JP2022539433A - 低暗電流による光検出装置 - Google Patents

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Abstract

光検出装置が提供される。光検出装置は、第１の表面を有するキャリア伝導層と、第１の伝導型および第１のピークドーピング濃度を有する第１のドーパントでドープされる吸収領域であって、キャリア伝導層は、第２の伝導型および第２のピークドーピング濃度を有する第２のドーパントでドープされ、キャリア伝導層は、吸収領域の材料と異なる材料を含み、キャリア伝導層は、少なくとも１つのヘテロ界面を形成するために吸収領域と接触しており、吸収領域の第１のピークドーピング濃度と、キャリア伝導層の第２のピークドーピング濃度との間の比が１０以上である、吸収領域と、キャリア伝導層の第１の表面上に両方とも形成される第１の電極および第２の電極とを備える。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１９年８月２８日に出願された米国仮特許出願第６２／８９２，５５１号、２０１９年９月１２日に出願された米国仮特許出願第６２／８９９，１５３号、２０１９年１０月３１日に出願された米国仮特許出願第６２／９２９，０８９号、２０２０年７月２０日に出願された米国仮特許出願第６３／０５３，７２３号の利益を主張し、それらの特許出願は各々がその全体において本明細書に参照により組み込まれている。
光検出器が、光学信号を検出し、その光学信号を、他の回路によってさらに処理され得る電気信号へと変換するために、使用され得る。光検出器は、消費家電製品、イメージセンサ、高速光学受信器、データ通信、直接／間接飛行時間（ＴＯＦ）測距または撮像センサ、医療デバイス、および多くの他の適切な用途において使用され得る。
本開示は概して、光検出装置、および光検出装置を備えるイメージシステムに関する。
本開示の他の実施形態によれば、光検出装置が提供される。光検出装置は、第１のピークドーピング濃度を有する第１のドーパントを含む吸収領域と、吸収領域を支持する基板とを備え、基板は、第１のピークドーピング濃度より小さい第２のピークドーピング濃度を有する第２のドーパントを含み、吸収領域は、基板の材料と異なる材料を含む。
本開示の実施形態によれば、光検出装置が提供される。光検出装置は光検出デバイスを備え、光検出デバイスは、第１の表面および第２の表面を有するキャリア伝導層と、キャリア伝導層と接触しており、光学信号を受信し、光学信号に応答して光キャリアを発生させるように構成される吸収領域であって、吸収領域は、第１の伝導型および第１のピークドーピング濃度を有する第１のドーパントでドープされ、キャリア伝導層は、第２の伝導型および第２のピークドーピング濃度を有する第２のドーパントでドープされ、キャリア伝導層は、吸収領域の材料と異なる材料を含み、キャリア伝導層は、少なくとも１つのヘテロ界面を形成するために吸収領域と接触しており、吸収領域のドーピング濃度と、少なくとも１つのヘテロ界面におけるキャリア伝導領域のドーピング濃度との間の比が１０以上である、吸収領域と、キャリア伝導層の同じ側の上に形成される第１の電極および第２の電極とを備える。
本開示の実施形態によれば、光検出装置が提供される。光検出装置は光検出デバイスを備え、光検出デバイスは、第１の表面および第２の表面を有するキャリア伝導層と、キャリア伝導層と接触しており、光学信号を受信し、光学信号に応答して光キャリアを発生させるように構成される吸収領域であって、吸収領域は、第１の伝導型および第１のピークドーピング濃度を有する第１のドーパントでドープされ、キャリア伝導層は、第２の伝導型および第２のピークドーピング濃度を有する第２のドーパントでドープされ、キャリア伝導層は、吸収領域の材料と異なる材料を含み、キャリア伝導層は、少なくとも１つのヘテロ界面を形成するために吸収領域と接触しており、吸収領域のドーピング濃度と、少なくとも１つのヘテロ界面におけるキャリア伝導領域のドーピング濃度との間の比が１０以上であるか、または、吸収領域の第１のピークドーピング濃度と、キャリア伝導領域の第２のピークドーピング濃度との間の比が１０以上である、吸収領域と、キャリア伝導層において、吸収領域と接触している第２のドープ領域であって、第１の伝導型と同じ伝導型を有し、第１のピークドーピング濃度より高い第４のピークドーピング濃度を有する第４のドーパントでドープされる、第２のドープ領域とを備える。
本開示の実施形態によれば、光検出装置が提供される。光検出装置は光検出デバイスを備え、光検出デバイスは、第１の表面および第２の表面を有するキャリア伝導層と、キャリア伝導層と接触しており、光学信号を受信し、光学信号に応答して光キャリアを発生させるように構成される吸収領域とを備え、吸収領域は、第１の伝導型および第１のピークドーピング濃度を有する第１のドーパントでドープされ、キャリア伝導層は、第２の伝導型および第２のピークドーピング濃度を有する第２のドーパントでドープされ、キャリア伝導層は、吸収領域の材料と異なる材料を含み、キャリア伝導層は、少なくとも１つのヘテロ界面を形成するために吸収領域と接触しており、吸収領域のドーピング濃度と、少なくとも１つのヘテロ界面におけるキャリア伝導領域のドーピング濃度との間の比が１０以上であり、吸収領域の第１のピークドーピング濃度と、キャリア伝導領域の第２のピークドーピング濃度との間の比が１０以上であり、吸収領域の少なくとも５０％は、１×１０１６ｃｍ－３以上の第１のドーパントのドーピング濃度でドープされる。
