温度补偿用二极管102的半导体层36之间的距离L4小。
这些结构中，通过温度补偿用二极管12、82、87、92、97、102发光而产生的载流子在到达APD11、81、86、91、96、101之前，被周边载流子吸收部13、83、88、89、93、98、103吸收。其结果，抑制温度补偿用二极管12、82、87、92、97、102引起的载流子到达APD11、81、86、91、96、101，也实现检测精度的提高。因此，上述光检测装置1、1F中，在抑制制造成本的同时，实现相对于倍增率的温度补偿，也实现检测精度的提高。L2/L1例如为超过1且50以下。L2/L1也可以为20以上且50以下，在该情况下，进一步抑制温度补偿用二极管12、82、87、92、97、102引起的载流子到达APD11、81、86、91、96、101。
光检测装置1、1F具备电极42、43、44、45。如图1及图11所示，例如，电极42连接于APD11、101，且输出来自该APD11、101的信号。电极43连接于温度补偿用二极管12、102，电极44连接于周边载流子吸收部13、103。在该情况下，能够对APD11、101、温度补偿用二极管12、102、及周边载流子吸收部13、103各自施加期望的电位。这样，如果对周边载流子吸收部13、83、88、89、93、98、103施加电压，则可进一步吸收由于温度补偿用二极管12、82、87、92、97、102而产生的载流子。
半导体基板10、10A、10B、10C、10D、10E、10F各自中，在电极45相互并联地连接有APD11、81、86、91、96、101、温度补偿用二极管12、82、87、92、97、102、周边载流子吸收部13、83、88、89、93、98、103。例如，APD11和温度补偿用二极管12并联地连接，因此，可对APD11施加与温度补偿用二极管12的击穿电压对应的电位。周边载流子吸收部13也与APD11及温度补偿用二极管12并联地连接，因此，不额外设置电源，就能够对周边载流子吸收部13施加电位。如果对周边载流子吸收部13、83、88、89、93、98、103施加电压，则可进一步吸收由于温度补偿用二极管12、82、87、92、97、102而产生的载流子。
如图1所示，半导体基板10包含第一导电型的半导体区域21。APD11及温度补偿用二极管12分别包含半导体层31和半导体层32。半导体层31为第二导电型。半导体层32为杂质浓度比半导体区域21高的第一导电型。半导体层32位于半导体区域21和半导体层31之间。这样，温度补偿用二极管12、82、87、92、97为与APD11、81、86、91、96一样的结构。因此，能够容易形成与放大率和偏置电压相关的温度特性与APD11、81、86、91、96酷似的温度补偿用二极管12、82、87、92、97。
分别具有贯通型的APD11、81、86、91、96的半导体基板10、10A、10B、10C、10D、10E中，周边载流子吸收部13、83、88、89、93、98包含第二导电型的半导体层33。因此，可利用周边载流子吸收部13、83、88、89、93、98进一步吸收由于温度补偿用二极管12、82、87、92、97而产生的载流子。
半导体基板10F包含第一导电型的半导体区域21。APD101及温度补偿用二极管102分别包含半导体层35和半导体层36。半导体基板10F中，半导体层35为第二导电型。半导体层36为杂质浓度比半导体区域21高的第一导电型。半导体层36位于半导体区域21和半导体层35之间。这样，温度补偿用二极管102为与APD101一样的结构。因此，能够容易形成与放大率和偏置电压相关的温度特性与APD101酷似的温度补偿用二极管102。
具有反向型的APD101的半导体基板10F中，周边载流子吸收部103包含第一导电型的半导体层33。因此，可利用周边载流子吸收部103进一步吸收由于温度补偿用二极管102而产生的载流子。
