DE112021003907T5 - Fotodetektionsvorrichtung - Google Patents

Fotodetektionsvorrichtung Download PDF

Info

Publication number
DE112021003907T5
DE112021003907T5 DE112021003907.5T DE112021003907T DE112021003907T5 DE 112021003907 T5 DE112021003907 T5 DE 112021003907T5 DE 112021003907 T DE112021003907 T DE 112021003907T DE 112021003907 T5 DE112021003907 T5 DE 112021003907T5
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
electrode
terminal
switch
potential
photodetection
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE112021003907.5T
Other languages
English (en)
Inventor
Masanori Muramatsu
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hamamatsu Photonics KK
Original Assignee
Hamamatsu Photonics KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hamamatsu Photonics KK filed Critical Hamamatsu Photonics KK
Publication of DE112021003907T5 publication Critical patent/DE112021003907T5/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J1/44—Electric circuits
    • G01J1/46—Electric circuits using a capacitor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4816—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of receivers alone
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/4861—Circuits for detection, sampling, integration or read-out
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/4861—Circuits for detection, sampling, integration or read-out
    • G01S7/4863—Detector arrays, e.g. charge-transfer gates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/1446—Devices controlled by radiation in a repetitive configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/02016—Circuit arrangements of general character for the devices
    • H01L31/02019—Circuit arrangements of general character for the devices for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/02027—Circuit arrangements of general character for the devices for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for devices working in avalanche mode
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H04N25/77—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components
    • H04N25/772—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components comprising A/D, V/T, V/F, I/T or I/F converters
    • H04N25/773—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components comprising A/D, V/T, V/F, I/T or I/F converters comprising photon counting circuits, e.g. single photon detection [SPD] or single photon avalanche diodes [SPAD]
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J1/44—Electric circuits
    • G01J2001/4446—Type of detector
    • G01J2001/446—Photodiode
    • G01J2001/4466—Avalanche
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14618—Containers

Abstract

Ein erster Anschluss 61 ist mit einer ersten Elektrode 11a einer APD 11 verbunden. Eine erste und eine zweite Schaltungseinheit 64 und 65 sind parallel zueinander mit einer zweiten Elektrode 11b der APD 11 verbunden. Ein zweiter Anschluss 62 ist über die erste Schaltungseinheit 64 mit der zweiten Elektrode 11b verbunden. Ein dritter Anschluss ist über die zweite Schaltungseinheit 65 mit der zweiten Elektrode 11b verbunden. Ein erster Schalter 66, ein Widerstand 68, die zweite Elektrode 11b und der zweite Anschluss 62 sind in Reihe miteinander verbunden. Ein zweiter Schalter 67 und ein Kondensator 69 sind parallel zueinander an die zweite Elektrode 11b angeschlossen. Der zweite Schalter 67, die zweite Elektrode 11b und ein dritter Anschluss 63 sind in Reihe miteinander verbunden. Ein TIA 71 ist in Reihe mit dem Kondensator 69 verbunden und über den Kondensator 69 mit der zweiten Elektrode 11b verbunden.

Description

  • Technischer Bereich
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fotodetektionsvorrichtung.
  • Hintergrund
  • Eine Fotodetektionsvorrichtung mit einer Vielzahl von Lichtempfangsbereichen ist bekannt (z.B. Patentliteratur 1). In der Patentliteratur 1 ist ein Feldeffekttransistor in Reihe mit einer Fotodiode geschaltet, die einen Lichtempfangsbereich bildet. Ein erregter Zustand der Fotodiode wird durch einen Schalter mit diesem Feldeffekttransistor geschaltet. Dadurch wird die zu verwendende Fotodiode ausgewählt.
  • Zitateliste
  • Patentliteratur
  • Patentliteratur 1: Japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. JP 2018-44923 A
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • Wenn eine Lawinen-Fotodiode als Fotodiode verwendet wird, die einen Lichtempfangsbereich bildet, wird eine Vorspannung an die Lawinen-Fotodiode angelegt. Wenn Licht in die Lawinen-Fotodiode eintritt, während die Vorspannung angelegt ist, vervielfacht die Lawinen-Fotodiode Elektronen, die als Reaktion auf das einfallende Licht erzeugt wurden, und gibt sie aus. Zu diesem Zeitpunkt erzeugt die Lawinen-Fotodiode Wärme. Mit steigender Vorspannung nimmt die von der Lawinen-Fotodiode erzeugte Wärmemenge zu. Mit zunehmender Anzahl von Lawinen-Fotodioden in einer Fotodetektionsvorrichtung steigt auch die in der Fotodetektionsvorrichtung erzeugte Wärmemenge. Bei einer Fotodetektionsvorrichtung, die eine Vielzahl von Lawinen-Dioden verwendet, besteht die Gefahr, dass die Detektionsgenauigkeit aufgrund der Wärmeentwicklung in jeder Lawinen-Fotodiode abnimmt. Je nach der Anzahl der Lawinen-Fotodioden in der Fotodetektionsvorrichtung, dem Wert der Vorspannung und der Menge des einfallenden Lichts kann die Fotodetektionsvorrichtung durch die Wärmeentwicklung beschädigt werden.
  • Auch wenn kein zu messendes Licht einfällt, kann die Lawinen-Fotodiode durch das Einfallen von Umgebungslicht wie Sonnenlicht Wärme erzeugen. Daher ist es denkbar, die Wärmeerzeugung zu unterdrücken, indem das Anlegen der Vorspannung an eine Lawinen-Fotodiode, in die das zu messende Licht nicht eintritt, unterbrochen wird. In der in Patentschrift 1 offenbarten Fotodetektionsvorrichtung wird beispielsweise das Anlegen der Vorspannung an die Fotodiode durch Unterbrechung der elektrischen Verbindung mit der Fotodiode, die den Lichtempfangsbereich bildet, unterbunden. Konkret wird ein mit der Fotodiode in Reihe geschalteter Schalter zwischen einem leitenden Zustand und einem Sperrzustand umgeschaltet. Im leitenden Zustand, in dem der Schalter leitend ist, wird die Vorspannung an die Lawinen-Fotodiode angelegt. Im abgeschalteten Zustand, in dem der Schalter ausgeschaltet ist, wird keine Vorspannung an die Lawinen-Fotodiode angelegt.
  • In dieser Fotodetektionsvorrichtung wird eine Spannung, die der an die Lawinen-Fotodiode angelegten Vorspannung entspricht, an eine Leseschaltung zum Lesen eines Signals von der Lawinen-Fotodiode angelegt. Daher kann die Leseschaltung in der Fotodetektionsvorrichtung selbst bei unterdrückter Wärmeerzeugung aufgrund von Schwankungen eines an die Leseschaltung angelegten Potentials als Reaktion auf das Umschalten zwischen dem leitenden Zustand und dem Sperrzustand durch den Schalter beschädigt werden.
  • Ein Ziel jedes Aspekts der Erfindung ist es, eine Fotodetektionsvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, die Wärmeentwicklung einer Lawinen-Fotodiode aufgrund von einfallendem Licht und die Beschädigung einer Leseschaltung aufgrund von Spannungsschwankungen zu unterdrücken.
  • Lösung des Problems
  • Eine Fotodetektionsvorrichtung in einem Aspekt der Erfindung umfasst eine Vielzahl von Fotodetektionseinheiten, die jeweils einen Lichtempfangsbereich aufweisen. Jede der Fotodetektionseinheiten umfasst eine Lawinen-Fotodiode, einen ersten Anschluss, erste und zweite Schaltungseinheiten, einen zweiten Anschluss und einen dritten Anschluss. Die Lawinen-Fotodiode umfasst erste und zweite Elektroden und bildet den Lichtempfangsbereich. Der erste Anschluss ist mit der ersten Elektrode verbunden. Ein erstes Potential wird an den ersten Anschluss angelegt. Die erste Schaltungseinheit und die zweite Schaltungseinheit sind parallel zueinander mit der zweiten Elektrode verbunden. Der zweite Anschluss ist über die erste Schaltungseinheit mit der zweiten Elektrode verbunden. An dem zweiten Anschluss wird ein zweites Potential angelegt. Der dritte Anschluss ist über die zweite Schaltungseinheit mit der zweiten Elektrode verbunden. An den dritten Anschluss wird ein drittes Potential angelegt. In jeder der Fotodetektionseinheiten enthält die erste Schaltungseinheit einen ersten Schalter und einen Widerstand, und die zweite Schaltungseinheit enthält einen zweiten Schalter, einen Kondensator und eine Leseschaltung. Der erste Schalter schaltet einen Verbindungszustand zwischen der zweiten Elektrode und dem zweiten Anschluss. Der erste Schalter, der Widerstand, die zweite Elektrode und der zweite Anschluss sind in Reihe miteinander verbunden. Der zweite Schalter schaltet einen Verbindungszustand zwischen der zweiten Elektrode und dem dritten Anschluss. Die Leseschaltung enthält einen Transimpedanzverstärker. Der zweite Schalter und der Kondensator sind parallel zueinander an die zweite Elektrode angeschlossen. Der zweite Schalter, die zweite Elektrode und der dritte Anschluss sind in Reihe miteinander verbunden. Der Transimpedanzverstärker ist in Reihe mit dem Kondensator geschaltet und über den Kondensator mit der zweiten Elektrode verbunden. Ein absoluter Wert einer Potentialdifferenz zwischen dem ersten Potential und dem dritten Potential ist kleiner als ein absoluter Wert einer Potentialdifferenz zwischen dem ersten Potential und dem zweiten Potential.
  • In dem einen Aspekt ist der erste Anschluss mit der ersten Elektrode der Lawinen-Fotodiode verbunden. Der erste Schalter schaltet einen Verbindungszustand zwischen der zweiten Elektrode der Lawinen-Fotodiode und dem zweiten Anschluss. Der zweite Schalter schaltet einen Verbindungszustand zwischen der zweiten Elektrode der Lawinen-Fotodiode und dem dritten Anschluss. Daher kann diese Fotodetektionsvorrichtung eine Vorspannung für die Lawinen-Fotodiode von der Potentialdifferenz zwischen dem an den ersten Anschluss angelegten ersten Potential und dem an den zweiten Anschluss angelegten zweiten Potential auf die Potentialdifferenz zwischen dem an den ersten Anschluss angelegten ersten Potential und dem an den dritten Anschluss angelegten dritten Potential umschalten. Dadurch wird die Wärmeentwicklung der Lawinen-Fotodiode durch einfallendes Licht und die Beschädigung der Leseschaltung durch Spannungsschwankungen unterdrückt.
  • In dem einem Aspekt kann in jeder der Fotodetektionseinheiten der erste Schalter über den Widerstand mit der zweiten Elektrode verbunden sein. In diesem Fall wird der Einfluss der im ersten Schalter erzeugten parasitären Kapazität reduziert.
  • In dem einen Aspekt kann die Fotodetektionsvorrichtung ferner eine Schaltersteuereinheit enthalten, die so konfiguriert ist, dass sie einen Verbindungszustand durch den ersten und den zweiten Schalter entsprechend dem Zeitpunkt der Fotodetektion in jeder der Fotodetektionseinheiten steuert. In diesem Fall kann die Fotodetektionsvorrichtung die Vorspannung für die Lawinen-Fotodiode in Abhängigkeit davon schalten, ob es der Zeitpunkt für die Durchführung der Fotodetektion ist oder nicht.
  • In dem einen Aspekt kann die Schaltersteuereinheit den zweiten Schalter veranlassen, die zweite Elektrode und den dritten Anschluss in einem Zustand miteinander zu verbinden, in dem der erste Schalter die zweite Elektrode und den zweiten Anschluss voneinander trennt. Wenn in diesem Fall Umgebungslicht in die Lawinen-Fotodiode eindringt, die das zu messende Licht nicht erkennt, kann die Fotodetektionsvorrichtung einen erzeugten Strom an den dritten Anschluss abgeben. Auf diese Weise wird eine Beschädigung am Leseschaltkreis verhindert.
  • In dem einen Aspekt kann die Schaltersteuereinheit den zweiten Schalter veranlassen, die zweite Elektrode und den dritten Anschluss in einem Zustand voneinander zu trennen, in dem der erste Schalter die zweite Elektrode und den zweiten Anschluss miteinander verbindet. In diesem Fall wird die Wärmeentwicklung in dem Widerstand unterdrückt.
  • In dem einen Aspekt kann die Fotodetektionsvorrichtung außerdem eine Bestrahlungseinheit enthalten, die Licht anlegt. Die Schaltersteuereinheit kann die erregten Zustände des ersten und zweiten Schalters entsprechend dem Zeitpunkt steuern, zu dem Licht von der Bestrahlungseinheit angelegt wird. In diesem Fall kann die Fotodetektionsvorrichtung zuverlässiger bestimmen, ob es der richtige Zeitpunkt für die Durchführung der Fotodetektion ist oder nicht. Im Ergebnis kann die Fotodetektionsvorrichtung die Vorspannung für die Lawinen-Fotodiode genauer schalten, je nachdem, ob es der Zeitpunkt für die Durchführung der Fotodetektion ist oder nicht.