本開示の実施形態によれば、光検出装置が提供される。光検出装置は光検出デバイスを備え、光検出デバイスは、第１の表面および第２の表面を有するキャリア伝導層と、キャリア伝導層と接触しており、光学信号を受信し、光学信号に応答して光キャリアを発生させるように構成される吸収領域であって、吸収領域は、第１の伝導型および第１のピークドーピング濃度を有する第１のドーパントでドープされ、キャリア伝導層は、第２の伝導型および第２のピークドーピング濃度を有する第２のドーパントでドープされ、キャリア伝導層は、吸収領域の材料と異なる材料を含み、キャリア伝導層は、少なくとも１つのヘテロ界面を形成するために吸収領域と接触しており、吸収領域の第１のピークドーピング濃度とキャリア伝導領域の第２のピークドーピング濃度との間の比が１０以上である、吸収領域と、キャリア伝導層の第１の表面上に形成され、キャリア伝導層に電気的に結合される第１の電極であって、吸収領域から分離され、光キャリアの一部分を収集するように構成される、第１の電極と、キャリア伝導層の第１の表面上に形成され、吸収領域に電気的に結合される第２の電極とを備える。
本開示の他の実施形態によれば、光検出装置が提供される。光検出装置は光検出デバイスを備え、光検出デバイスは、第１の表面および第２の表面を有する基板と、基板の第１の表面上で、光学信号を受信し、光学信号に応答して光キャリアを発生させるように構成される吸収領域であって、吸収領域は、第１の伝導型および第１のピークドーピング濃度を有する第１のドーパントでドープされ、基板は、第２の伝導型および第２のピークドーピング濃度を有する第２のドーパントでドープされ、基板は、吸収領域の材料と異なる材料を含み、基板は、少なくとも１つのヘテロ界面を形成するために吸収領域と接触しており、吸収領域の第１のピークドーピング濃度と基板の第２のピークドーピング濃度との間の比が１０以上であるか、または、吸収領域のドーピング濃度と、少なくとも１つのヘテロ界面における基板のドーピング濃度との間の比が１０以上である、吸収領域と、基板の第１の表面上に形成され、基板に電気的に結合される第１の電極であって、吸収領域から分離され、光キャリアの一部分を収集するように構成される、第１の電極と、基板の第１の表面上に形成され、吸収領域に電気的に結合される第２の電極とを備える。本開示の他の実施形態によれば、光検出装置が提供される。光検出装置は光検出デバイスを備え、光検出デバイスは、光学信号を受信し、光学信号に応答して光キャリアを発生させるように構成される吸収領域であって、吸収領域は、第１の伝導型および第１のピークドーピング濃度を有する第１のドーパントでドープされる、吸収領域と、吸収領域上に、第１の表面、および、第１の表面と対向する第２の表面を有する保護層であって、保護層は、第２の伝導型および第２のピークドーピング濃度を有する第２のドーパントでドープされ、保護層は、吸収領域の材料と異なる材料を含み、保護層は、少なくとも１つのヘテロ界面を形成するために吸収領域と接触しており、吸収領域の第１のピークドーピング濃度と保護層の第２のピークドーピング濃度との間の比が１０以上であるか、または、吸収領域のドーピング濃度と、少なくとも１つのヘテロ界面における保護層のドーピング濃度との間の比が１０以上である、保護層と、保護層の第１の表面上に形成され、保護層に電気的に結合される第１の電極であって、吸収領域から分離され、光キャリアの一部分を収集するように構成される、第１の電極と、保護層の第１の表面上に形成され、吸収領域に電気的に結合される第２の電極とを備える。
本開示の他の実施形態によれば、光検出装置が提供される。光検出装置は光検出デバイスを備え、光検出デバイスは、第１の表面および第２の表面を有するキャリア伝導層と、キャリア伝導層と接触しており、光学信号を受信し、光学信号に応答して光キャリアを発生させるように構成される吸収領域であって、吸収領域は、第１の伝導型および第１のピークドーピング濃度を有する第１のドーパントでドープされ、キャリア伝導層は、第２の伝導型および第２のピークドーピング濃度を有する第２のドーパントでドープされ、キャリア伝導層は、吸収領域の材料と異なる材料を含み、キャリア伝導層は、少なくとも１つのヘテロ界面を形成するために吸収領域と接触しており、吸収領域のドーピング濃度と、少なくとも１つのヘテロ界面におけるキャリア伝導層のドーピング濃度との間の比が１０以上であるか、または、吸収領域の第１のピークドーピング濃度と、キャリア伝導層の第２のピークドーピング濃度との間の比が１０以上である、吸収領域と、吸収領域に電気的に結合され、キャリア伝導層に部分的に形成される１つまたは複数のスイッチであって、１つまたは複数のスイッチの各々は、第１の表面上に形成され、吸収領域から分離される制御電極および読み出し電極を備える、１つまたは複数のスイッチと、第１の表面上に形成され、吸収領域に電気的に結合される電極とを備える。