半导体基板10、10A、10B、10C、10D、10E中，温度补偿用二极管12、82、87、92、97的半导体层32中的杂质浓度比APD11、81、86、91、96的半导体层32中的杂质浓度高。在该情况下，光检测装置1中，例如，APD11、81、86、91、96的击穿电压一方比温度补偿用二极管12、82、87、92、97的击穿电压变大。其结果，实现相对于以线性模式进行动作的APD11、81、86、91、96的倍增率的温度补偿。此外，在使半导体基板10F的APD101以线性模式进行动作的情况下，半导体基板10F构成为，温度补偿用二极管102的半导体层36中的杂质浓度比APD101的半导体层36中的杂质浓度变高。在该情况下，光检测装置1F中，例如，APD101的击穿电压一方比温度补偿用二极管102的击穿电压大。
半导体基板10F中，温度补偿用二极管102的半导体层36中的杂质浓度也可以比APD101的半导体层36中的杂质浓度低。在该情况下，光检测装置1F的例如APD101的击穿电压一方可比温度补偿用二极管102的击穿电压变小。其结果，可实现相对于以盖革模式动作的APD101的倍增率的温度补偿。此外，在使半导体基板10、10A、10B、10C、10D、10E的APD11、81、86、91、96以盖革模式进行动作的情况下，半导体基板10、10A、10B、10C、10D、10E构成为，温度补偿用二极管12、82、87、92、97的半导体层32中的杂质浓度比APD11、81、86、91、96的半导体层32中的杂质浓度低。在该情况下，光检测装置1中，例如，APD11、81、86、91、96的击穿电压一方比温度补偿用二极管12、82、87、92、97的击穿电压变小。
接着，参照图13对光检测装置的制造方法的一例进行说明。图13是表示光检测装置1中半导体基板10的制造方法的流程图。
首先，准备半导体晶片(步骤S1)。半导体晶片为作为半导体基板10被加工之前的基板，具有相互对置的主面10a、10b。半导体晶片包含与半导体区域21对应的第一导电型的半导体区域。该半导体区域设置于半导体晶片的主面10a侧，并构成主面10a的整个面。例如，半导体晶片的半导体区域为P－型。本实施方式中，通过从主面10b侧向半导体晶片中添加杂质，形成杂质浓度比半导体晶片的半导体区域高的第一导电型的半导体层35。例如，半导体层35为P+型。
接着，作为第一离子注入工序(步骤S2)，通过离子注入法向主面10a侧注入杂质离子并添加杂质，由此，形成第二导电型的半导体层31、33及第一导电型的半导体层32、34。例如，半导体层31、33为N+型，半导体层32为P型，半导体层34为P+型。本实施方式中，半导体层31及半导体层33通过如下形成，通过一次的离子注入处理，向相互分开的不同的部位注入第二导电型的杂质离子。半导体层32通过在形成半导体层31、33之后，注入第一导电型的杂质离子而形成。半导体层32也可以通过在形成半导体层31、33之前，注入第一导电型的杂质离子而形成。
从与主面10a正交的方向观察，半导体层31、32被形成于相互重合的位置。半导体层32通过向从主面10a侧观察比半导体层31深的位置注入第一导电型的杂质而形成。半导体层31、32在成为一个半导体基板10的区域内形成于从与主面10a正交的方向观察相互分开的多个部位。该多个部位包含配置APD11的部位和配置温度补偿用二极管12的部位。第一离子注入工序中，向各部位添加第二导电型的杂质，以使半导体层31的杂质浓度相等。同样，向各部位添加第一导电型的杂质，以使半导体层32的杂质浓度相等。
接着，作为第二离子注入工序(步骤S3)，通过离子注入方法，仅在上述的多个部位中一部分部位，向半导体层32进一步添加杂质。本实施方式中，仅在配置温度补偿用二极管12的部位，向半导体层32进一步注入第一导电型的杂质。因此，光检测装置1中，温度补偿用二极管12的半导体层32中的杂质浓度比APD11的半导体层32中的杂质浓度高。在该情况下，光检测装置1构成为，APD11的击穿电压比温度补偿用二极管12的击穿电压变大。
第二离子注入工序中，也可以不在配置温度补偿用二极管12的部位，仅在配置APD11的部位，向半导体层32进一步注入第一导电型的杂质。在该情况下，光检测装置1中，温度补偿用二极管12的半导体层32中的杂质浓度比APD11的半导体层32中的杂质浓度低。该情况下的光检测装置构成为，APD11的击穿电压比温度补偿用二极管12的击穿电压变小。
通过以上的工序，形成光检测装置1的半导体基板10。本实施方式中，从已经形成了半导体层35的状态形成半导体层31、32、33、34。但是，也可以在形成有半导体层31、32、33、34之后，形成半导体层35。