  • Eine Fotodetektionsvorrichtung in einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst eine Vielzahl von Fotodetektionseinheiten, die jeweils einen Lichtempfangsbereich aufweisen. Jede der Fotodetektionseinheiten umfasst eine Lawinen-Fotodiode, einen ersten Anschluss, erste und zweite Schaltungseinheiten, einen zweiten Anschluss und einen dritten Anschluss. Die Lawinen-Fotodiode umfasst erste und zweite Elektroden und bildet den Lichtempfangsbereich. Der erste Anschluss ist mit der ersten Elektrode verbunden. Ein erstes Potential wird an den ersten Anschluss angelegt. Die erste Schaltungseinheit und die zweite Schaltungseinheit sind parallel zueinander mit der zweiten Elektrode verbunden. Der zweite Anschluss ist über die erste Schaltungseinheit mit der zweiten Elektrode verbunden. An den zweiten Anschluss wird ein zweites Potential angelegt. Der dritte Anschluss ist über die zweite Schaltungseinheit mit der zweiten Elektrode verbunden. An den dritten Anschluss wird ein drittes Potential angelegt. In jeder der Fotodetektionseinheiten enthält die erste Schaltungseinheit einen Widerstand und einen Schalter, und die zweite Schaltungseinheit enthält eine Diode, einen Kondensator und eine Leseschaltung. Der Schalter schaltet einen Verbindungszustand zwischen der zweiten Elektrode und dem zweiten Anschluss. Der Schalter, der Widerstand, die zweite Elektrode und der zweite Anschluss sind in Reihe miteinander verbunden. Die Leseschaltung enthält einen Transimpedanzverstärker. Die Diode und der Kondensator sind parallel zueinander an die zweite Elektrode angeschlossen. Die Diode enthält eine dritte Elektrode und eine vierte Elektrode. Die dritte Elektrode hat die gleiche Polarität wie die erste Elektrode der Lawinen-Fotodiode. Die vierte Elektrode hat die gleiche Polarität wie die zweite Elektrode der Lawinen-Fotodiode. Die dritte Elektrode ist mit dem dritten Anschluss verbunden. Die vierte Elektrode ist mit der zweiten Elektrode verbunden. Eine Anode der Diode ist mit dem dritten Anschluss verbunden. Der Transimpedanzverstärker ist in Reihe mit dem Kondensator geschaltet und über den Kondensator mit der zweiten Elektrode verbunden. Ein absoluter Wert einer Potentialdifferenz zwischen dem ersten Potential und dem dritten Potential ist kleiner als ein absoluter Wert einer Potentialdifferenz zwischen dem ersten Potential und dem zweiten Potential.
  • In dem anderen Aspekt ist der erste Anschluss mit der ersten Elektrode der Lawinen-Fotodiode verbunden. Der Schalter schaltet einen Verbindungszustand zwischen der zweiten Elektrode der Lawinen-Fotodiode und dem zweiten Anschluss. Die vierte Elektrode der Diode ist mit der zweiten Elektrode verbunden, und die dritte Elektrode der Diode ist mit dem dritten Anschluss verbunden. Die vierte Elektrode hat die gleiche Polarität wie die zweite Elektrode. Die dritte Elektrode hat die gleiche Polarität wie die erste Elektrode. Daher kann diese Fotodetektionsvorrichtung eine Vorspannung für die Lawinen-Fotodiode von der Potentialdifferenz zwischen dem an den ersten Anschluss angelegten ersten Potential und dem an den zweiten Anschluss angelegten zweiten Potential auf die Potentialdifferenz zwischen dem an den ersten Anschluss angelegten ersten Potential und dem an den dritten Anschluss angelegten dritten Potential umschalten. Als Ergebnis wird die Wärmeentwicklung der Lawinen-Fotodiode durch einfallendes Licht und die Beschädigung der Leseschaltung durch Spannungsschwankungen unterdrückt.
  • In dem anderen Aspekt kann der Schalter in der Fotodetektionseinheit über den Widerstand mit der zweiten Elektrode verbunden sein. In diesem Fall wird der Einfluss der im Schalter erzeugten parasitären Kapazität reduziert.
  • In jedem der Aspekte kann der Transimpedanzverstärker in einer integrierten CMOS-Logikschaltung enthalten sein. Wenn der Transimpedanzverstärker in der integrierten CMOS-Logikschaltung enthalten ist, kann der Transimpedanzverstärker mit einer relativ hohen Geschwindigkeit arbeiten. Allerdings ist in der integrierten CMOS-Logikschaltung der Bereich der Betriebsspannung begrenzt. Mit der obigen Konfiguration kann die an die Lawinen-Fotodiode angelegte Vorspannung geändert werden, während die an die integrierte CMOS-Logikschaltung angelegte Spannung innerhalb des Betriebsspannungsbereichs liegt. Während die Betriebsgeschwindigkeit des Transimpedanzverstärkers verbessert wird, können daher die Wärmeentwicklung der Lawinen-Fotodiode und die Beschädigung der Leseschaltung aufgrund von Spannungsschwankungen unterdrückt werden.
  • In einem anderen Aspekt kann der Widerstand eine größere Impedanz als die Eingangsimpedanz der zweiten Schaltungseinheit haben. In diesem Fall kann ein Signal von der Lawinen-Fotodiode genauer an den Transimpedanzverstärker übertragen werden.
  • In dem anderen Aspekt können die Potentialdifferenz zwischen dem ersten Potential und dem zweiten Potential und die Potentialdifferenz zwischen dem ersten Potential und dem dritten Potential in den Bereich der Betriebsspannung des Transimpedanzverstärkers einbezogen werden. In diesem Fall kann mit einer einfachen Konfiguration die Betriebsgeschwindigkeit des Transimpedanzverstärkers verbessert werden, während die Wärmeerzeugung des Transimpedanzverstärkers und die Beschädigung der Leseschaltung aufgrund von Spannungsschwankungen unterdrückt werden kann.
  • Eine Fotodetektionsvorrichtung in noch einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst eine Vielzahl von Fotodetektionseinheiten. Jede der Fotodetektionseinheiten umfasst eine Lawinen-Fotodiode, einen ersten Anschluss, erste und zweite Schaltungseinheiten, einen zweiten Anschluss und einen dritten Anschluss. Die Lawinen-Fotodiode umfasst eine erste und eine zweite Elektrode. Der erste Anschluss ist mit der ersten Elektrode verbunden. Die erste Schaltungseinheit und die zweite Schaltungseinheit sind parallel zueinander mit der zweiten Elektrode verbunden. Der zweite Anschluss ist über die erste Schaltungseinheit mit der zweiten Elektrode verbunden. Der dritte Anschluss ist über die zweite Schaltungseinheit mit der zweiten Elektrode verbunden. In jeder der Fotodetektionseinheiten enthält die erste Schaltungseinheit einen ersten Schalter und einen Widerstand, und die zweite Schaltungseinheit enthält einen zweiten Schalter, einen Kondensator und eine Leseschaltung. Der erste Schalter schaltet einen Verbindungszustand zwischen der zweiten Elektrode und dem zweiten Anschluss. Der erste Schalter, der Widerstand, die zweite Elektrode und der zweite Anschluss sind in Reihe miteinander verbunden. Der zweite Schalter schaltet einen Verbindungszustand zwischen der zweiten Elektrode und dem dritten Anschluss. Die Leseschaltung enthält einen Transimpedanzverstärker. Der zweite Schalter und der Kondensator sind parallel zueinander an die zweite Elektrode angeschlossen. Der zweite Schalter, die zweite Elektrode und der dritte Anschluss sind in Reihe miteinander verbunden. Der Transimpedanzverstärker ist in Reihe mit dem Kondensator geschaltet und über den Kondensator mit der zweiten Elektrode verbunden.
  • In noch einem anderen Aspekt der Erfindung ist der erste Anschluss mit der ersten Elektrode der Lawinen-Fotodiode verbunden. Der erste Schalter schaltet einen Verbindungszustand zwischen der zweiten Elektrode der Lawinen-Fotodiode und dem zweiten Anschluss. Der zweite Schalter schaltet einen Verbindungszustand zwischen der zweiten Elektrode der Lawinen-Fotodiode und dem dritten Anschluss. Daher kann diese Fotodetektionsvorrichtung eine Vorspannung für die Lawinen-Fotodiode von einer Potentialdifferenz zwischen einem an den ersten Anschluss angelegten Potential und einem an den zweiten Anschluss angelegten Potential auf eine Potentialdifferenz zwischen dem an den ersten Anschluss angelegten Potential und einem an den dritten Anschluss angelegten Potential umschalten. Als Ergebnis wird die Wärmeentwicklung der Lawinen-Fotodiode durch einfallendes Licht und die Beschädigung der Leseschaltung durch Spannungsschwankungen unterdrückt.
  • Eine Fotodetektionsvorrichtung in noch einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst eine Vielzahl von Fotodetektionseinheiten. Jede der Fotodetektionseinheiten umfasst eine Lawinen-Fotodiode, einen ersten Anschluss, erste und zweite Schaltungseinheiten, einen zweiten Anschluss und einen dritten Anschluss. Die Lawinen-Fotodiode umfasst eine erste und eine zweite Elektrode. Der erste Anschluss ist mit der ersten Elektrode verbunden. Die erste Schaltungseinheit und die zweite Schaltungseinheit sind parallel zueinander mit der zweiten Elektrode verbunden. Der zweite Anschluss ist über die erste Schaltungseinheit mit der zweiten Elektrode verbunden. Der dritte Anschluss ist über die zweite Schaltungseinheit mit der zweiten Elektrode verbunden. In jeder der Fotodetektionseinheiten enthält die erste Schaltungseinheit einen Schalter und einen Widerstand, und die zweite Schaltungseinheit enthält eine Diode, einen Kondensator und eine Leseschaltung. Der Schalter schaltet einen Verbindungszustand zwischen der zweiten Elektrode und dem zweiten Anschluss. Der Schalter, der Widerstand, die zweite Elektrode und der zweite Anschluss sind in Reihe miteinander verbunden. Die Leseschaltung enthält einen Transimpedanzverstärker. Die Diode und der Kondensator sind parallel zueinander an die zweite Elektrode angeschlossen. Die Diode enthält eine dritte Elektrode und eine vierte Elektrode. Die dritte Elektrode hat die gleiche Polarität wie die erste Elektrode der Lawinen-Fotodiode. Die vierte Elektrode hat die gleiche Polarität wie die zweite Elektrode der Lawinen-Fotodiode. Die dritte Elektrode ist mit dem dritten Anschluss verbunden. Die vierte Elektrode ist mit der zweiten Elektrode verbunden. Der Transimpedanzverstärker ist in Reihe mit dem Kondensator geschaltet und über den Kondensator mit der zweiten Elektrode verbunden.
  • In noch einem anderen Aspekt der Erfindung ist der erste Anschluss mit der ersten Elektrode der Lawinen-Fotodiode verbunden. Der Schalter schaltet einen Verbindungszustand zwischen der zweiten Elektrode der Lawinen-Fotodiode und dem zweiten Anschluss. Eine Kathode der Diode ist mit der zweiten Elektrode verbunden und eine Anode der Diode ist mit dem dritten Anschluss verbunden. Daher kann diese Fotodetektionsvorrichtung eine Vorspannung für die Lawinen-Fotodiode von einer Potentialdifferenz zwischen einem an den ersten Anschluss angelegten Potential und einem an den zweiten Anschluss angelegten Potential auf eine Potentialdifferenz zwischen dem an den ersten Anschluss angelegten Potential und einem an den dritten Anschluss angelegten Potential umschalten. Als Ergebnis wird die Wärmeentwicklung der Lawinen-Fotodiode durch einfallendes Licht und die Beschädigung der Leseschaltung durch Spannungsschwankungen unterdrückt.
  • Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
  • Jeder Aspekt der Erfindung kann eine Fotodetektionsvorrichtung bereitstellen, in der die Wärmeerzeugung einer Lawinen-Fotodiode aufgrund von einfallendem Licht und die Beschädigung einer Leseschaltung aufgrund von Spannungsschwankungen unterdrückt werden.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische Darstellung einer Fotodetektionsvorrichtung in einer Ausführungsform.
    • 2 ist eine schematische Darstellung einer Lichtempfangseinheit, die in der Fotodetektionsvorrichtung enthalten ist.
    • 3 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht der Lichtempfangseinheit.
    • 4 ist eine Querschnittsansicht der Lichtempfangseinheit.
    • 5 ist ein Diagramm zur Beschreibung einer Schaltung einer Fotodetektionseinheit.
    • 6 ist ein Zeitdiagramm von Steuersignalen von sich unterscheidenden Fotodetektionseinheiten.
    • 7 ist ein Diagramm, das die Eigenschaften einer Lawinen-Fotodiode veranschaulicht.
    • 8 ist ein Diagramm zur Beschreibung einer Schaltung einer Fotodetektionseinheit in einem modifizierten Beispiel der vorliegenden Ausführungsform.
    • 9 ist ein Diagramm zur Beschreibung einer Schaltung einer Fotodetektionseinheit in einem modifizierten Beispiel der vorliegenden Ausführungsform.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • Nachfolgend wird eine Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben. Es ist anzumerken, dass in der Beschreibung die gleichen Bezugszeichen für die gleichen Elemente oder Elemente mit der gleichen Funktion verwendet werden, und überlappende Beschreibungen weggelassen werden.