本開示の他の実施形態によれば、光検出装置が提供される。光検出装置は光検出デバイスを備え、光検出デバイスは、第１の表面および第２の表面を有するキャリア伝導層と、キャリア伝導層と接触しており、光学信号を受信し、光学信号に応答して光キャリアを発生させるように構成される吸収領域であって、吸収領域は、第１の伝導型および第１のピークドーピング濃度を有する第１のドーパントでドープされ、キャリア伝導層は、第２の伝導型および第２のピークドーピング濃度を有する第２のドーパントでドープされ、キャリア伝導層は、吸収領域の材料と異なる材料を含み、キャリア伝導層は、少なくとも１つのヘテロ界面を形成するために吸収領域と接触しており、吸収領域のドーピング濃度と、少なくとも１つのヘテロ界面におけるキャリア伝導層のドーピング濃度との間の比が１０以上であるか、または、吸収領域の第１のピークドーピング濃度と、キャリア伝導層の第２のピークドーピング濃度との間の比が１０以上である、吸収領域と、吸収領域に電気的に結合され、キャリア伝導層に部分的に形成される１つまたは複数のスイッチであって、１つまたは複数のスイッチの各々は、キャリア伝導層の同じ側に形成される制御電極および読み出し電極を備える、１つまたは複数のスイッチと、キャリア伝導層において、吸収領域と接触している第２のドープ領域であって、第１の伝導型と同じ伝導型を有し、第１のピークドーピング濃度より高い第４のピークドーピング濃度を有する第４のドーパントでドープされる、第２のドープ領域と、第２のドープ領域に電気的に結合される電極とを備える。
本開示の他の実施形態によれば、光検出装置が提供される。光検出装置は光検出デバイスを備え、光検出デバイスは、第１の表面および第２の表面を有するキャリア伝導層と、キャリア伝導層と接触しており、光学信号を受信し、光学信号に応答して光キャリアを発生させるように構成される吸収領域であって、吸収領域は、第１の伝導型および第１のピークドーピング濃度を有する第１のドーパントでドープされ、キャリア伝導層は、第２の伝導型および第２のピークドーピング濃度を有する第２のドーパントでドープされ、キャリア伝導層は、吸収領域の材料と異なる材料を含み、キャリア伝導層は、少なくとも１つのヘテロ界面を形成するために吸収領域と接触しており、吸収領域のドーピング濃度と、少なくとも１つのヘテロ界面におけるキャリア伝導層のドーピング濃度との間の比が１０以上であるか、または、吸収領域の第１のピークドーピング濃度と、キャリア伝導層の第２のピークドーピング濃度との間の比が１０以上である、吸収領域と、吸収領域に電気的に結合され、キャリア伝導層に部分的に形成される１つまたは複数のスイッチとを備える。光検出装置は、それぞれのスイッチへと電気的に１つまたは複数の読み取り回路をさらに備え、１つまたは複数の読み取り回路は、転送トランジスタとコンデンサとの間に電圧制御トランジスタを備える。
本開示の他の実施形態によれば、光検出装置が提供される。光検出装置は、伝導型でドープされ、第１のピークドーピング濃度を有する第１のドーパントを含む吸収領域と、吸収領域と接触しているキャリア伝導層とを備え、キャリア伝導層は、伝導型でドープされ、第１のピークドーピング濃度より低い第２のピークドーピング濃度を有する第２のドーパントを含む伝導領域を備え、キャリア伝導層は、吸収領域の材料と異なる材料を含む、またはそのような材料から成り、伝導領域は５μｍ未満の深さを有する。
本開示の他の実施形態によれば、光検出装置が提供される。光検出装置は、第１のピークドーピング濃度を有する第１のドーパントでドープされた吸収領域と、伝導型を有する第１の接触領域と、第１の接触領域の伝導型と異なる伝導型を有する第２の接触領域と、第１の接触領域の伝導型と同じ伝導型を有し、第１の接触領域と第２の接触領域との間に一部がある電荷領域と、吸収領域を支持する基板とを備え、基板は、第１のピークドーピング濃度より小さい第２のピークドーピング濃度を有する第２のドーパントを含み、吸収領域は、基板の材料と異なる材料を含む。
本開示の他の実施形態によれば、光検出装置が提供される。光検出装置は、基板と、基板によって支持され、第１の伝導型を有する第１のドーパントでドープされた吸収領域と、第１の伝導型と異なる伝導型を各々が有し、基板に形成される複数の第１の接触領域と、吸収領域に形成され、第１の伝導型と同じ伝導型を有する第２のドープ領域と、第１の伝導型と同じ伝導型を各々が有し、基板に形成される複数の第３の接触領域とを備え、第１の接触領域は第１の平面に沿って配置され、第３の接触領域は、第１の平面と異なる第２の平面に沿って配置される。ある実施形態では、複数の増倍領域が複数の第３の接触領域と複数の第１の接触領域との間に形成される。
本開示の他の実施形態によれば、光検出装置が提供される。光検出装置は、吸収領域と、伝導型を有する第１の接触領域と、吸収領域における、第１の接触領域の伝導型と異なる伝導型を有する第２の接触領域と、第１の接触領域の伝導型と同じ伝導型を有する電荷領域であって、第１の接触領域より第２の接触領域に近い、電荷領域と、吸収領域を支持する基板とを備え、電荷領域および第１の接触領域は基板に形成される。光検出装置は、増倍が基板において起こる位置を修正するために、基板と一体化される修正要素をさらに備える。