在上述制造方法中，通过向不同的多个部位注入离子，而在各部位形成半导体层31和半导体层32。然后，进一步向一部分部位的半导体层32注入离子。因此，可容易地制造与倍增率和偏置电压相关的温度特性相等，并且分别设定成期望的击穿电压的温度补偿用二极管12及APD11。在该情况下，例如，可根据温度补偿用二极管12和APD11的击穿电压差，任意地设定APD11的倍增率。因此，如果温度补偿用二极管12和APD11分别设定成期望的击穿电压，则实现检测精度的提高。例如，如果根据温度补偿用二极管12和APD11的击穿电压差，APD11的倍增率设定成S/N比较高的最佳倍增率Mopt，则实现检测精度的提高。这样，上述制造方法中，在抑制制造成本的同时，实现相对于倍增率的温度补偿，并实现检测精度的提高。
本实施方式中，第一离子注入工序中，通过一次的离子注入处理形成半导体层31和半导体层33。因此，不增加离子注入的工序，就形成周边载流子吸收部13。因此，降低制造成本。
以上，对本发明的实施方式及变形例进行了说明，但本发明未必限定于上述的实施方式及变形例，可在不脱离其宗旨的范围内进行各种变更。
例如，上述的制造方法不仅能够适用于光检测装置1的半导体基板10的制造，也能够适用于半导体基板10A、10B、10C、10D、10E的制造。上述的制造方法不仅能够适用于光检测装置1的制造，也能够适用于光检测装置1F的制造。
半导体基板10B、10C、10D、10E中，周边载流子吸收部也可以分别包围APD阵列所含的多个APD。换言之，周边载流子吸收部也可以逐一包围APD阵列所含的多个APD。APD阵列所含的任意的APD也可以用作温度补偿用二极管。在该情况下，抑制从用作温度补偿用二极管的APD产生的载流子的向其它的APD的到达。
上述的变形例中，对半导体基板10F包含半导体层36的结构进行了说明。但是，半导体基板10F的APD101也可以不包含半导体层36，在该情况下，也作为APD发挥作用。半导体基板10F不包含半导体层36的结构中，例如，半导体区域21和半导体层35未夹持半导体层36地相互相接。
符号说明
1、1F…光检测装置，10、10A、10B、10C、10D、10E、10F…半导体基板，10a、10b…主面，11、81、81a、86、86a、91、91a、96、96a、101…APD，11a、101a…光入射面，12、82、87、92、97、102…温度补偿用二极管，13、83、88、89、93、98、103…周边载流子吸收部，13a、13b、83a、83b、88a、88b、89a、89b、93a、93b、98a、98b、103a、103b…边缘，13c、83c、88c、89c、103c…部分，21…半导体区域，31、32、33、36…半导体层，42、43、44、45…电极，80、85a、85b、90、95…APD阵列，L1、L2、L3、L4…距离。

Claims (16)

1.一种光检测装置，其中，
具备半导体基板，该半导体基板具有相互对置的第一主面及第二主面，并且从与所述第一主面正交的方向观察，相互分开地形成有雪崩光电二极管和温度补偿用二极管，
所述半导体基板具有从与所述第一主面正交的方向观察包围所述雪崩光电二极管，且吸收位于周边的载流子的周边载流子吸收部，所述雪崩光电二极管具有雪崩光电二极管半导体层，所述周边载流子吸收部具有周边载流子吸收部半导体层，所述周边载流子吸收部半导体层从所述雪崩光电二极管半导体层分开，
从与所述第一主面正交的方向观察，所述周边载流子吸收部的一部分位于所述雪崩光电二极管和所述温度补偿用二极管之间，
通过将与施加于所述温度补偿用二极管的击穿电压对应的电压作为偏置电压施加于所述雪崩光电二极管，而进行所述雪崩光电二极管的倍增率的温度补偿。
2.根据权利要求1所述的光检测装置，其中，
在所述半导体基板的所述第一主面侧形成有包含所述雪崩光电二极管的雪崩光电二极管阵列，
从与所述第一主面正交的方向观察，所述周边载流子吸收部包围所述雪崩光电二极管阵列，
从与所述第一主面正交的方向观察，所述周边载流子吸收部的一部分位于所述雪崩光电二极管阵列和所述温度补偿用二极管之间。
3.根据权利要求1所述的光检测装置，其中，具备：