  • Zunächst wird eine Konfiguration einer Fotodetektionsvorrichtung in der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. 1 ist ein schematisches Diagramm, das die Konfiguration der Fotodetektionsvorrichtung in der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
  • Eine Fotodetektionsvorrichtung 1 misst die Entfernung zu einem zu messenden Objekt, indem sie das Licht des zu messenden Objekts erfasst. Die Fotodetektionsvorrichtung 1 ist z.B. in LiDAR (Light Detection and Ranging) enthalten. Die Lichterfassungsvorrichtung 1 umfasst eine Bestrahlungseinheit 2, eine Lichtempfangseinheit 3 und Linsen L1 und L2. Die Bestrahlungseinheit 2 umfasst eine Lichtquelle 2a. Die Bestrahlungseinheit 2 bringt Laserlicht B1 auf, zum Beispiel mit Hilfe der Lichtquelle 2a. Das von der Bestrahlungseinheit 2 emittierte Laserlicht B1 tritt durch die Linse L1 und wird beispielsweise auf ein Objekt α gerichtet. Das vom Objekt α reflektierte Licht tritt durch die Linse L2 und gelangt als zu messendes Licht B2 in die Lichtempfangseinheit 3. Die Lichtempfangseinheit 3 detektiert das auftreffende zu messende Licht B2. Neben dem zu messenden Licht B2 tritt auch Umgebungslicht B3 in die Lichtempfangseinheit 3 ein. Das Umgebungslicht B3 ist z.B. Sonnenlicht.
  • Als nächstes wird eine Konfiguration der Lichtempfangseinheit 3 mit Bezug auf die 2 und 3 beschrieben. 2 ist eine schematische Darstellung der Lichtempfangseinheit 3, die in der Fotodetektionsvorrichtung enthalten ist. 3 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht der Lichtempfangseinheit 3.
  • Die Lichtempfangseinheit 3 umfasst ein Fotodetektionssubstrat 5 und ein Schaltungselement 7. Das Fotodetektionssubstrat 5 und das Schaltungselement 7 sind miteinander verbunden. In der vorliegenden Ausführungsform sind das Fotodetektionssubstrat 5 und das Schaltungselement 7 einander zugewandt. In der vorliegenden Ausführungsform entspricht die Richtung, in der sich das Fotodetektionssubstrat 5 und das Schaltungselement 7 gegenüberstehen, der Richtung einer Z-Achse. Sowohl das Fotodetektionssubstrat 5 als auch das Schaltungselement 7 haben eine rechteckige Form, die sich in Richtung der XY-Achse erstreckt, bei Sicht in Richtung der Z-Achse. Das Fotodetektionssubstrat 5 und das Schaltungselement 7 sind miteinander verbunden. In dieser Beschreibung bedeutet der Begriff „Verbindung“, sofern nicht anders angegeben, elektrische Leitung und umfasst nicht nur die direkte Verbindung, sondern auch die indirekte Verbindung über ein anderes Element. „Verbunden“ schließt eine Konfiguration ein, in der verschiedene Elemente vorübergehend elektrisch isoliert sind, indem ein Schalter usw. zwischen den Elementen getrennt vorgesehen ist. „vereinigt“ bedeutet physisch verbunden, unabhängig von der elektrischen Verbindung, und schließt nicht nur die direkte Verbindung, sondern auch die indirekte Verbindung über ein anderes Element ein.
  • Das Schaltungselement 7 enthält eine integrierte Schaltung C. In der vorliegenden Ausführungsform enthält das Schaltungselement 7 nur eine integrierte Schaltung C. Das Schaltungselement 7 kann mehrere integrierte Schaltungen C enthalten. Die integrierte Schaltung C ist eine integrierte CMOS-Logikschaltung. Das Schaltungselement 7 verarbeitet ein von dem Fotodetektionssubstrat 5 ausgegebenes Signal in der integrierten Schaltung C. Ein Bereich der Betriebsspannung der integrierten Schaltung C beträgt beispielsweise 20 V oder weniger.
  • Das Schaltungselement 7 enthält einen Anschluss 12. Der Anschluss 12 umfasst eine Vielzahl von Elektroden. Das Fotodetektionssubstrat 5 und das Schaltungselement 7 arbeiten in Abhängigkeit von einer an den Anschluss 12 angelegten Spannung. Das Schaltungselement 7 verarbeitet ein vom Fotodetektionssubstrat 5 ausgegebenes Signal und gibt das verarbeitete Signal über den Anschluss 12 an die Außenseite des Schaltungselements 7 ab.
  • Das Fotodetektionssubstrat 5 und das Schaltungselement 7 umfassen eine Vielzahl von Signalausgabeeinheiten U. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Vielzahl der Signalausgabeeinheiten U zweidimensional in Richtung der XY-Achse angeordnet. In einem modifizierten Beispiel der vorliegenden Ausführungsform kann die Mehrzahl der Signalausgabeeinheiten U in einer Linie angeordnet sein. Wie in 3 dargestellt, umfasst die Lichtempfangseinheit 3 eine Vielzahl von Fotodetektionseinheiten 15. Jede der Signalausgabeeinheiten U umfasst eine Vielzahl von Fotodetektionseinheiten 15. In einem abgewandelten Beispiel der vorliegenden Ausführungsform kann jede Signalausgabeeinheit U nur eine Fotodetektionseinheit 15 enthalten.
  • In der vorliegenden Ausführungsform detektiert die Lichtempfangseinheit 3 Licht zu unterschiedlichen Zeitpunkten für jede Signalausgabeeinheit U. Als modifiziertes Beispiel der vorliegenden Ausführungsform kann die Lichtempfangseinheit 3 Licht zu unterschiedlichen Zeitpunkten für jede Spalte oder jede Zeile der Signalausgabeeinheit U detektieren. Die Lichtempfangseinheit 3 kann Licht zum gleichen Zeitpunkt in allen Signalausgabeeinheiten U detektieren.
  • Jede Fotodetektionseinheit 15 hat einen Lichtempfangsbereich R. Die Lichtempfangseinheit 3 detektiert das in jeden Lichtempfangsbereich R eintretende Licht. Das Fotodetektionssubstrat 5 wandelt das in den Lichtempfangsbereich R eintretende Licht in Elektronen um und überträgt ein den Elektronen entsprechendes Signal an das Schaltungselement 7. In der vorliegenden Ausführungsform wird jeder Lichtempfangsbereich R durch eine Lawinen-Fotodiode 11 gebildet. Nachfolgend wird die „Lawinen-Fotodiode“ als „APD“ bezeichnet. Jede APD 11 ist im Fotodetektionssubstrat 5 enthalten. Jede APD 11 ist mit dem Schaltungselement 7 verbunden.
  • Jede Fotodetektionseinheit 15 umfasst eine Vielzahl von Signalverarbeitungseinheiten P, die ein von mindestens einer APD 11 ausgegebenes Signal verarbeiten. Jede Signalverarbeitungseinheit P ist in dem Schaltungselement 7 enthalten. Jede Signalverarbeitungseinheit P ist in der integrierten Schaltung C enthalten. In der vorliegenden Ausführungsform enthält eine integrierte Schaltung C eine Vielzahl von Signalverarbeitungseinheiten P. Das Schaltungselement 7 führt in jeder Signalverarbeitungseinheit P eine Verarbeitung in Bezug auf ein vom Fotodetektionssubstrat 5 übertragenes Signal durch. Jede APD 11, die den Lichtempfangsbereich R bildet, ist mit einer Signalverarbeitungseinheit P verbunden, die der jeweiligen APD 11 entspricht. In der vorliegenden Ausführungsform, wie in 3 dargestellt, entspricht eine Signalverarbeitungseinheit P einem Lichtempfangsbereich R. Ein APD 11 ist mit einer Signalverarbeitungseinheit P über einen Höcker B verbunden. Mit anderen Worten sind die Signalverarbeitungseinheit P und das APD 11 in einer Eins-zu-Eins-Beziehung verbunden.
  • Als nächstes wird ein Beispiel für eine Konfiguration der Lichtempfangseinheit 3 unter Bezugnahme auf 4 im Detail beschrieben. 4 ist eine Querschnittsansicht der Lichtempfangseinheit. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Lichtempfangseinheit 3 eine Halbleiter-Fotodetektionsvorrichtung vom Rückseiteneinfallstyp.
  • Die Lichtempfangseinheit 3 umfasst neben dem Fotodetektionssubstrat 5 und dem Schaltungselement 7 auch ein Glassubstrat 8 und ein Montagesubstrat 9. In der vorliegenden Ausführungsform entspricht eine Ebene parallel zu jeder Hauptoberfläche des Fotodetektionssubstrats 5, des Schaltungselements 7, des Glassubstrats 8 und des Montagesubstrats 9 einer XY-Achsenebene, und eine Richtung orthogonal zu jeder Hauptoberfläche entspricht der Z-Achsenrichtung. Das Glassubstrat 8 ist dem Fotodetektionssubstrat 5 zugewandt. Das Fotodetektionssubstrat 5 ist zwischen dem Schaltungselement 7 und dem Glassubstrat 8 angeordnet. Das Montagesubstrat 9 ist dem Schaltungselement 7 zugewandt. Das Schaltungselement 7 ist zwischen dem Fotodetektionssubstrat 5 und dem Montagesubstrat 9 angeordnet.
  • Das Fotodetektionssubstrat 5 umfasst ein Halbleitersubstrat 10, das in der Draufsicht eine rechteckige Form hat. Das Halbleitersubstrat 10 besteht aus Si und ist ein Halbleitersubstrat vom P-Typ. Das Halbleitersubstrat 10 umfasst eine Hauptfläche 10a und eine Hauptfläche 10b, die einander gegenüberliegen. Die Hauptoberfläche 10a ist eine Oberfläche, auf der Licht in das Halbleitersubstrat 10 eintritt.
  • Das Schaltungselement 7 umfasst eine Hauptfläche 7a und eine Hauptfläche 7b, die einander gegenüberliegen. Das Schaltungselement 7 hat in der Draufsicht eine rechteckige Form. Das Fotodetektionssubstrat 5 ist mit dem Schaltungselement 7 verbunden. Die Hauptfläche 7a und die Hauptfläche 10b sind einander zugewandt. Das Fotodetektionssubstrat 5 und das Schaltungselement 7 sind durch eine Klebeschicht IA verknüpft. Die Klebeschicht IA hat isolierende Eigenschaften. Das Fotodetektionssubstrat 5 und das Schaltungselement 7 sind physisch und elektrisch durch eine Vielzahl von Höckern B verbunden. Die Hauptflächen 7a und 7b des Schaltungselements 7 sind größer als die Hauptflächen 10a und 10b des Halbleitersubstrats 10. Eine Kante des Schaltungselements 7 umgibt eine Kante des Fotodetektionssubstrats 5, bei Sicht in Richtung der Z-Achse.
  • Das Glassubstrat 8 umfasst eine Hauptfläche 8a und eine Hauptfläche 8b, die einander gegenüberliegen. Das Glassubstrat 8 hat in der Draufsicht eine rechteckige Form. Die Hauptfläche 8b ist der Hauptfläche 10a des Halbleitersubstrats 10 zugewandt. Die Hauptfläche 8a und die Hauptfläche 8b sind flach. Das Glassubstrat 8 und das Fotodetektionssubstrat 5 sind mit Hilfe eines optischen Klebstoffs OA optisch verknüpft. Das Glassubstrat 8 kann direkt auf dem Fotodetektionssubstrat 5 gebildet werden.
  • Das Montagesubstrat 9 beinhaltet eine Hauptfläche 9a und eine Hauptfläche 9b, die einander gegenüberliegen. Die Hauptfläche 9a ist der Hauptfläche 7b des Schaltungselements 7 zugewandt. Die Hauptfläche 9a des Montagesubstrats 9 ist größer als jede der Hauptflächen 8a und 8b des Schaltungselements 7. Eine Kante des Montagesubstrats 9 umgibt die Kante des Schaltungselements 7, bei Sicht in Richtung der Z-Achse. Das Schaltungselement 7 und das Montagesubstrat 9 sind durch einen Bonddraht W verbunden. Das Montagesubstrat 9 ist über den Bonddraht W mit dem Anschluss 12 verbunden.
  • Das Halbleitersubstrat 10 enthält eine Vielzahl von APDs 11. Die Vielzahl der APDs 11 ist in Richtung der Z-Achse gesehen zweidimensional in einer Matrix angeordnet. Jede APD 11 bildet den Lichtempfangsbereich R auf der Hauptoberfläche 10a. Das Halbleitersubstrat 10 enthält zusätzlich zu den APDs 11 einen peripheren Trägerabsorptionsbereich 13. Ein Teil des peripheren Trägerabsorptionsabschnitts 13 befindet sich zwischen den APDs 11, die in Richtung der Z-Achse gesehen nebeneinander liegen. Der periphere Trägerabsorptionsabschnitt 13 ist in Richtung der Z-Achse gesehen gitterförmig angeordnet. Der periphere Trägerabsorptionsabschnitt 13 umgibt die APD 11. Der periphere Trägerabsorptionsbereich 13 ist ein Bereich, der Träger absorbiert, die sich in der Peripherie befinden.