本開示の他の実施形態によれば、光検出装置が提供される。光検出装置は、基板と、基板によって支持される吸収領域と、伝導型を有し、基板に形成される第１の接触領域と、吸収領域に形成され、第１の接触領域の伝導型と異なる伝導型を有する第２の接触領域と、基板に形成され、第１の接触領域の伝導型と同じ伝導型を有する電荷領域とを備え、電荷領域の深さは第１の接触領域の深さより小さい。ある実施形態では、電荷領域の深さは第２の接触領域の深さと第１の接触領域の深さとの間である。
本開示の他の実施形態によれば、光検出装置が提供される。光検出装置は光検出デバイスを備え、光検出デバイスは、第１の表面および第２の表面を有する基板と、基板の第１の表面上に、光学信号を受信し、光学信号に応答して光キャリアを発生させるように構成される吸収領域とを備え、吸収領域は、第１の伝導型および第１のピークドーピング濃度を有する第１のドーパントでドープされ、基板は、第２の伝導型および第２のピークドーピング濃度を有する第２のドーパントでドープされ、基板は、吸収領域の材料と異なる材料を含み、基板は、少なくとも１つのヘテロ界面を形成するために吸収領域と接触しており、吸収領域のドーピング濃度と、少なくとも１つのヘテロ界面における基板のドーピング濃度との間の比が１０以上であるか、または、吸収領域の第１のピークドーピング濃度と、基板の第２のピークドーピング濃度との間の比が１０以上であり、基板は、光学信号を吸収領域へと結合するために、基板の定められた領域を通じて伝搬する光学信号を案内および制限するように構成される導波路をさらに備える。
本開示の他の実施形態によれば、光検出装置が提供される。光検出装置は光検出デバイスを備え、光検出デバイスは、第１の表面および第２の表面を有するキャリア伝導層と、キャリア伝導層と接触しており、光学信号を受信し、光学信号に応答して光キャリアを発生させるように構成される吸収領域であって、吸収領域は、第１の伝導型および第１のピークドーピング濃度を有する第１のドーパントでドープされ、キャリア伝導層は、第２の伝導型および第２のピークドーピング濃度を有する第２のドーパントでドープされ、キャリア伝導層は、吸収領域の材料と異なる材料を含み、キャリア伝導層は、少なくとも１つのヘテロ界面を形成するために吸収領域と接触しており、吸収領域のドーピング濃度と、少なくとも１つのヘテロ界面におけるキャリア伝導層のドーピング濃度との間の比が１０以上である、吸収領域と、吸収領域に電気的に結合され、キャリア伝導層に部分的に形成されるＮ個のスイッチとを備える。光検出装置は、互いと異なり、光検出デバイスに電気的に結合されるＹ個の制御信号をさらに含み、Ｙ≦Ｎであり、Ｙは正の整数である。制御信号の各々は、光検出デバイスのスイッチのうちの１つまたは複数を制御する。
本開示の他の実施形態によれば、光検出装置が提供される。光検出装置は、第１のピークドーピング濃度を有する第１のドーパントを含む吸収領域と、吸収領域を支持する基板とを備え、基板は、第１のピークドーピング濃度より低い第２のピークドーピング濃度を有する第２のドーパントを含み、吸収領域は、基板の材料のバンドギャップより小さいバンドギャップを有する材料を含み、埋め込み電界領域が、基板と吸収領域との間の境界面を横切り、基板における埋め込み電界領域の第１の幅が、暗電流が大部分において基板から発生させられるように、吸収領域における埋め込み電界領域の第２の幅より大きい。
本開示の他の実施形態によれば、光検出装置が提供される。光検出装置は、光学信号を受信し、第１の極性および第２の極性を有する光キャリアを発生させるように構成される吸収領域と、第１の極性を有する光キャリアの一部分を吸収領域から受信するように構成される軽度ドープ領域と、第１の極性を有する光キャリアの一部分を軽度ドープ領域から受信し、第２の極性を有する電気信号を発生させるように構成されるゲイン構成要素とを備え、ゲイン構成要素によって発生させられる第２の極性を有する電気信号の電荷の数が、吸収領域によって発生させられる光キャリアの電荷の数より多い。
本開示の他の実施形態によれば、光検出装置が提供される。光検出装置は、第１のピークドーピング濃度を有する第１のドーパント型でドープされる吸収領域であって、光学信号を受信し、第１の極性および第２の極性を有する光キャリアを発生させるように構成される、吸収領域と、第２のピークドーピング濃度を有する第２のドーパント型でドープされ、第１の極性を有する光キャリアの一部分を吸収領域から受信する軽度ドープ領域であって、第１のドーパント型は第２のドーパント型と異なる、軽度ドープ領域と、第１の極性を有する光キャリアの一部分を軽度ドープ領域から受信し、第２の極性を有する電気信号を発生させるように構成されるゲイン構成要素とを備え、軽度ドープ領域の第２のピークドーピング濃度に対する吸収領域の第１のピークドーピング濃度の比が１０以上であり、ゲイン構成要素によって発生させられる第２の極性を有する電気信号の電荷の数が、吸収領域によって発生させられる光キャリアの電荷の数より多い。
