JP2018019039A - 光検出装置および光検出システム - Google Patents
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Abstract
Description
ただし、第2導電型の電荷を電子とし、第1導電型の電荷を正孔としてもよい。
具体的にはN型半導体領域1の不純物濃度は6.0×1018[atms/cm3]以上であり、P型半導体領域2の不純物濃度は5.0×1016[atms/cm3]以上である。これは、半導体基板11の第1面に接するほど空乏層領域が広がると、半導体基板11の第1面にノイズが生じるおそれがあるからである。ただし、これらの不純物濃度に限られない。
(φ2−φt)≧0 …数式1
(Vt−φt)−(V2−φ2)≧0 …数式2
(V2−φ2)≦(Vt−φt) …数式3
(V2−φ2)≦(Vt−φt)<(V1−φ1) …数式4
(V2−φ2)<(V1−φ1)≦(Vt−φt) …数式5
図7(a)、図7(b)は、本発明の実施例1における光検出装置10の平面模式図および断面図である。図1〜6と同様の機能を有する部分には同様の符号を付し、詳細な説明を省略する。
図8は、本発明の実施例2における光検出装置10の平面模式図および断面図である。図1〜7と同様の機能を有する部分には同様の符号を付し、詳細な説明を省略する。
図9は本発明の実施例3における光検出装置10の平面模式図である。図1〜8と同様の機能を有する部分には同様の符号を付し、詳細な説明を省略する。
図10および図11は本発明の実施例4における光検出装置10の平面模式図である。図1〜9と同様の機能を有する部分には同様の符号を付し、詳細な説明を省略する。
本実施例では、各実施例の光検出装置10を用いた光検出システムの一例を説明する。図12を用いて光検出システムの一例である不可視光検出システムおよびPET等の医療診断システムについて説明する。図1〜図11と同様の機能を有する部分には同様の符号を付し、詳細な説明を省略する。
本実施例では、各実施例の光検出装置10を用いた光検出システムの一例を説明する。図13では、本実施例では光検出システムの一例である距離検出システムついて説明する。図1〜図12と同様の機能を有する部分には同様の符号を付し、詳細な説明を省略する。
2 P型半導体領域
3 P型半導体領域
6 電極
7 誘電部材
11 半導体基板
16 コンタクトプラグ
Claims (22)
- 第1面と、前記第1面と対向する第2面とを有する半導体基板と、
信号電荷を多数キャリアとする第1半導体領域と、前記信号電荷と反対導電型の電荷を多数キャリアとする第2半導体領域とにより構成されるPN接合を有する光電変換部と、
前記半導体基板に埋め込まれた電極と、前記電極および前記半導体基板の間に配された誘電部材とを有する埋め込み部と、を有する光検出装置であって、
前記第2半導体領域は、前記第1面に対して前記第1半導体領域よりも深い位置に配され、
前記埋め込み部は、前記第1面から、前記第1面に対して前記第1半導体領域よりも深い位置まで配され、
前記第1半導体領域と前記誘電部材の第1部分が接し、
前記第2半導体領域と前記誘電部材の第2部分が接し、
前記電極には、前記信号電荷が電子である場合には前記第2半導体領域に供給される電位以上の電位が供給され、前記信号電荷が正孔である場合には前記第2半導体領域に供給される電位以下の電位が供給されることを特徴とする光検出装置。 - 前記光電変換部と電源電圧との間に配され、前記第1半導体領域に供給される電位を制御する制御部を有することを特徴とする請求項1に記載の光検出装置。
- 前記第1半導体領域に電位を供給するコンタクトプラグが、前記第1半導体領域に接続されることを特徴とする請求項2に記載の光検出装置。
- 前記第1半導体領域に供給される電位と前記第2半導体領域に供給される電位との電位差が、6V以上になることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の光検出装置。
- 前記第1半導体領域に供給される電位と前記第2半導体領域に供給される電位との電位差が、降伏電圧より大きくなることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の光検出装置。
- 前記第1半導体領域に供給される電位と前記第2半導体領域に供給される電位との電位差が、降伏電圧以下であることを特徴とする請求項4に記載の光検出装置。
- 前記光電変換部は、アバランシェダイオードを構成することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の光検出装置。
- 前記埋め込み部は、
前記PN接合によって生じる空乏層領域よりも深い位置まで配されることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の光検出装置。 - 前記埋め込み部は、