  • Wie in 4 dargestellt, enthält das Halbleitersubstrat 10 eine Halbleiterregion 21 und Halbleiterschichten 31, 32, 33 und 34. Jede der Vielzahl von APDs 11 umfasst die Halbleiterregion 21 und die Halbleiterschichten 31, 32 und 33. Der periphere Trägerabsorptionsbereich 13 umfasst die Halbleiterregion 21 und die Halbleiterschicht 34. Der periphere Trägerabsorptionsbereich 13 absorbiert Träger, die sich in der Peripherie der Halbleiterschicht 34 befinden. Das heißt, dass die Halbleiterschicht 34 als periphere Trägerabsorptionsschicht fungiert, die periphere Träger absorbiert.
  • Die Halbleiterregion 21 und die Halbleiterschichten 32, 33 und 35 sind von einem ersten Leitfähigkeitstyp, und die Halbleiterschichten 31 und 34 sind von einem zweiten Leitfähigkeitstyp. Verunreinigungen eines Halbleiters werden beispielsweise durch ein Diffusionsverfahren oder ein Ionenimplantationsverfahren hinzugefügt. In der vorliegenden Ausführungsform ist der erste Leitfähigkeitstyp der P-Typ und der zweite Leitfähigkeitstyp der N-Typ. Wenn das Halbleitersubstrat 10 auf Si basiert, wird ein Element der Gruppe 13, wie z. B. B, als P-Typ-Verunreinigung und ein Element der Gruppe 15, wie z. B. P oder As, als N-Typ-Verunreinigung verwendet. In der vorliegenden Ausführungsform haben die Halbleiterschichten 32, 33 und 35 die gleiche Verunreinigungskonzentration. Die Verunreinigungskonzentrationen der Halbleiterschichten 32, 33 und 35 sind höher als die der Halbleiterregion 21.
  • Die Halbleiterregion 21 befindet sich auf der Hauptoberfläche 10b in Bezug auf das Halbleitersubstrat 10. Die Halbleiterregion 21 ist in einem Teil der Hauptoberfläche 10b enthalten. Zum Beispiel ist die Halbleiterregion 21 vom P-Typ.
  • Die Halbleiterschicht 31 ist in einem Teil der Hauptfläche 10b enthalten. Die Halbleiterschicht 31 ist in der Richtung der Z-Achse gesehen in Kontakt mit der Halbleiterregion 21 und von dieser umgeben. Die Halbleiterschicht 31 ist zum Beispiel vom Typ N+. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Halbleiterschicht 31 in einer Kathode in der APD 11 enthalten.
  • Die Halbleiterschicht 32 befindet sich auf der Seite der Hauptoberfläche 10a in Bezug auf die Halbleiterschicht 31. Die Halbleiterschicht 32 steht in Kontakt mit der Halbleiterregion 21 und ist von diesem umgeben. Die Halbleiterschicht 32 ist innerhalb der Halbleiterregion 21 angeordnet. Ein Teil der Halbleiterregion 21 befindet sich zwischen der Halbleiterschicht 31 und der Halbleiterschicht 32. Die Halbleiterschicht 32 ist zum Beispiel vom P-Typ. Die Halbleiterschicht 32 ist in einem Lawinen-Bereich der APD 11 enthalten.
  • Die Halbleiterschicht 33 ist auf der Seite der Hauptoberfläche 10a in Bezug auf die Halbleiterschicht 32 und die Halbleiterregion 21 lokalisiert. Die Halbleiterschicht 33 ist in der gesamten Oberfläche der Hauptfläche 10a enthalten. Die Halbleiterschicht 33 steht mit der Halbleiterregion 21 auf der Seite der Hauptoberfläche 10b in Kontakt. Die Halbleiterschicht 33 ist beispielsweise vom P+ -Typ. Die Halbleiterschicht 33 ist in einer Anode der APD 11 enthalten.
  • Die Halbleiterschicht 34 ist in einem Teil der Hauptfläche 10b enthalten. Die Halbleiterschicht 34 ist in der Richtung der Z-Achse gesehen in Kontakt mit der Halbleiterregion 21 und von dieser umgeben. Der periphere Trägerabsorptionsabschnitt 13 umfasst die Halbleiterschicht 34 und ist nur mit der Halbleiterregion 21 im Halbleitersubstrat 10 in Kontakt. Der periphere Trägerabsorptionsbereich 13 enthält keine Schicht, die dem Lawinen-Bereich entspricht. Die Halbleiterschicht 34 ist beispielsweise vom N+ -Typ.
  • In dem Halbleitersubstrat 10 ist eine Nut 14 ausgebildet. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Nut 14 auf einer Seite einer Kante des Halbleitersubstrats 10 in Bezug auf die APD 11 in Richtung der Z-Achse gesehen vorgesehen. Die Nut 14 durchdringt das Halbleitersubstrat 10 nicht. Die Halbleiterschicht 35 bildet eine Kante der Nut 14 und einen Teil der Hauptfläche 10b. Die Halbleiterschicht 35 ist zum Beispiel vom Typ P+. Die Halbleiterschicht 35 ist in Kontakt mit der Halbleiterregion 21. Die Halbleiterschicht 35 erstreckt sich in Richtung der Z-Achse von der Hauptoberfläche 10b und ist in Kontakt mit der Halbleiterschicht 33. Die Halbleiterschicht 35 ist in der Anode der APD 11 enthalten.
  • Das Fotodetektionssubstrat 5 enthält außerdem einen Isolierfilm 41, Elektroden 42 und 43, einen Passivierungsfilm 46 und eine Isolierschicht 47. Der Isolierfilm 41 ist auf der Hauptoberfläche 10b des Halbleitersubstrats 10 aufgeschichtet. Der Isolierfilm 41 ist zum Beispiel eine Siliziumoxidschicht. Die Elektrode 42 ist auf dem Isolierfilm 41 angeordnet. Die Elektrode 43 ist auf dem Isolierfilm 41 und dem Rand der Rille 14 angeordnet. Der Passivierungsfilm 46 ist auf dem Isolierfilm 41 und den Elektroden 42 und 43 angeordnet. Die Isolierschicht 47 ist auf dem Passivierungsfilm 46 angeordnet und füllt die Nut 14 aus, um das Fotodetektionssubstrat 5 in Form eines rechteckigen Parallelepipeds zu bilden.
  • Die Elektrode 42 durchdringt der Isolierfilm 41 und ist mit der Halbleiterschicht 31 der APD 11 verbunden. Ein Teil der Elektrode 42 ist aus dem Passivierungsfilm 46 exponiert und ist in einer Flächenelektrode 52 der APD 11 enthalten. Die Elektrode 42 gibt ein Signal von der APD 11 an der Flächenelektrode 52 aus. Die Elektrode 43 ist mit der Halbleiterschicht 35 verbunden. Ein Teil der Elektrode 43 ist aus dem Passivierungsfilm 46 exponiert und ist in einer Flächenelektrode 53 der APD 11 enthalten. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Flächenelektrode 52 eine Flächenelektrode für die Kathode der APD 11. Die Flächenelektrode 53 ist eine Flächenelektrode für die Anode der APD 11.
  • Die Flächenelektroden 52 und 53 sind jeweils mit den entsprechenden Höckern (Bumps) B verbunden. Jede APD 11 ist über die Flächenelektrode 52 mit einem entsprechenden Höcker B verbunden. Die Vielzahl der APDs 11 ist einzeln mit unterschiedlichen Höckern B verbunden. Mit anderen Worten sind die APDs 11 und die Höcker B in einer Eins-zu-Eins-Beziehung verbunden.
  • Als nächstes wird eine Schaltungskonfiguration jeder Fotodetektionseinheit 15 in der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. 5 ist ein Diagramm zur Beschreibung einer Schaltung der Fotodetektionseinheit.
  • Wie in 5 dargestellt, umfasst jede Fotodetektionseinheit 15 die APD 11, einen ersten Anschluss 61, einen zweiten Anschluss 62, einen dritten Anschluss 63, eine erste Schaltungseinheit 64 und eine zweite Schaltungseinheit 65. In der vorliegenden Ausführungsform ist die APD 11 in dem Fotodetektionssubstrat 5 enthalten. Der erste Anschluss 61, der zweite Anschluss 62, der dritte Anschluss 63, die erste Schaltungseinheit 64 und die zweite Schaltungseinheit 65 sind in dem Schaltungselement 7 enthalten. Die APD 11 beinhaltet eine Elektrode 11a und eine Elektrode 11b. Die Elektrode 11a ist mit dem ersten Anschluss 61 verbunden. Die Elektrode 11b ist mit der ersten Schaltungseinheit 64 und der zweiten Schaltungseinheit 65 verbunden. Wenn die Elektrode 11a der ersten Elektrode entspricht, entspricht die Elektrode 11b der zweiten Elektrode.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Elektrode 11a die Anode der APD 11. Die Elektrode 11a entspricht einer Flächenelektrode, die mit einem P-Halbleiter der APD 11 verbunden ist. In der vorliegenden Ausführungsform entspricht die Elektrode 11a der Flächenelektrode 53. Die Elektrode 11b ist die Kathode der APD 11. Die Elektrode 11b entspricht einer Flächenelektrode, die mit einem N-Typ-Halbleiter der APD 11 verbunden ist. In der vorliegenden Ausführungsform entspricht die Elektrode 11b der Flächenelektrode 52.
  • Die erste Schaltungseinheit 64 und die zweite Schaltungseinheit 65 sind parallel zueinander mit der Elektrode 11b verbunden. Der zweite Anschluss 62 ist über die erste Schaltungseinheit 64 mit der Elektrode 11b verbunden. Der dritte Anschluss 63 ist über die zweite Schaltungseinheit 65 mit der Elektrode 11b verbunden.
  • Die erste Schaltungseinheit 64 umfasst einen Schalter 66 und einen Widerstand 68. Der Schalter 66 entspricht einem ersten Schalter. Der Schalter 66 schaltet einen Verbindungszustand zwischen der Elektrode 11b und dem zweiten Anschluss 62. Der Schalter 66 schaltet den Verbindungszustand zwischen der Elektrode 11b und dem zweiten Anschluss 62, indem er zwischen einem leitenden Zustand und einem abgeschalteten Zustand umschaltet. Der „leitende Zustand“ ist ein Zustand, in dem eine Vielzahl von angeschlossenen Drähten miteinander verbunden ist. Das heißt, dass der leitende Zustand ein EIN-Zustand ist. Der „abgeschaltete Zustand“ ist ein Zustand, in dem eine Vielzahl von miteinander verbundenen Drähten elektrisch getrennt ist. Das heißt, der Abschaltzustand ist ein AUS-Zustand. Der Schalter 66, der Widerstand 68, die Elektrode 11b und der zweite Anschluss 62 sind in Reihe miteinander verbunden. Mit anderen Worten sind der Schalter 66 und der Widerstand 68 in Reihe zwischen der Elektrode 11b und dem zweiten Anschluss 62 geschaltet. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Schalter 66 über den Widerstand 68 mit der Elektrode 11b verbunden. Der Widerstand 68 hat eine größere Impedanz als die Eingangsimpedanz der zweiten Schaltungseinheit 65.
  • Die zweite Schaltungseinheit 65 umfasst einen Schalter 67, einen Kondensator 69 und eine Leseschaltung 70. Der Schalter 67 entspricht einem zweiten Schalter. Die Leseschaltung 70 umfasst einen Transimpedanzverstärker 71. Nachfolgend wird der „Transimpedanzverstärker“ als „TIA“ bezeichnet. Der Schalter 67 schaltet einen Verbindungszustand zwischen der Elektrode 11b und dem dritten Anschluss 63. Der Schalter 67 schaltet den Verbindungszustand zwischen der Elektrode 11b und dem dritten Anschluss 63 durch Umschalten zwischen einem leitenden Zustand und einem Sperrzustand. Der Schalter 67 und der Kondensator 69 sind parallel zueinander an die Elektrode 11b angeschlossen. Die Elektrode 11b, der Schalter 67 und der dritte Anschluss 63 sind in Reihe miteinander verbunden. Mit anderen Worten ist der Schalter 67 zwischen der Elektrode 11b und dem dritten Anschluss 63 eingefügt. Ein TIA 71 ist in Reihe mit dem Kondensator 69 verbunden. Der TIA 71 ist über den Kondensator 69 mit der Elektrode 11b verbunden. Der Kondensator 69 hat eine niedrigere Eingangsimpedanz als die des TIA 71. Die Impedanz des Widerstands 68 ist größer als die Eingangsimpedanz sowohl des Kondensators 69 als auch des TIA 71.
  • Der Schalter 66 und der Schalter 67 sind z.B. Feldeffekttransistoren. Der Schalter 66 und der Schalter 67 sind z.B. MOS-FETs. Der Schalter 66 und der Schalter 67 schalten je nach angelegter Spannung zwischen einem leitenden Zustand und einem abgeschalteten Zustand um.