本開示の他の実施形態によれば、ゲイン構成要素を有する光検出装置によって受信される光キャリアを増幅するための方法が提供される。方法は、第１の型を有する光キャリアおよび第２の型を有する光キャリアを発生させるために、吸収領域において光学信号を受信するステップと、第１の型の光キャリアをゲイン領域へと操縦するステップと、第２の型を有する増幅された電気信号を発生させるステップとを含み、増幅された電気信号を発生させるステップは、第１の電圧をゲイン構成要素のエミッタ電極に印加するステップと、順方向バイアスが、ゲイン構成要素のエミッタ領域とゲイン構成要素の軽度ドープ領域との間のｐｎ接合を横切って作り出されるように、および、逆方向バイアスが、ゲイン構成要素のコレクタ領域とゲイン構成要素の軽度ドープ領域との間のｐｎ接合を横切って作り出されるように、第２の電圧をゲイン構成要素のコレクタ電極に印加するステップと、エミッタ領域と軽度ドープ領域との間の順方向バイアスを増加させるために、ゲイン構成要素の軽度ドープ領域における第１の型のキャリアを受信するステップと、コレクタ領域によってエミッタ領域から放出される第２の型のキャリアを、増幅された電気信号として収集するステップとを含む。
本開示の他の実施形態によれば、光検出装置が提供される。光検出装置は、光学信号を受信し、第１の極性および第２の極性を有する光キャリアを発生させるように構成される吸収領域と、第１の極性を有する光キャリアの一部分を吸収領域から受信するように構成される基板と、吸収領域に電気的に結合され、基板に少なくとも部分的に形成される１つまたは複数のスイッチとを備え、スイッチの各々は、第１の極性を有する光キャリアの一部分を受信し、第２の極性を有する電気信号を発生させるように構成されるゲイン構成要素を備え、ゲイン構成要素によって発生させられる第２の極性を有する電気信号の電荷の数が、吸収領域によって発生させられる光キャリアの電荷の数より多い。
本開示の実施形態によれば、撮像システムが提供される。撮像システムは、光線を放出することができる送信ユニットと、光検出装置を備えるイメージセンサを備える受信ユニットとを備える。
本開示のこれらの目的および他の目的は、様々な図および図面で示されている好ましい実施形態の以下の詳細な記載を読んだ後、当業者には疑いなく明らかとなる。
前述の態様、および本出願の付随する利点の多くは、添付の図面と併せて理解されるとき、以下の詳細な記載を参照することでより良く理解されることになるように、より容易に理解されることになる。
ある実施形態による光検出デバイスの断面図である。 ある実施形態による光検出デバイスの断面図である。 ある実施形態による光検出デバイスの断面図である。 ある実施形態による光検出デバイスの断面図である。 ある実施形態による光検出デバイスの断面図である。 ある実施形態による光検出デバイスの断面図である。 ある実施形態による光検出デバイスの断面図である。 ある実施形態による光検出デバイスの断面図である。 ある実施形態による光検出装置の回路の概略図である。 ある実施形態による光検出装置の回路の概略図である。 ある実施形態による光検出デバイスの上面図である。 ある実施形態による図３ＡにおけるＡ－Ａ’の線に沿っての断面図である。 ある実施形態による光検出デバイスの上面図である。 ある実施形態による図４ＡにおけるＡ－Ａ’の線に沿っての断面図である。 ある実施形態による図４ＡにおけるＢ－Ｂ’の線に沿っての断面図である。 ある実施形態による光検出デバイスの上面図である。 ある実施形態による図５ＡにおけるＡ－Ａ’の線に沿っての断面図である。 ある実施形態による図５ＡにおけるＢ－Ｂ’の線に沿っての断面図である。 ある実施形態による光検出デバイスの上面図である。 ある実施形態による図６ＡにおけるＡ－Ａ’の線に沿っての断面図である。 ある実施形態による光検出デバイスの上面図である。 ある実施形態による図６ＣにおけるＡ－Ａ’の線に沿っての断面図である。 ある実施形態による図６ＣにおけるＢ－Ｂ’の線に沿っての断面図である。 ある実施形態による光検出デバイスの上面図である。 ある実施形態による光検出デバイスの上面図である。 ある実施形態による光検出デバイスの上面図である。 ある実施形態による図７ＡにおけるＡ－Ａ’の線に沿っての断面図である。 ある実施形態による光検出デバイスの上面図である。 ある実施形態による光検出デバイスの上面図である。 ある実施形態による光検出デバイスの上面図である。 ある実施形態による光検出デバイスの上面図である。 ある実施形態による図８ＡにおけるＡ－Ａ’の線に沿っての断面図である。 ある実施形態による光検出デバイスの上面図である。 ある実施形態による光検出デバイスの上面図である。 ある実施形態による光検出デバイスの上面図である。 ある実施形態による光検出装置の回路の概略図である。 ある実施形態による光検出装置の回路の概略図である。 ある実施形態による光検出デバイスの断面図である。 ある実施形態による光検出デバイスの上面図である。 ある実施形態による図１０ＢにおけるＡ－Ａ’の線に沿っての断面図である。 ある実施形態による光検出デバイスの上面図である。 