第一电极，其连接于所述雪崩光电二极管，且输出来自该雪崩光电二极管的信号；
第二电极，其连接于所述温度补偿用二极管；
第三电极，其连接于所述周边载流子吸收部。
4.根据权利要求2所述的光检测装置，其中，具备：
第一电极，其连接于所述雪崩光电二极管，且输出来自该雪崩光电二极管的信号；
第二电极，其连接于所述温度补偿用二极管；
第三电极，其连接于所述周边载流子吸收部。
5.根据权利要求3所述的光检测装置，其中，
具备第四电极，该第四电极使所述雪崩光电二极管、所述温度补偿用二极管、及所述周边载流子吸收部相互并联地连接。
6.根据权利要求4所述的光检测装置，其中，
具备第四电极，该第四电极使所述雪崩光电二极管、所述温度补偿用二极管、及所述周边载流子吸收部相互并联地连接。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的光检测装置，其中，
所述半导体基板包含第一导电型的半导体区域，
所述雪崩光电二极管及所述温度补偿用二极管分别包含：与所述第一导电型不同的第二导电型的第一半导体层；配置于所述半导体区域和所述第一半导体层之间，并且杂质浓度比所述半导体区域高的所述第一导电型的第二半导体层。
8.根据权利要求7所述的光检测装置，其中，
所述周边载流子吸收部包含所述第二导电型的第三半导体层。
9.根据权利要求7所述的光检测装置，其中，
所述周边载流子吸收部包含所述第一导电型的第三半导体层。
10.根据权利要求8所述的光检测装置，其中，
所述温度补偿用二极管的所述第二半导体层中的杂质浓度比所述雪崩光电二极管的所述第二半导体层中的杂质浓度高。
11.根据权利要求9所述的光检测装置，其中，
所述温度补偿用二极管的所述第二半导体层中的杂质浓度比所述雪崩光电二极管的所述第二半导体层中的杂质浓度高。
12.根据权利要求8所述的光检测装置，其中，
所述温度补偿用二极管的所述第二半导体层中的杂质浓度比所述雪崩光电二极管的所述第二半导体层中的杂质浓度低。
13.根据权利要求9所述的光检测装置，其中，
所述温度补偿用二极管的所述第二半导体层中的杂质浓度比所述雪崩光电二极管的所述第二半导体层中的杂质浓度低。
14.一种光检测装置的制造方法，制造权利要求1～13中任一项所述的光检测装置，其中，具有：
准备具有所述第一主面并且包含第一导电型的半导体区域的半导体晶片的工序；
在所述半导体晶片中，向从与所述第一主面正交的方向观察相互分开的第一部位和第二部位注入离子，由此，在所述第一部位及所述第二部位各自形成与所述第一导电型不同的第二导电型的第一半导体层、和位于所述半导体区域和所述第一半导体层之间，并且杂质浓度比所述半导体区域高的所述第一导电型的第二半导体层的第一离子注入工序；
向所述第一部位的所述第二半导体层进一步注入离子的第二离子注入工序。
15.根据权利要求14所述的光检测装置的制造方法，其中，
所述第一离子注入工序包含：
向所述第一部位及所述第二部位和从与所述第一主面正交的方向观察从所述第一部位及所述第二部位分开的第三部位注入所述第二导电型的杂质离子，由此，通过一次的离子注入处理在所述第一部位及所述第二部位各自形成所述第一半导体层，并且在所述第三部位形成所述第二导电型的第三半导体层的工序；
通过向所述第一部位及所述第二部位注入所述第一导电型的杂质离子，在所述第一部位及所述第二部位各自形成所述第二半导体层的工序。
16.一种光检测装置，其中，
具备具有相互对置的第一主面及第二主面的半导体基板，
所述半导体基板具有：
第一雪崩光电二极管，其在所述第一主面侧具有光入射面；
第二雪崩光电二极管，其从与所述第一主面正交的方向观察从所述第一雪崩光电二极管分开并且被遮光；
周边载流子吸收部，其从与所述第一主面正交的方向观察包围所述第一雪崩光电二极管，且吸收位于周边的载流子，
所述第一雪崩光电二极管具有第一雪崩光电二极管半导体层，所述周边载流子吸收部具有周边载流子吸收部半导体层，所述周边载流子吸收部半导体层从所述第一雪崩光电二极管半导体层分开，
从与所述第一主面正交的方向观察，所述周边载流子吸收部的一部分位于所述第一雪崩光电二极管和所述第二雪崩光电二极管之间。
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