  • In der vorliegenden Ausführungsform sind der Schalter 66, der Widerstand 68, der Schalter 67, der Kondensator 69 und der TIA 71 in einer integrierten Schaltung C enthalten. Der Schalter 66, der Widerstand 68, der Schalter 67, der Kondensator 69 und der TIA 71 können jeweils in verschiedenen integrierten Schaltungen enthalten sein. Zumindest der TIA 71 ist in einer integrierten CMOS-Logikschaltung enthalten.
  • Die Lichtempfangseinheit 3 umfasst ferner eine Schaltersteuereinheit 75. Die Schaltersteuereinheit 75 steuert sowohl den Schalter 66 als auch den Schalter 67. Die Schaltersteuereinheit 75 steuert einen Verbindungszustand des Schalters 66 und des Schalters 67 entsprechend dem Timing der Fotodetektion in jeder Fotodetektionseinheit 15. In der vorliegenden Ausführungsform steuert die Schaltersteuereinheit 75 den Verbindungszustand des Schalters 66 und des Schalters 67 entsprechend dem Zeitpunkt, zu dem das Laserlicht B1 von der Bestrahlungseinheit 2 zugeführt wird. Die Schaltersteuereinheit 75 schaltet zwischen dem leitenden Zustand und dem abgeschalteten Zustand des Schalters 66 um. Die Schaltersteuereinheit 75 schaltet zwischen dem leitenden Zustand und dem abgeschalteten Zustand des Schalters 66 um.
  • Die Schaltersteuereinheit 75 umfasst beispielsweise einen Computer. Dieser Computer umfasst eine CPU (Central Processing Unit, Zentraleinheit), eine Hauptspeichereinheit, eine Hilfsspeichereinheit, eine Kommunikationssteuereinheit, eine Eingabevorrichtung und eine Ausgabevorrichtung. Die Schaltersteuereinheit 75 umfasst einen oder mehrere Computer mit dieser Hardware und Software, wie z.B. einem Programm.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist die Schaltersteuereinheit 75 in dem Schaltungselement 7 vorgesehen. In einem abgewandelten Beispiel der vorliegenden Ausführungsform kann die Schaltersteuereinheit 75 auf dem Montagesubstrat 9 getrennt von dem Schaltungselement 7 vorgesehen sein. In einem weiteren modifizierten Beispiel der vorliegenden Ausführungsform kann die Schaltersteuereinheit 75 außerhalb der Lichtempfangseinheit 3 vorgesehen sein.
  • Als nächstes wird der Betrieb jeder Fotodetektionseinheit 15 in der vorliegenden Ausführungsform mit Bezug auf die 6 und 7 beschrieben. 6 ist ein Zeitdiagramm von Steuersignalen von unterschiedlichen Fotodetektionseinheiten. 7 ist ein Diagramm, das die Eigenschaften der APD illustriert.
  • Die Lichtempfangseinheit 3 betreibt die mehreren Signalausgabeeinheiten U zu unterschiedlichen Zeitpunkten. Die Schaltersteuereinheit 75 gibt ein Steuersignal zur Anweisung der Lichterfassung an die Fotodetektionseinheit 15 jeder Signalausgabeeinheit U aus. Die Fotodetektionseinheit 15 jeder Signalausgabeeinheit U arbeitet auf der Grundlage des von der Schaltersteuereinheit 75 ausgegebenen Steuersignals. Das von der Schaltersteuereinheit 75 ausgegebene Steuersignal gibt jeder Lichterkennungseinheit 15 Anweisungen zur zeitlichen Steuerung der Lichterkennung. In der vorliegenden Ausführungsform ist dieses Steuersignal mit dem Zeitpunkt synchronisiert, zu dem das Laserlicht B1 von der Bestrahlungseinheit 2 emittiert wird.
  • 6 zeigt die Signale S1, S2, S3 und S4 als Steuersignal, das von der Schaltersteuereinheit 75 ausgegeben wird. Die Signale S1, S2, S3 und S4 haben unterschiedliche Wellenformen. Beispielsweise steuert die Lichtempfangseinheit 3 vier Gruppen von Signalausgabeeinheiten U zu unterschiedlichen Zeitpunkten entsprechend den Signalen S1, S2, S3 und S4 von der Schaltersteuereinheit 75. In der vorliegenden Ausführungsform umfasst jede Signalausgabeeinheit U eine Vielzahl von Fotodetektionseinheiten 15. Die Schaltersteuereinheit 75 gibt Signale mit der gleichen Wellenform an die Fotodetektionseinheiten 15 aus, die in der gleichen Signalausgabeeinheit in den Signalausgabeeinheiten U enthalten sind.
  • Jedes der Signale S1, S2, S3 und S4 ist z.B. ein HighLow-Signal. Wenn die in die Signalausgabeeinheit U eingegebenen Signale S1, S2, S3 und S4 Hoch sind, erfasst die in der Signalausgabeeinheit U enthaltene Fotodetektionseinheit 15 das zu messende Licht B2. Wenn die in die Signalausgangseinheit U eingegebenen Signale S1, S2, S3 und S4 Niedrig sind, erkennt die in der Signalausgangseinheit U enthaltene Fotodetektionseinheit 15 das zu messende Licht B2 nicht.
  • Zum Beispiel, wie in 6 dargestellt, zu dem Zeitpunkt, wenn das Signal S1 von einem Hoch-Zustand in einen Niedrig-Zustand fällt, steigt das Signal S2 von einem Niedrig-Zustand zu einem Hoch-Zustand. Infolgedessen beginnt die Fotodetektionseinheit 15 der Signalausgabeeinheit U, in die das Signal S1 eingegeben wird, zu dem Zeitpunkt, an dem die Detektion des zu messenden Lichts B2 endet, mit der Detektion des zu messenden Lichts B2, wenn die Fotodetektionseinheit 15 der Signalausgabeeinheit U, in die das Signal S2 eingegeben wird, beginnt. Zu dem Zeitpunkt, zu dem das Signal S2 vom Hoch-Zustand in den Niedrig-Zustand fällt, steigt das Signal S3 von einem Niedrig -Zustand zu einem Hoch-Zustand an. Folglich beginnt zu dem Zeitpunkt, zu dem die Fotodetektionseinheit 15 der Signalausgabeeinheit U, in die das Signal S2 eingegeben wird, die Detektion des zu messenden Lichts B2 beendet, die Fotodetektionseinheit 15 der Signalausgabeeinheit U, in die das Signal S3 eingegeben wird, die Detektion des zu messenden Lichts B2.
  • Wenn die Fotodetektionseinheit 15 das zu messende Licht B2 detektiert, veranlasst die Schaltersteuereinheit 75 den Schalter 66, die Elektrode 11b und den zweiten Anschluss 62 miteinander zu verbinden, und veranlasst den Schalter 67, die Elektrode 11b vom dritten Anschluss 63 zu trennen. Wenn die Fotodetektionseinheit 15 das zu messende Licht B2 nicht detektiert, veranlasst die Schaltersteuereinheit 75 den Schalter 66, die Elektrode 11b vom zweiten Anschluss 62 zu trennen, und veranlasst den Schalter 67, die Elektrode 11b und den dritten Anschluss 63 miteinander zu verbinden. Mit anderen Worten versetzt, wenn die Fotodetektionseinheit 15 das zu messende Licht B2 detektiert, die Schaltersteuereinheit 75 den Schalter 66 in den leitenden Zustand und den Schalter 67 in den abgeschalteten Zustand. Wenn die Fotodetektionseinheit 15 das zu messende Licht B2 nicht detektiert, schaltet die Schaltersteuereinheit 75 den Schalter 66 in den abgeschalteten Zustand und den Schalter 67 in den leitenden Zustand.
  • Zum Beispiel ist der Schalter 66 im leitenden Zustand, wenn das Steuersignal von der Schaltersteuereinheit 75 im Hoch-Zustand ist, und ist im abgeschalteten Zustand, wenn das Steuersignal von der Schaltersteuereinheit 75 im Niedrig-Zustand ist. Der Schalter 67 befindet sich im leitenden Zustand, wenn das Steuersignal von der Schaltersteuereinheit 75 im Niedrig-Zustand ist, und ist im abgeschalteten Zustand, wenn das Steuersignal von der Schaltersteuereinheit 75 im Hoch-Zustand ist.
  • An den ersten Anschluss 61 wird ein erstes Potential angelegt. Ein zweites Potential wird an den zweiten Anschluss 62 angelegt. An den dritten Anschluss 63 wird ein drittes Potential angelegt. Eine Spannung, die einer Potentialdifferenz zwischen dem ersten Potential und dem dritten Potential entspricht, oder eine Spannung, die einer Potentialdifferenz zwischen dem ersten Potential und dem zweiten Potential entspricht, wird an die APD 11 angelegt. Ein absoluter Wert der Potentialdifferenz zwischen dem ersten Potential und dem dritten Potential ist kleiner als ein absoluter Wert der Potentialdifferenz zwischen dem ersten Potential und dem zweiten Potential. Die Potentialdifferenz zwischen dem ersten Potential und dem zweiten Potential und die Potentialdifferenz zwischen dem ersten Potential und dem dritten Potential liegen in einem Bereich der Betriebsspannung des TIA 71. Die Potentialdifferenz zwischen dem ersten Potential und dem zweiten Potential wird entsprechend einem für die APD 11 festgelegten Multiplikationsfaktor bestimmt. In der vorliegenden Ausführungsform ist das erste Potential niedriger als das zweite Potential und das dritte Potential, und das dritte Potential ist niedriger als das zweite Potential.
  • Die an die APD 11 angelegte Spannung wird unter der Kontrolle der Schaltersteuereinheit 75 geschaltet. Wenn die Fotodetektionseinheit 15 das zu messende Licht B2 detektiert, werden die Elektrode 11b und der zweite Anschluss 62 durch den Schalter 66 miteinander verbunden, und die Elektrode 11b und der dritte Anschluss 63 werden durch den Schalter 67 voneinander abgekoppelt. Im Ergebnis wird an die APD 11 eine Spannung angelegt, die der Potentialdifferenz zwischen dem ersten Potential am ersten Anschluss 61 und dem zweiten Potential am zweiten Anschluss 62 entspricht.
  • Wenn die Fotodetektionseinheit 15 das zu messende Licht B2 nicht erkennt, werden die Elektrode 11b und der zweite Anschluss 62 durch den Schalter 66 voneinander getrennt, und die Elektrode 11b und der dritte Anschluss 63 werden durch den Schalter 67 miteinander verbunden. Infolgedessen wird an die APD 11 eine Spannung angelegt, die der Potentialdifferenz zwischen dem ersten Potential am ersten Anschluss 61 und dem dritten Potential am dritten Anschluss 63 entspricht.
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird beispielsweise -60 V an den ersten Anschluss 61 als erstes Potential angelegt. An den zweiten Anschluss 62 wird beispielsweise +10 V als zweites Potential angelegt. An den dritten Anschluss 63 als drittes Potential werden beispielsweise 0 V angelegt. In diesem Fall kann die Masse mit dem dritten Anschluss 63 verbunden werden. Wenn die Fotodetektionseinheit 15 das zu messende Licht B2 erkennt, wird eine Spannung von 70 V als Vorspannung an die APD 11 angelegt. Wenn die Fotodetektionseinheit 15 das zu messende Licht B2 nicht erkennt, wird eine Spannung von 60 V als Vorspannung an die APD 11 angelegt.
  • 7 zeigt ein Beispiel für die Eigenschaften der APD 11. In 7 zeigt eine horizontale Achse eine Vorspannung (Voltage) in der APD 11, und eine vertikale Achse zeigt die Verstärkung (Gain) in der APD 11. In diesem Fall beträgt die Verstärkung in der APD 11 etwa das 24-fache, wenn das zu messende Licht B2 erfasst wird, während die Verstärkung in der APD 11 etwa das 16-fache beträgt, wenn das zu messende Licht B2 nicht erfasst wird. Auf diese Weise ist die Verstärkung in der APD 11 geringer, wenn das zu messende Licht B2 nicht erfasst wird, als wenn das zu messende Licht B2 erfasst wird.
  • Als nächstes wird eine Schaltung jeder Fotodetektionseinheit 15A in einem modifizierten Beispiel der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf 8 beschrieben. 8 ist ein Diagramm zur Beschreibung der Schaltung jeder Fotodetektionseinheit 15A in dem vorliegenden modifizierten Beispiel. Das vorliegende modifizierte Beispiel ist im Allgemeinen ähnlich oder gleich wie die oben beschriebene Ausführungsform. Das vorliegende modifizierte Beispiel unterscheidet sich von der oben beschriebenen Ausführungsform dadurch, dass eine Diode 80 anstelle des Schalters 67 verwendet wird. Ein Unterschied zwischen der oben beschriebenen Ausführungsform und dem vorliegenden modifizierten Beispiel wird im Wesentlichen im Folgenden beschrieben.
  • Jede Fotodetektionseinheit 15A beinhaltet die APD 11, den ersten Anschluss 61, den zweiten Anschluss 62, den dritten Anschluss 63, die erste Schaltungseinheit 64 und eine zweite Schaltungseinheit 65A. Daher unterscheidet sich die Fotodetektionseinheit 15A von der Fotodetektionseinheit 15 dadurch, dass die zweite Schaltungseinheit 65 die zweite Schaltungseinheit 65A ist.