ある実施形態による図１０ＤにおけるＡ－Ａ’の線に沿っての断面図である。 ある実施形態による図１０ＤにおけるＢ－Ｂ’の線に沿っての断面図である。 ある実施形態による光検出デバイスの断面図である。 ある実施形態による光検出デバイスの断面図である。 ある実施形態による光検出デバイスの断面図である。 ある実施形態による光検出デバイスの断面図である。 ある実施形態による光検出デバイスの上面図である。 ある実施形態による図１１ＢにおけるＡ－Ａ’の線に沿っての断面図である。 ある実施形態による光検出デバイスの上面図である。 ある実施形態による図１１ＤにおけるＡ－Ａ’の線に沿っての断面図である。 ある実施形態による光検出デバイスの吸収領域の断面図である。 ある実施形態による光検出デバイスの吸収領域の断面図である。 ある実施形態による光検出デバイスの吸収領域の断面図である。 ある実施形態による光検出デバイスの上面図である。 ある実施形態による光検出デバイスの上面図である。 ある実施形態による光検出デバイスの一部分の断面図である。 ある実施形態による光検出デバイスの第２のドープ領域１０８を通る線に沿っての断面図である。 ある実施形態による光検出デバイスの上面図である。 ある実施形態による図１４ＣにおけるＡ－Ａ’の線に沿っての断面図である。 ある実施形態による図１４ＣにおけるＢ－Ｂ’の線に沿っての断面図である。 ある実施形態による光検出デバイスの断面図である。 ある実施形態による光検出デバイスの上面図である。 ある実施形態による図１４ＧにおけるＡ－Ａ’の線に沿っての断面図である。 ある実施形態による図１４ＧにおけるＢ－Ｂ’の線に沿っての断面図である。 ある実施形態による光検出デバイスの上面図である。 ある実施形態による図１４ＪにおけるＡ－Ａ’の線に沿っての断面図である。 ある実施形態による図１４ＪにおけるＢ－Ｂ’の線に沿っての断面図である。 ２つの端子を伴うゲイン構成要素の例の図である。 ２つの端子を伴うゲイン構成要素の例の図である。 ２つの端子を伴うゲイン構成要素の例の図である。 ２つの端子を伴うゲイン構成要素の例の図である。 ３つの端子を伴うゲイン構成要素の例の図である。 ３つの端子を伴うゲイン構成要素の例の図である。 ３つの端子を伴うゲイン構成要素の例の図である。 ３つの端子を伴うゲイン構成要素の例の図である。 ＣＭＯＳイメージセンサとして使用できる光検出装置の例の図である。 ＣＭＯＳイメージセンサとして使用できる光検出装置の例の図である。 ＣＭＯＳイメージセンサとして使用できる光検出装置の例の図である。 ＣＭＯＳイメージセンサとして使用できる光検出装置の例の図である。 ＣＭＯＳイメージセンサとして使用できる光検出装置の例の図である。 ＣＭＯＳイメージセンサとして使用できる光検出装置の例の図である。 ゲインを伴う光検出装置の図である。 ゲインを伴う光検出装置の図である。 ゲインを伴う光検出装置の例の上面図である。 ゲインを伴う光検出装置の例の上面図である。 ゲインを伴う光検出装置の図である。 ゲインを伴う光検出装置の例の上面図である。 ゲインを伴う光検出装置の例の上面図である。 ゲインを伴う光検出装置の例の上面図である。 ゲインを伴う光検出装置の他の例の上面図である。 ゲインを伴う光検出装置の例の上面図である。 ゲインを伴う光検出装置の他の例の上面図である。 光検出デバイスの一部分の断面図である。 光検出デバイスの一部分の断面図である。 光検出デバイスの一部分の断面図である。 ある実施形態による光検出デバイスの制御領域の例の図である。 ある実施形態による光検出デバイスの制御領域の例の図である。 ある実施形態による光検出デバイスの制御領域の例の図である。 ある実施形態による光検出デバイスの制御領域の例の図である。 撮像システムの例の実施形態のブロック図である。 例の受信ユニットまたは制御装置のブロック図である。
本明細書で使用されているように、「第１の」、「第２の」、「第３の」、「第４の」、および「第５の」などの用語は、様々な要素、構成要素、領域、層、および／または区域を記載しており、これらの要素、構成要素、領域、層、および／または区域はこれらの用語によって限定されるべきではない。これらの用語は、１つの要素、構成要素、領域、層、または区域を他のものから区別するために使用されるだけであり得る。「第１の」、「第２の」、「第３の」、「第４の」、および「第５の」などの用語は、本明細書で使用されるとき、文脈によって明確に指示されていない場合、順序または順番の意味を含んでいない。「光検出」、「光感知」、「光線検出」、「光線感知」といった用語、および任意の他の同様の用語は、相互に置き換え可能に使用できる。
「上方」、「上」、および「下」などの空間的の記載は、他に明示されていない場合、図に示された配向に関連して指示されている。本明細書において使用されている空間的な記載は、図示の目的のためだけであること、および、本明細書に記載されている構造の実用的な実施は、そのような配置によって本開示の実施形態の長所に反しないという前提で任意の配向または様態で空間的に配置できることは、理解されるべきである。
本明細書で使用されているように、「真性」という用語は、半導体材料が意図的にドーパントを添加していないことを意味する。