前記第1面に対して最も深い位置に配された領域である底部と、
前記第2半導体領域に接する側面と、
前記底部および前記側面と連続した端部と、を有し、
前記底部および前記端部が、前記第1半導体領域と同じ導電型の第3半導体領域に接していることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の光検出装置。 - 前記埋め込み部は、前記第1面から前記第2面まで延在して配されることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の光検出装置。
- 前記第1面に対して前記第1半導体領域よりも浅い位置であって、かつ、平面視で前記第1半導体領域と重なる位置に前記第2半導体領域と同じ導電型の半導体領域が配されないことを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の光検出装置。
- 前記第2半導体領域は、
第1不純物濃度の領域である第1領域と、
前記第1面に対して前記第1領域よりも深い位置に配され、前記第1不純物濃度よりも低い第2不純物濃度の領域である第2領域と、
前記第1面に対して前記第1領域および前記第2領域よりも深い位置に配され、前記第1不純物濃度および前記第2不純物濃度よりも高い第3不純物濃度である第3領域と、
を含むことを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の光検出装置。 - 前記第1半導体領域に供給される電位V1と、前記第2半導体領域に供給される電位V2と、前記電極に供給される電位Vtと、前記第1半導体領域の仕事関数φ1と、前記第2半導体領域の電極と、前記電極の仕事関数φtとは、前記信号電荷が電子の場合に数式Aを満たし、前記信号電荷が正孔の場合に数式Bを満たすことを特徴とする請求項12に記載の光検出装置。
V2−φ2≦Vt−φt<V1−φ1 …数式A
V2−φ2≧Vt−φt>V1−φ1 …数式B - 前記第1半導体領域に供給される電位V1と、前記第2半導体領域に供給される電位V2と、前記電極に供給される電位Vtと、前記第1半導体領域の仕事関数φ1と、前記第2半導体領域の仕事関数φ2と、前記電極の仕事関数φtとは、前記信号電荷が電子の場合に数式Cを満たし、前記信号電荷が正孔の場合に数式Dを満たすことを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1項に記載の光検出装置。
V2−φ2<V1−φ1≦Vt−φt …数式C
V2−φ2>V1−φ1≧Vt−φt …数式D - 平面視において、
前記第1半導体領域は、前記埋め込み部に内包されるように配され、
前記埋め込み部は、前記第2半導体領域に内包されるように配されていることを特徴とする請求項1乃至14のいずれか1項に記載の光検出装置。 - 平面視において、
前記第1半導体領域は凹部を有し、
前記第1半導体領域は、前記第2半導体領域に内包されるように配され、
前記凹部に、前記埋め込み部の少なくとも一部が配されていることを特徴とする請求項1乃至14のいずれか1項に記載の光検出装置。 - 平面視において、
前記埋め込み部は、前記第1半導体領域に内包されるように配され
前記第1半導体領域は、前記第2半導体領域に内包されるように配されていることを特徴とする請求項1乃至14のいずれか1項に記載の光検出装置。 - 前記第2半導体領域に電気的に接続され、前記第2半導体領域と同じ導電型であって、前記第2半導体領域よりも不純物濃度の高い第4半導体領域が、前記第1面または前記第2面に接するように配されることを特徴とする請求項1乃至17のいずれか1項に記載の光検出装置。
- 前記誘電部材は、固定電荷を含む材料で構成されることを特徴とする請求項1乃至18のいずれか1項に記載の光検出装置。
- 前記電極は、前記半導体基板に流れるアバランシェ電流に起因して発生する赤外光の少なくとも一部を吸収または反射する材料であることを特徴とする請求項1乃至19のいずれか1項に記載の光検出装置。
- 請求項1から20のいずれか1項に記載の光検出装置を複数有する光検出システムであって、
第1波長帯の光を前記第1波長帯と異なる第2波長帯の光に変換する波長変換部と、
前記複数の光検出装置に保持された複数のデジタル信号から得られる複数の画像の合成処理を行う信号処理手段と、を有し、
前記波長変換部から出力された前記第2波長帯の光が前記複数の光検出装置に入射するように構成されていることを特徴とする光検出システム。 - 請求項1から20のいずれか1項に記載の光検出装置を複数有する光検出システムであって、
前記光検出装置によって検出される光を発光する発光部と、
前記光検出装置に保持されたデジタル信号を用いて距離算出を行う距離算出手段と、を有することを特徴とする光検出システム。
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