  • Die zweite Schaltungseinheit 65A umfasst die Diode 80, einen Kondensator 69 und eine Leseschaltung 70. Die Diode 80 umfasst eine Elektrode 81 und eine Elektrode 82. Die Elektrode 81 der Diode 80 hat die gleiche Polarität wie die Elektrode 11b der APD 11. Die Elektrode 82 der Diode 80 hat die gleiche Polarität wie die Elektrode 11a der APD 11. Die Elektrode 81 der Diode 80 ist mit der Elektrode 11b verbunden. Die Elektrode 82 der Diode 80 ist mit dem dritten Anschluss 63 verbunden. Die Diode 80 und der Kondensator 69 sind parallel zueinander an die Elektrode 11b angeschlossen. Die Elektrode 11b, die Diode 80 und der dritte Anschluss 63 sind in Reihe miteinander verbunden. Wenn die Elektrode 81 einer vierten Elektrode entspricht, entspricht die Elektrode 82 einer dritten Elektrode.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist die mit der Elektrode 11b verbundene Elektrode 81 eine Anode der Diode 80. Die Elektrode 82, die mit dem dritten Anschluss 63 verbunden ist, ist eine Kathode der Diode 80. Als modifiziertes Beispiel der vorliegenden Ausführungsform, wenn die Polarität der APD 11 umgekehrt wird, wie in einem modifizierten Beispiel, das später unter Verwendung von 9 beschrieben wird, ist die Kathode der Diode 80 mit der Elektrode 11b als die Elektrode 81 verbunden, und die Anode der Diode 80 ist mit dem dritten Anschluss 63 als die Elektrode 82 verbunden.
  • Im vorliegenden modifizierten Beispiel sind ein Schalter 66, ein Widerstand 68, die Diode 80, der Kondensator 69 und der TIA 71 in einer integrierten Schaltung C enthalten. Der Schalter 66, der Widerstand 68, die Diode 80, der Kondensator 69 und der TIA 71 können in verschiedenen integrierten Schaltungen enthalten sein. Zumindest der TIA 71 ist in einer integrierten CMOS-Logikschaltung enthalten.
  • An den ersten Anschluss 61 wird ein erstes Potential angelegt. Ein zweites Potential wird an den zweiten Anschluss 62 angelegt. An den dritte Anschluss 63 wird ein drittes Potential angelegt. Ein Absolutwert einer Potentialdifferenz zwischen dem ersten Potential und dem dritten Potential ist kleiner als ein Absolutwert einer Potentialdifferenz zwischen dem ersten Potential und dem zweiten Potential. Die Potentialdifferenz zwischen dem ersten Potential und dem zweiten Potential und die Potentialdifferenz zwischen dem ersten Potential und dem dritten Potential liegen in einem Bereich der Betriebsspannung der TIA 71. Die Potentialdifferenz zwischen dem ersten Potential und dem zweiten Potential wird entsprechend dem für die APD 11 festgelegten Multiplikationsfaktor bestimmt.
  • Die an die APD 11 angelegte Spannung wird unter der Kontrolle der Schaltersteuereinheit 75 geschaltet. Wenn die Fotodetektionseinheit 15A das zu messende Licht B2 detektiert, werden die Elektrode 11b und der zweite Anschluss 62 durch den Schalter 66 miteinander verbunden. In der vorliegenden Ausführungsform ist das erste Potential niedriger als das zweite Potential und das dritte Potential, und das dritte Potential ist niedriger als das zweite Potential. Infolgedessen wird an die APD 11 eine Spannung angelegt, die der Potentialdifferenz zwischen dem an den ersten Anschluss 61 angelegten ersten Potential und dem an den zweiten Anschluss 62 angelegten zweiten Potential entspricht.
  • Wenn die Fotodetektionseinheit 15A das zu messende Licht B2 nicht erkennt, werden die Elektrode 11b und der zweite Anschluss 62 durch den Schalter 66 voneinander getrennt. In der vorliegenden Ausführungsform ist das erste Potential niedriger als das zweite Potential und das dritte Potential, und das dritte Potential ist niedriger als das zweite Potential. Infolgedessen wird an die APD 11 eine Spannung angelegt, die der Potentialdifferenz zwischen dem ersten Potential, das an den ersten Anschluss 61 angelegt wird, und dem dritten Potential, das an den dritten Anschluss 63 angelegt wird, entspricht.
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird beispielsweise -60 V an den ersten Anschluss 61 als erstes Potential angelegt. Beispielsweise werden +10 V an den zweiten Anschluss 62 als zweites Potential angelegt. An den dritten Anschluss 63 als drittes Potential werden beispielsweise 0 V angelegt. In diesem Fall kann die Masse mit dem dritten Anschluss 63 verbunden werden. Wenn die Fotodetektionseinheit 15A das zu messende Licht B2 erkennt, wird eine Spannung von 70 V als Vorspannung an die APD 11 angelegt. Wenn die Fotodetektionseinheit 15 das zu messende Licht B2 nicht erkennt, wird eine Spannung von 60 V als Vorspannung an die APD 11 angelegt. Wie oben beschrieben, ist in jeder Fotodetektionseinheit 15A die Verstärkung in der APD 11 geringer, wenn das zu messende Licht B2 nicht erfasst wird, als wenn das zu messende Licht B2 erfasst wird.
  • Als nächstes wird eine Schaltung jeder Fotodetektionseinheit 15B in einem modifizierten Beispiel der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf 9 beschrieben. 9 ist ein Diagramm zur Beschreibung der Schaltung jeder Fotodetektionseinheit 15B in dem vorliegenden modifizierten Beispiel. Das vorliegende modifizierte Beispiel ist im Allgemeinen ähnlich oder gleich wie die oben beschriebene Ausführungsform. Das vorliegende modifizierte Beispiel unterscheidet sich von der oben beschriebenen Ausführungsform dadurch, dass die Polarität der APD umgekehrt ist. Ein Unterschied zwischen der oben beschriebenen Ausführungsform und dem vorliegenden modifizierten Beispiel wird im Folgenden hauptsächlich beschrieben.
  • In jeder Fotodetektionseinheit 15B umfasst die APD 11 die Elektrode 11a und die Elektrode 11b. Die Elektrode 11a ist mit dem ersten Anschluss 61 verbunden. Die Elektrode 11b ist mit der ersten Schaltungseinheit 64 und der zweiten Schaltungseinheit 65 verbunden. In jeder Fotodetektionseinheit 15B ist die Elektrode 11a die Kathode der APD 11. Im vorliegenden modifizierten Beispiel entspricht die Elektrode 11a der mit dem N-Typ-Halbleiter der APD 11 verbundenen Flächenelektrode. Die Elektrode 11b ist die Anode der APD 11. Die Elektrode 11b entspricht der Pads-Elektrode, die mit dem P-Halbleiter der APD 11 verbunden ist.
  • An den ersten Anschluss 61 wird ein erstes Potential angelegt. Ein zweites Potential wird an den zweiten Anschluss 62 angelegt. An den dritten Anschluss 63 wird ein drittes Potential angelegt. Ein Absolutwert einer Potentialdifferenz zwischen dem ersten Potential und dem dritten Potential ist kleiner als ein Absolutwert einer Potentialdifferenz zwischen dem ersten Potential und dem zweiten Potential. Die Potentialdifferenz zwischen dem ersten Potential und dem zweiten Potential und die Potentialdifferenz zwischen dem ersten Potential und dem dritten Potential liegen im Bereich der Betriebsspannung des TIA 71. Die Potentialdifferenz zwischen dem ersten Potential und dem zweiten Potential wird entsprechend dem für die APD 11 festgelegten Multiplikationsfaktor bestimmt. In der vorliegenden Ausführungsform ist das erste Potential höher als das zweite Potential und das dritte Potential, und ist das dritte Potential höher als das zweite Potential.
  • Die an die APD 11 angelegte Spannung wird unter der Kontrolle der Schaltersteuereinheit 75 geschaltet. Wenn die Fotodetektionseinheit 15B das zu messende Licht B2 detektiert, werden die Elektrode 11b und der zweite Anschluss 62 durch den Schalter 66 miteinander verbunden, und die Elektrode 11b und der dritte Anschluss 63 werden durch den Schalter 67 voneinander abgekoppelt. Infolgedessen wird an die APD 11 eine Spannung angelegt, die der Potentialdifferenz zwischen dem ersten Potential an dem ersten Anschluss 61 und dem zweiten Potential an dem zweiten Anschluss 62 entspricht.
  • Wenn die Fotodetektionseinheit 15B das zu messende Licht B2 nicht detektiert, werden die Elektrode 11b und der zweite Anschluss 62 durch den Schalter 66 voneinander getrennt, und die Elektrode 11b und der dritte Anschluss 63 werden durch den Schalter 67 miteinander verbunden. Infolgedessen wird an die APD 11 eine Spannung angelegt, die der Potentialdifferenz zwischen dem ersten Potential an dem ersten Anschluss 61 und dem dritten Potential an dem dritten Anschluss 63 entspricht.
  • Im vorliegenden modifizierten Beispiel wird beispielsweise +70 V an den ersten Anschluss 61 als erstes Potential angelegt. An den zweiten Anschluss 62 wird beispielsweise 0 V als zweites Potential angelegt. An den dritten Anschluss 63 als drittes Potential werden z.B. +12 V angelegt. In diesem Fall kann die Masse mit dem zweiten Anschluss 62 verbunden werden. Wenn die Fotodetektionseinheit 15 das zu messende Licht B2 erkennt, wird eine Spannung von 70 V als Vorspannung an die APD 11 angelegt. Wenn die Fotodetektionseinheit 15 das zu messende Licht B2 nicht erkennt, wird eine Spannung von 58 V als Vorspannung an die APD 11 angelegt. Wie oben beschrieben, ist in jeder Fotodetektionseinheit 15B die Verstärkung in der APD 11 geringer, wenn das zu messende Licht B2 nicht erfasst wird, als wenn das zu messende Licht B2 erfasst wird.
  • Als nächstes werden die Auswirkungen der Fotodetektionsvorrichtung 1 beschrieben. In jeder der Fotodetektionseinheiten 15 und 15B ist der erste Anschluss 61 mit der Elektrode 11a der APD 11 verbunden. Der Schalter 66 schaltet den Verbindungszustand zwischen der Elektrode 11b der APD 11 und dem zweiten Anschluss 62. Der Schalter 67 schaltet den Verbindungszustand zwischen der Elektrode 11b der APD 11 und dem dritten Anschluss 63 um. Daher kann die Fotodetektionsvorrichtung 1 die Vorspannung für die APD 11 von der Potentialdifferenz zwischen dem ersten Potential, das an den ersten Anschluss 61 angelegt wird, und dem zweiten Potential, das an den zweiten Anschluss 62 angelegt wird, auf die Potentialdifferenz zwischen dem ersten Potential, das an den ersten Anschluss 61 angelegt wird, und dem dritten Potential, das an den dritten Anschluss 63 angelegt wird, umschalten.
  • Wenn die an die APD 11 angelegte Vorspannung, wenn die Fotodetektion nicht durchgeführt wird, niedriger ist als die an die APD 11 angelegte Vorspannung, wenn die Fotodetektion durchgeführt wird, wird die Wärmeerzeugung der APD 11 aufgrund von einfallendem Umgebungslicht usw. unterdrückt, wenn die Fotodetektion nicht durchgeführt wird. Zum Beispiel wird in den Fotodetektionseinheiten 15 und 15B der Fotodetektionsvorrichtung 1, wenn die Potentialdifferenz zwischen dem ersten Potential und dem zweiten Potential niedriger ist als die Potentialdifferenz zwischen dem ersten Potential und dem dritten Potential, wenn der Schalter 66 im abgeschalteten Zustand und der Schalter 67 im leitenden Zustand ist, die an die APD 11 angelegte Vorspannung gesenkt. Infolgedessen wird die Wärmeerzeugung der APD 11 durch einfallendes Licht unterdrückt.
  • Die an die APD 11 angelegte Vorspannung wird zwischen der Potentialdifferenz zwischen dem ersten Potential und dem zweiten Potential und der Potentialdifferenz zwischen dem ersten Potential und dem dritten Potential umgeschaltet. Im Vergleich zu dem Fall, in dem ein Zustand, in dem die Vorspannung an die APD 11 angelegt ist, und ein Zustand, in dem die Vorspannung nicht an die APD 11 angelegt ist, umgeschaltet werden, ist die Schwankung der Vorspannung in der APD 11 daher gering. Als Ergebnis werden Schwankungen des an die Leseschaltung 70 angelegten Potentials unterdrückt und somit Schäden an der Leseschaltung 70 verhindert.