図１Ａは、ある実施形態による光検出デバイス１００ａの断面図を示している。光検出デバイス１００ａは、吸収領域１０と、吸収領域１０を支持する基板２０とを備える。ある実施形態では、吸収領域１０は基板２０に全体的に埋め込まれる。ある実施形態では、吸収領域１０は基板２０に部分的に埋め込まれる。ある実施形態では、光検出デバイス１００ａは、吸収領域１０と、吸収領域１０と異なる材料を含む、またはそのような材料から成るキャリア伝導層との間に、少なくとも１つのヘテロ界面を備える。ある実施形態では、キャリア伝導層は基板２０である。例えば、ある実施形態では、基板２０は、第１の表面２１と、第１の表面２１と対向する第２の表面２２とを備える。ある実施形態では、吸収領域１０は、第１の表面１１と、第２の表面１２と、１つまたは複数の側面１３とを備える。第２の表面１２は、吸収領域１０の第１の表面１１と基板２０の第２の表面２２との間にある。側面１３は、吸収領域１０の第１の表面１１と吸収領域１０の第２の表面１２との間にある。吸収領域１０の第１の表面１１、第２の表面１２、および側面１３のうちの少なくとも１つは、基板２０と少なくとも部分的に直接的に接触しており、したがって、ヘテロ界面は吸収領域１０と基板２０との間に形成される。
ある実施形態では、吸収領域１０は伝導型でドープされ、第１のピークドーピング濃度を有する第１のドーパントを含む。ある実施形態では、吸収領域１０は、例えば入射光線といった光学信号を電気信号へと変換するように構成される。ある実施形態では、光学信号は、基板２０の第１の表面２１から吸収領域１０に入る。ある実施形態では、光学信号は、基板２０の第２の表面２２から吸収領域１０に入る。ある実施形態では、吸収領域１０は、光学窓を含む光線遮蔽体（図示されていない）によって定められる吸収の領域ＡＲを備える。吸収の領域ＡＲは、光学窓を通じて入ってくる光学信号を受信する仮想的な領域である。
ある実施形態では、ある実施形態では基板２０であるキャリア伝導層は、伝導型でドープされ、光検出デバイス１００ａの暗電流を低減するために第１のピークドーピング濃度より低い第２のピークドーピング濃度を有する第２のドーパントを含み、これは光検出デバイス１００ａの信号対雑音比、感度、ダイナミックレンジ特性を向上させることができる。
ある実施形態では、第１のピークドーピング濃度は１×１０１６ｃｍ－３以上である。ある実施形態では、第１のピークドーピング濃度は１×１０１６ｃｍ－３と１×１０２０ｃｍ－３との間であり得る。ある実施形態では、第１のピークドーピング濃度は１×１０１７ｃｍ－３と１×１０２０ｃｍ－３との間であり得る。ある実施形態では、第２のピークドーピング濃度に対する第１のピークドーピング濃度の比は、光検出デバイス１００ａが低暗電流をさらに達成することができるように１０以上である。ある実施形態では、第２のピークドーピング濃度に対する第１のピークドーピング濃度の比は、光検出デバイス１００ａが低暗電流と高量子効率とを同時にさらに達成することができるように１００以上である。ある実施形態では、基板２０の伝導型はｐ型またはｎ型である。ある実施形態では、基板２０の伝導型が、例えばホウ素（Ｂ）および／またはガリウム（Ｇａ）をドーパントとして用いるｐ型である場合、第２のピークドーピング濃度は、光検出デバイス１００ａが低暗電流と高量子効率とを同時に達成することができるように、１×１０１２ｃｍ－３と１×１０１６ｃｍ－３との間であり得る。ある実施形態では、基板２０の伝導型が、例えばリン（Ｐ）および／またはヒ素（Ａｓ）をドーパントとして用いるｎ型のものである場合、第２のピークドーピング濃度は、光検出デバイス１００ａが低暗電流と高量子効率とを同時に達成することができるように、１×１０１４ｃｍ－３と１×１０１８ｃｍ－３との間であり得る。
ある実施形態では、ある実施形態では基板２０であるキャリア伝導層の伝導型が、吸収領域１０の第１のピークドーピング濃度より低い基板２０の第２のピークドーピング濃度を有することで、吸収領域１０の伝導型と異なるとき、空乏領域が基板２０と吸収領域１０との間のヘテロ界面を横切る。光検出デバイスが動作中であるとき、空乏領域の主要な部分は基板２０にある。別の言い方をすれば、基板２０における空乏領域の第１の幅が吸収領域１０における空乏領域の第２の幅より大きい。ある実施形態では、第２の幅に対する第１の幅の比は１０より大きい。ある実施形態では、埋め込み電界領域が基板２０と吸収領域１０との間のヘテロ界面を横切り、暗電流が大部分において基板２０から発生させられるように、基板２０における埋め込み電界領域の第１の幅が吸収領域１０における埋め込み電界領域の第２の幅より大きい。そのため、光検出デバイスはより低い暗電流を達成することができる。ある実施形態では、基板２０であるキャリア伝導層のバンドギャップが吸収領域１０のバンドギャップより大きい。
