JP2018019039A5

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Publication number: JP2018019039A5
Application number: JP2016150330A
Authority: JP
Filing date: 2016-07-29
Publication date: 2019-06-20
Anticipated expiration: 2036-07-29

Claims

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、
信号電荷と同じ第１極性の電荷を多数キャリアとする第１導電型の第１半導体領域と、第２極性の電荷を多数キャリアとする第２導電型の第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。