  • In der Fotodetektionseinheit 15A ist der erste Anschluss 61 mit der Elektrode 11a der APD 11 verbunden. Der Schalter 66 schaltet den Verbindungszustand zwischen der Elektrode 11b der APD 11 und dem zweiten Anschluss 62. Die Elektrode 81 der Diode 80 ist mit der Elektrode 11b verbunden, und die Elektrode 82 der Diode 80 ist mit dem dritten Anschluss 63 verbunden. Die Elektrode 81 hat die gleiche Polarität wie die Elektrode 11b. Die Elektrode 82 hat die gleiche Polarität wie die Elektrode 11a. Daher kann die Fotodetektionsvorrichtung 1 die Vorspannung für die APD 11 von der Potentialdifferenz zwischen dem an den ersten Anschluss 61 angelegten ersten Potential und dem an den zweiten Anschluss 62 angelegten zweiten Potential auf die Potentialdifferenz zwischen dem an den ersten Anschluss 61 angelegten ersten Potential und dem an den dritten Anschluss 63 angelegten dritten Potential umschalten.
  • Wenn beispielsweise in der Fotodetektionseinheit 15A der Fotodetektionsvorrichtung 1 die Potentialdifferenz zwischen dem ersten Potential und dem zweiten Potential niedriger ist als die Potentialdifferenz zwischen dem ersten Potential und dem dritten Potential, wenn sich der Schalter 66 im Abschaltzustand befindet, verringert sich die an die APD 11 angelegte Vorspannung. Infolgedessen wird die Wärmeerzeugung der APD 11 durch einfallendes Licht unterdrückt. Die an die APD 11 angelegte Vorspannung wird zwischen der Potentialdifferenz zwischen dem ersten Potential und dem zweiten Potential und der Potentialdifferenz zwischen dem ersten Potential und dem dritten Potential umgeschaltet. Im Vergleich zu dem Fall, in dem der Zustand, in dem die Vorspannung an die APD 11 angelegt ist, und der Zustand, in dem die Vorspannung nicht an die APD 11 angelegt ist, umgeschaltet werden, ist die Schwankung der Vorspannung in der APD 11 daher gering. Als Ergebnis werden Schwankungen des an die Leseschaltung 70 angelegten Potentials unterdrückt und somit Schäden an der Leseschaltung 70 verhindert.
  • In jeder der Fotodetektionseinheiten 15, 15A und 15B ist der Schalter 66 über den Widerstand 68 mit der Elektrode 11b verbunden. In diesem Fall wird der Einfluss der im Schalter 66 erzeugten parasitären Kapazität reduziert.
  • In jeder der Fotodetektionseinheiten 15, 15A und 15B ist der TIA 71 in der integrierten CMOS-Logikschaltung enthalten. Wenn die Ter 71 in der integrierten CMOS-Logikschaltung enthalten ist, kann der TIA mit einer relativ hohen Geschwindigkeit arbeiten. Allerdings ist in der integrierten CMOS-Logikschaltung der Bereich der Betriebsspannung begrenzt. Mit der obigen Konfiguration kann die an die APD 11 angelegte Vorspannung geändert werden, während die an die integrierte CMOS-Logikschaltung angelegte Spannung im Bereich der Betriebsspannung liegt. Während die Betriebsgeschwindigkeit des TIA 71 verbessert wird, können daher die Wärmeentwicklung der APD 11 und die Beschädigung der Leseschaltung 70 aufgrund von Spannungsschwankungen unterdrückt werden.
  • Jede der Fotodetektionseinheiten 15 und 15B kann mit einer relativ niedrigen Betriebsspannung von beispielsweise 20 V oder weniger arbeiten, selbst in einer Konfiguration, in der alle Schalter 66, der Widerstand 68, der Schalter 67, der Kondensator 69 und der TIA 71 in derselben integrierten CMOS-Logikschaltung enthalten sind. Mit anderen Worten kann der TIA 71 in der Konfiguration, in der alle Schalter 66, der Widerstand 68, der Schalter 67, der Kondensator 69 und der TIA 71 in der gleichen integrierten Schaltung enthalten sind, mit einer relativ hohen Geschwindigkeit arbeiten.
  • Jede Fotodetektionseinheit 15A kann mit einer relativ niedrigen Betriebsspannung von beispielsweise 20 V oder weniger arbeiten, selbst in einer Konfiguration, in der alle Schalter 66, der Widerstand 68, die Diode 80, der Kondensator 69 und der TIA 71 in derselben integrierten CMOS-Logikschaltung enthalten sind. Mit anderen Worten kann der TIA 71 in der Konfiguration, in der alle Schalter 66, der Widerstand 68, die Diode 80, der Kondensator 69 und der TIA 71 in der gleichen integrierten Schaltung enthalten sind, mit einer relativ hohen Geschwindigkeit arbeiten. In jeder der Fotodetektionseinheiten 15, 15A und 15B hat der Widerstand 68 eine größere Impedanz als die Eingangsimpedanz der zweiten Schaltungseinheit 65. In diesem Fall kann ein Signal von der APD 11 genauer an den TIA 71 übertragen werden.
  • In jeder der Fotodetektionseinheiten 15, 15A und 15B kann die Potentialdifferenz zwischen dem ersten Potential und dem zweiten Potential und die Potentialdifferenz zwischen dem ersten Potential und dem dritten Potential in den Bereich der Betriebsspannung des TIA 71 einbezogen werden. In diesem Fall kann mit einer einfachen Konfiguration die Betriebsgeschwindigkeit des TIA 71 verbessert werden, während die Wärmeentwicklung der APD 11 und die Beschädigung der Leseschaltung 70 aufgrund von Spannungsschwankungen unterdrückt werden können.
  • Die Fotodetektionsvorrichtung 1 enthält ferner die Schaltersteuereinheit 75, die den Verbindungszustand jedes Schalters 66 und des Schalters 67 entsprechend dem Zeitpunkt der Fotodetektion in jeder der Fotodetektionseinheiten 15, 15A und 15B steuert. In diesem Fall kann die Fotodetektionsvorrichtung 1 die Vorspannung für die APD 11 in Abhängigkeit davon schalten, ob es der Zeitpunkt für die Durchführung der Fotodetektion ist oder nicht.
  • Für jede der Fotodetektionseinheiten 15 und 15B veranlasst die Schaltersteuereinheit 75 den Schalter 67, die Elektrode 11b und den dritten Anschluss 63 miteinander in einem Zustand zu verbinden, in dem der Schalter 66 die Elektrode 11b und den zweiten Anschluss 62 voneinander trennt. In diesem Fall, wenn das Umgebungslicht B3 in die APD 11 eintritt, die das zu messende Licht B2 nicht erfasst, kann die Fotodetektionsvorrichtung 1 einen erzeugten Strom an den dritten Anschluss 63 entladen. Auf diese Weise wird eine Beschädigung der Leseschaltung 70 verhindert.
  • Für jede der Fotodetektionseinheiten 15 und 15B veranlasst die Schaltersteuereinheit 75 den Schalter 67, die Elektrode 11b und den dritten Anschluss 63 in einem Zustand voneinander zu trennen, in dem der Schalter 66 die Elektrode 11b und den zweiten Anschluss 62 miteinander verbindet. In diesem Fall wird die Wärmeerzeugung in dem Widerstand 68 unterdrückt.
  • Die Fotodetektionsvorrichtung 1 kann ferner die Bestrahlungseinheit 2 enthalten, die Licht anlegt. Die Schaltersteuereinheit 75 steuert die Energetisierungszustände des Schalters 66 und des Schalters 67 in Abhängigkeit von dem Zeitpunkt, zu dem Licht von der Bestrahlungseinheit 2 angelegt wird. In diesem Fall kann die Fotodetektionsvorrichtung 1 zuverlässiger bestimmen, ob es der richtige Zeitpunkt für die Durchführung der Fotodetektion ist oder nicht. Infolgedessen kann die Fotodetektionsvorrichtung 1 die Vorspannung für die APD 11 genauer schalten, je nachdem, ob dies der Zeitpunkt für die Durchführung der Fotodetektion ist oder nicht.
  • Selbst obwohl die Ausführungsform und die modifizierten Beispiele der Erfindung oben beschrieben wurden, ist die Erfindung nicht notwendigerweise auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt, und verschiedene Modifikationen können vorgenommen werden, ohne vom Geist der Erfindung abzuweichen.
  • In der oben beschriebenen Ausführungsform und den modifizierten Beispielen arbeitet die APD 11 beispielsweise in einem linearen Modus. Die APD 11 kann jedoch auch in einem Geiger-Modus arbeiten. In diesem Fall kann jede Fotodetektionseinheit 15 außerdem eine Löschschaltung enthalten, die mit der APD 11 verbunden ist. Die Löschschaltung kann auf dem Fotodetektionssubstrat 5 oder auf dem Schaltungselement 7 vorgesehen sein. Die Löschschaltung kann integral mit dem Widerstand 68 vorgesehen sein.
  • In der oben beschriebenen Ausführungsform und den modifizierten Beispielen sind beispielsweise das Fotodetektionssubstrat 5 und das Schaltungselement 7 voneinander getrennt und so angeordnet, dass sie sich in Richtung der Z-Achse gegenüberstehen. Das Fotodetektionssubstrat 5 und das Schaltungselement 7 können jedoch auch einstückig ausgebildet sein. Das Fotodetektionssubstrat 5 und das Schaltungselement 7 können in einer die Z-Achsenrichtung schneidenden Richtung angeordnet sein.
  • In der oben beschriebenen Ausführungsform und den modifizierten Beispielen sind das Fotodetektionssubstrat 5 und das Schaltungselement 7 über den Höcker B verbunden. Jedoch können das Fotodetektionssubstrat 5 und das Schaltungselement 7 direkt miteinander verknüpft werden.
  • In der oben beschriebenen Ausführungsform und den modifizierten Beispielen steuert die Schaltersteuereinheit 75 jeweils den Schalter 66 und den Schalter 67. Allerdings können der Schalter 66 und der Schalter 67 miteinander verriegelt sein. Zum Beispiel können der Schalter 66 und der Schalter 67 ein CMOS enthalten.
  • Wenn die Fotodetektionseinheit 15 und die Fotodetektionseinheit 15B das zu messende Licht B2 detektiert, versetzt die Schaltersteuereinheit 75 den Schalter 66 in den leitenden Zustand und den Schalter 67 in den abgeschalteten Zustand. Wenn die Lichterkennungseinheit 15 das zu messende Licht B2 nicht erkennt, schaltet die Schaltersteuereinheit 75 den Schalter 66 in den abgeschalteten Zustand und den Schalter 67 in den leitenden Zustand. Wenn jedoch die Lichterfassungseinheit 15 das zu messende Licht B2 nicht erfasst, können sowohl der Schalter 66 als auch der Schalter 67 in den leitenden Zustand versetzt werden. In diesem Fall ist die an die APD 11 angelegte Vorspannung niedriger, als wenn sich der Schalter 66 im leitenden Zustand und der Schalter 67 im abgeschalteten Zustand befindet. Die Schwankung der Vorspannung in der APD 11 ist geringer als beim Umschalten zwischen dem Zustand, in dem die Vorspannung an die APD 11 angelegt ist, und dem Zustand, in dem die Vorspannung nicht an die APD 11 angelegt ist. Infolgedessen werden die Wärmeentwicklung der APD 11 durch einfallendes Licht und die Beschädigung der Leseschaltung 70 aufgrund von Potentialschwankungen unterdrückt. Die Wärmeentwicklung im Widerstand 68 wird stärker unterdrückt, wenn sich der Schalter 66 im abgeschalteten Zustand und der Schalter 67 im leitenden Zustand befindet, als wenn sich sowohl der Schalter 66 als auch der Schalter 67 im leitenden Zustand befinden.
  • Die oben beschriebenen, jeweils modifizierten Beispiele können kombiniert werden. Zum Beispiel kann in jeder Fotodetektionseinheit 15B die Diode 80 anstelle des Schalters 67 wie in der Fotodetektionseinheit 15A verwendet werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Fotodetektionsvorrichtung,
    2
    Bestrahlungseinheit,
    11
    Lawinen-Fotodiode,
    11a, 11b
    Elektrode,
    15, 15A, 15B
    Fotodetektionseinheit,
    61
    erster Anschluss,
    62
    zweiter Anschluss,
    63
    dritter Anschluss,
    64
    erste Schaltungseinheit,
    65, 65A
    zweiteSchaltungseinheit,
    66, 67
    Schalter,
    68
    Widerstand,
    69
    Kondensator,
    70
    Leseschaltung,
    71
    Transimpedanzverstärker,
    75
    Schaltersteuereinheit,
    80
    Diode,
    81, 82
    Elektrode,
    R
    Lichtempfangsbereich.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 201844923 A [0003]

Claims (13)

  1. Fotodetektionsvorrichtung, die eine Vielzahl von Fotodetektionseinheiten umfasst, die jeweils einen Lichtempfangsbereich aufweisen, wobei: jede der Fotodetektionseinheiten beinhaltet: eine Lawinen-Fotodiode, die erste und zweite Elektroden beinhaltet, die den Lichtempfangsbereich bilden; einen ersten Anschluss, der mit der ersten Elektrode verbunden ist und an den ein erstes Potential angelegt wird; eine erste und eine zweite Schaltungseinheit, die parallel zueinander mit der zweiten Elektrode verbunden sind; einen zweiten Anschluss, der über die erste Schaltungseinheit mit der zweiten Elektrode verbunden ist und an den ein zweites Potential angelegt wird; und einen dritten Anschluss, der über die zweite Schaltungseinheit mit der zweiten Elektrode verbunden ist und an den ein drittes Potential angelegt wird, und in jeder der Fotodetektionseinheiten: die erste Schaltungseinheit einen Widerstand und einen ersten Schalter zum Umschalten eines Verbindungszustands zwischen der zweiten Elektrode und dem zweiten Anschluss beinhaltet; der erste Schalter, der Widerstand, die zweite Elektrode und der zweite Anschluss in Reihe miteinander verbunden sind; die zweite Schaltungseinheit einen zweiten Schalter zum Umschalten eines Verbindungszustands zwischen der zweiten Elektrode und dem dritten Anschluss, einen Kondensator und eine, einen Transimpedanzverstärker enthaltende Leseschaltung beinhaltet; der zweite Schalter und der Kondensator parallel zueinander an die zweite Elektrode verbunden sind; der zweite Schalter, die zweite Elektrode und der dritte Anschluss in Reihe miteinander verbunden sind; der Transimpedanzverstärker in Reihe mit dem Kondensator verbunden ist und über den Kondensator mit der zweiten Elektrode verbunden ist; und ein Absolutwert einer Potentialdifferenz zwischen dem ersten Potential und dem dritten Potential kleiner ist als ein Absolutwert einer Potentialdifferenz zwischen dem ersten Potential und dem zweiten Potential.
  2. Fotodetektionsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei in jeder der Fotodetektionseinheiten der erste Schalter über den Widerstand mit der zweiten Elektrode verbunden ist.
  3. Fotodetektionsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, die ferner eine Schaltersteuereinheit umfasst, die so konfiguriert ist, dass sie die Verbindungszustände durch den ersten und den zweiten Schalter entsprechend dem Zeitpunkt der Fotodetektion in jeder der Fotodetektionseinheiten steuert.
  4. Fotodetektionsvorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei die Schaltersteuereinheit den zweiten Schalter veranlasst, die zweite Elektrode und den dritten Anschluss in einem Zustand miteinander zu verbinden, in dem der erste Schalter die zweite Elektrode und den zweiten Anschluss voneinander trennt.
  5. Fotodetektionsvorrichtung gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei die Schaltersteuereinheit den zweiten Schalter veranlasst, die zweite Elektrode und den dritten Anschluss in einem Zustand voneinander zu trennen, in dem der erste Schalter die zweite Elektrode und den zweiten Anschluss miteinander verbindet.
  6. Fotodetektionsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, die ferner eine Bestrahlungseinheit umfasst, die so konfiguriert ist, dass sie Licht aufbringt, wobei die Schaltersteuereinheit einen erregten Zustand jedes der ersten und zweiten Schalter entsprechend dem Zeitpunkt steuert, wenn das Licht von der Bestrahlungseinheit angelegt wird.
  7. Fotodetektionsvorrichtung, die eine Vielzahl von Fotodetektionseinheiten umfasst, die jeweils einen Lichtempfangsbereich aufweisen, wobei: jede der Fotodetektionseinheiten beinhaltet: eine Lawinen-Fotodiode mit ersten und zweiten Elektroden, die den Lichtempfangsbereich bilden; einen ersten Anschluss, der mit der ersten Elektrode verbunden ist und an den ein erstes Potential angelegt wird; eine erste und eine zweite Schaltungseinheit, die parallel zueinander mit der zweiten Elektrode verbunden sind; einen zweiten Anschluss, der über die erste Schaltungseinheit mit der zweiten Elektrode verbunden ist und an den ein zweites Potential angelegt wird; und einen dritten Anschluss, der über die zweite Schaltungseinheit mit der zweiten Elektrode verbunden ist und an den ein drittes Potential angelegt wird, und in jeder der Fotodetektionseinheiten: die erste Schaltungseinheit einen Widerstand und einen Schalter zum Umschalten eines Verbindungszustands zwischen der zweiten Elektrode und dem zweiten Anschluss beinhaltet; der Schalter, der Widerstand, die zweite Elektrode und der zweite Anschluss in Reihe miteinander verbunden sind; die zweite Schaltungseinheit eine Diode, einen Kondensator und eine, einen Transimpedanzverstärker beinhaltenden Leseschaltung enthält; die Diode und der Kondensator parallel zueinander mit der zweiten Elektrode verbunden sind; die Diode eine dritte Elektrode mit der gleichen Polarität wie die erste Elektrode der Lawinen-Fotodiode und eine vierte Elektrode mit der gleichen Polarität wie die zweite Elektrode der Lawinen-Fotodiode beinhaltet; die dritte Elektrode der Diode mit dem dritten Anschluss verbunden ist; die vierte Elektrode der Diode mit der zweiten Elektrode verbunden ist; der Transimpedanzverstärker in Reihe mit dem Kondensator geschaltet ist und über den Kondensator mit der zweiten Elektrode verbunden ist; und ein Absolutwert einer Potentialdifferenz zwischen dem ersten Potential und dem dritten Potential kleiner ist als ein Absolutwert einer Potentialdifferenz zwischen dem ersten Potential und dem zweiten Potential.
  8. Fotodetektionsvorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei in jeder der Fotodetektionseinheiten der Schalter über den Widerstand mit der zweiten Elektrode verbunden ist.
  9. Fotodetektionsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Transimpedanzverstärker in einer integrierten CMOS-Logikschaltung enthalten ist.
  10. Fotodetektionsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Widerstand eine größere Impedanz als die Eingangsimpedanz der zweiten Schaltungseinheit aufweist.
  11. Fotodetektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Potentialdifferenz zwischen dem ersten Potential und dem zweiten Potential und die Potentialdifferenz zwischen dem ersten Potential und dem dritten Potential in einem Bereich einer Betriebsspannung des Transimpedanzverstärkers enthalten sind.
  12. Fotodetektionsvorrichtung, umfassend: eine Lawinen-Fotodiode, die erste und zweite Elektroden beinhaltet; einen ersten Anschluss, der mit der ersten Elektrode verbunden ist; erste und zweite Schaltungseinheiten, die parallel zueinander mit der zweiten Elektrode verbunden sind; einen zweiten Anschluss, der über die erste Schaltungseinheit mit der zweiten Elektrode verbunden ist; und eine Vielzahl von Fotodetektionseinheiten, die jeweils einen dritten Anschluss aufweisen, der über die zweite Schaltungseinheit mit der zweiten Elektrode verbunden ist, wobei in jeder der Fotodetektionseinheiten: die erste Schaltungseinheit einen Widerstand und einen ersten Schalter zum Umschalten eines Verbindungszustands zwischen der zweiten Elektrode und dem zweiten Anschluss beinhaltet; der erste Schalter, der Widerstand, die zweite Elektrode und der zweite Anschluss in Reihe miteinander verbunden sind; die zweite Schaltungseinheit einen zweiten Schalter zum Umschalten eines Verbindungszustands zwischen der zweiten Elektrode und dem dritten Anschluss, einen Kondensator und eine, einen Transimpedanzverstärker enthaltende Leseschaltung beinhaltet; der zweite Schalter und der Kondensator parallel zueinander an die zweite Elektrode angeschlossen sind; der zweite Schalter, die zweite Elektrode und der dritte Anschluss in Reihe miteinander verbunden sind; und der Transimpedanzverstärker in Reihe mit dem Kondensator verbunden ist und über den Kondensator mit der zweiten Elektrode verbunden ist.
  13. Fotodetektionsvorrichtung, umfassend: eine Lawinen-Fotodiode, die erste und zweite Elektroden beinhaltet; einen ersten Anschluss, der mit der ersten Elektrode verbunden ist; erste und zweite Schaltungseinheiten, die parallel zueinander mit der zweiten Elektrode verbunden sind; einen zweiten Anschluss, der über die erste Schaltungseinheit mit der zweiten Elektrode verbunden ist; und eine Vielzahl von Fotodetektionseinheiten, die jeweils einen dritten Anschluss beinhalten, der über die zweite Schaltungseinheit mit der zweiten Elektrode verbunden ist, wobei in jeder der Fotodetektionseinheiten: die erste Schaltungseinheit einen Widerstand und einen Schalter zum Umschalten eines Verbindungszustands zwischen der zweiten Elektrode und dem zweiten Anschluss beinhaltet; der Schalter, der Widerstand, die zweite Elektrode und der zweite Anschluss in Reihe miteinander verbunden sind; die zweite Schaltungseinheit enthält eine Diode, einen Kondensator und eine, einen Transimpedanzverstärker beinhaltende Leseschaltung; die Diode und der Kondensator parallel zueinander an die zweite Elektrode angeschlossen sind; die Diode eine dritte Elektrode mit der gleichen Polarität wie die erste Elektrode der Lawinen-Fotodiode und eine vierte Elektrode mit der gleichen Polarität wie die zweite Elektrode der Lawinen-Fotodiode aufweist; die dritte Elektrode der Diode mit dem dritten Anschluss verbunden ist; die vierte Elektrode der Diode mit der zweiten Elektrode verbunden ist; und der Transimpedanzverstärker in Reihe mit dem Kondensator verbunden ist, und über den Kondensator mit der zweiten Elektrode verbunden ist.
DE112021003907.5T 2020-07-22 2021-07-14 Fotodetektionsvorrichtung Pending DE112021003907T5 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020-125645 2020-07-22
JP2020125645A JP2022021822A (ja) 2020-07-22 2020-07-22 光検出装置
PCT/JP2021/026438 WO2022019189A1 (ja) 2020-07-22 2021-07-14 光検出装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE112021003907T5 true DE112021003907T5 (de) 2023-06-01

Family

ID=79728670

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE112021003907.5T Pending DE112021003907T5 (de) 2020-07-22 2021-07-14 Fotodetektionsvorrichtung

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230273299A1 (de)
JP (1) JP2022021822A (de)
CN (1) CN116171373A (de)
DE (1) DE112021003907T5 (de)
WO (1) WO2022019189A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2023044285A (ja) * 2021-09-17 2023-03-30 浜松ホトニクス株式会社 光検出装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018044923A (ja) 2016-09-16 2018-03-22 株式会社東芝 光検出器、及び距離測定装置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6523046B2 (ja) * 2015-05-29 2019-05-29 シャープ株式会社 光センサ
US9985071B2 (en) * 2016-04-15 2018-05-29 Qualcomm Incorporated Active area selection for LIDAR receivers
JP7129182B2 (ja) * 2017-06-23 2022-09-01 キヤノン株式会社 固体撮像素子、撮像装置及び撮像方法
JP2020034523A (ja) * 2018-08-31 2020-03-05 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 受光素子および測距システム
JP2020048019A (ja) * 2018-09-18 2020-03-26 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 受光素子および測距システム
JP2021082973A (ja) * 2019-11-20 2021-05-27 キヤノン株式会社 撮像装置、撮像システム、および移動体

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018044923A (ja) 2016-09-16 2018-03-22 株式会社東芝 光検出器、及び距離測定装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP2022021822A (ja) 2022-02-03
US20230273299A1 (en) 2023-08-31
WO2022019189A1 (ja) 2022-01-27
CN116171373A (zh) 2023-05-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102007037020B3 (de) Avalanche-Photodiode
DE3708812C2 (de)
DE102019135282B4 (de) Optoelektronische Komponente mit Strom, der auf Pfade mit hoher Verstärkung abgelenkt wird
DE2901727A1 (de) Integrierte elektrische wandlerschaltung
DE4200884A1 (de) Integrierte halbleiterschaltungsvorrichtung
DE3124238C2 (de)
DE4135986A1 (de) Verbundhalbleitervorrichtung
DE102020104561A1 (de) Optoelektronische Komponente mit drei Anschlüssen und verbesserter Anpassung des elektrischen Feldes und der Photostromdichte
DE2816312A1 (de) Elektrolumineszenz- und photodetektordiode und damit ausgeruestete bus-leitung
EP3948951A1 (de) Avalanche-photodioden-array
DE2922301C2 (de) Lichtsteuerbarer Thyristor und Verfahren zu seiner Herstellung
DE112021003907T5 (de) Fotodetektionsvorrichtung
DE3006026A1 (de) Optoelektrischer umformer
DE112019006173T5 (de) Photodetektor
EP0029163B1 (de) Lichtzündbarer Thyristor und Verfahren zu seinem Betrieb
DE112021003352T5 (de) Halbleitervorrichtung und elektronische vorrichtung
DE112018005789T5 (de) Esd-geschützter halbleiter-photomultiplikator
DE102008051449A1 (de) Bildsensor und Verfahren zu dessen Herstellung
DE1942558C3 (de) Integrierte Halbleiterschaltung
DE102014211905B4 (de) Halbleitervorrichtung geeignet zur Detektion einer Temperatur eines Halbleiterbauelements mit breiter Bandlücke
DE102008046037A1 (de) Bildsensor und Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors
DE102008046035A1 (de) Bildsensor und Verfahren zu seiner Herstellung
DE2521435C2 (de) Raumladungsbegrenzte Phototransistoranordnung
EP1508173A2 (de) Photodiode
DE19845045A1 (de) Photodetektor