ある実施形態では、吸収領域１０の第１のピークドーピング濃度より低い基板２０の第２のピークドーピング濃度を有することで、基板２０がｐ型のものであり、吸収領域１０がｐ型のものであるときなど、ある実施形態では基板２０であるキャリア伝導層の伝導型が、吸収領域１０の伝導型と同じであるとき、吸収領域１０を横切る電界を低減させることができ、延いては、基板２０を横切る電界を増加させることができる。つまり、吸収領域１０を横切る電界と基板２０を横切る電界との間の差が存在する。結果として、光検出デバイスの暗電流はさらに低くなる。ある実施形態では、基板２０であるキャリア伝導層のバンドギャップが吸収領域１０のバンドギャップより大きい。
ある実施形態では基板２０であるキャリア伝導層は、吸収領域１０から分離された第１のドープ領域１０２を備える。第１のドープ領域１０２は伝導型でドープされ、第３のピークドーピング濃度を有する第３のドーパントを含む。第１のドープ領域１０２の伝導型は吸収領域１０の伝導型と異なる。ある実施形態では、第３のピークドーピング濃度は第２のピークドーピング濃度より高い。ある実施形態では、第１のドープ領域１０２の第３のピークドーピング濃度は１×１０１８ｃｍ－３と５×１０２０ｃｍ－３との間であり得る。
ある実施形態では、吸収領域１０の少なくとも５０％が、１×１０１６ｃｍ－３以上の第１のドーパントのドーピング濃度でドープされる。別の言い方をすると、吸収領域１０の少なくとも半分が、１×１０１６ｃｍ－３以上のドーピング濃度を有する第１のドーパントで意図的にドープされる。例えば、吸収領域１０の厚さに対する吸収領域１０におけるドーピング領域の深さの比が１／２以上である。ある実施形態では、吸収領域１０の少なくとも８０％が、光検出デバイスの暗電流をさらに低減するために、１×１０１６ｃｍ－３以上のドーピング濃度を有する第１のドーパントで意図的にドープされる。例えば、吸収領域１０の厚さに対する吸収領域１０におけるドーピング領域の深さの比が４／５以上である。
ある実施形態では、キャリア伝導層は第２のドーパントでかなりドープされ得る。例えば、ある実施形態では基板２０であるキャリア伝導層の少なくとも５０％が、１×１０１２ｃｍ－３以上の第２のドーパントのドーピング濃度を有する。別の言い方をすると、キャリア伝導層の少なくとも半分が、１×１０１２ｃｍ－３以上のドーピング濃度を有する第２のドーパントで意図的にドープされる。例えば、基板２０の厚さに対する基板２０におけるドーピング領域の深さの比が１／２以上である。ある実施形態では、キャリア伝導層の少なくとも８０％が、１×１０１２ｃｍ－３以上のドーピング濃度を有する第２のドーパントで意図的にドープされる。例えば、基板２０の厚さに対する基板２０におけるドーピング領域の深さの比が４／５以上である。
ある実施形態では、キャリア伝導層はて第２のドーパントで局部的にドープされ得る。例えば、ある実施形態では基板２０であるキャリア伝導層は、伝導領域２０１を含む。伝導領域２０１の少なくとも一部が第１のドープ領域１０２と吸収領域１０との間にある。ある実施形態では、伝導領域２０１は、吸収領域１０から発生させられて第１のドープ領域１０２に向けて移動するキャリアの経路を制限するために、吸収領域１０および第１のドープ領域１０２と部分的に重ねられる。ある実施形態では、伝導領域２０１は、基板２０の第１の表面２１に対して実質的に垂直な方向Ｄ１に沿って基板２０の第１の表面２１から測定される深さを有する。深さは、第２のドーパントのドーパントプロファイルが１×１０１４ｃｍ－３から１×１０１５ｃｍ－３の間の濃度などの特定の濃度に達する位置までである。ある実施形態では、伝導領域２０１の深さは、キャリアをより良好に効率的に運搬するために、５μｍより小さい。ある実施形態では、伝導領域２０１は第１のドープ領域１０２全体と重ねられてもよい。ある実施形態では、伝導領域２０１は吸収領域１０の幅より大きい幅を有する。
ある実施形態では、第１のドーパントと第２のドーパントとは異なり、例えば、第１のドーパントはホウ素であり、第２のドーパントはリンである。ある実施形態では、吸収領域１０と、ある実施形態では基板２０であるキャリア伝導層との間のヘテロ界面における第１のドーパントのドーピング濃度は、１×１０１６ｃｍ－３以上である。ある実施形態では、ヘテロ界面における第１のドーパントのドーピング濃度は、１×１０１６ｃｍ－３と１×１０２０ｃｍ－３との間、または、１×１０１７ｃｍ－３と１×１０２０ｃｍ－３との間であり得る。ある実施形態では、ヘテロ界面における第２のドーパントのドーピング濃度は、ヘテロ界面における第１のドーパントのドーピング濃度より低い。ある実施形態では、ヘテロ界面における第２のドーパントのドーピング濃度は１×１０１２ｃｍ－３と１×１０１７ｃｍ－３との間である。
ある実施形態では、ヘテロ界面における第１のドーパントのドーピング濃度が十分に高いため、ヘテロ界面において発生する境界面の暗電流を低減することができる。結果として、境界面の組み合わせ速度が低減でき、延いては、ヘテロ界面における暗電流がより低くなり得る。ある実施形態では、ヘテロ界面における第２のドーパントのドーピング濃度がヘテロ界面における第１のドーパントのドーピング濃度より低いため、吸収領域１０において発生するバルク暗電流も低減される。ある実施形態では、光検出デバイス１００ａは、１０４ｃｍ／ｓより低い境界面の再組み合わせ速度を有し得る。
ある実施形態では、ヘテロ界面における第２のドーパントのドーピング濃度に対する第１のドーパントのドーピング濃度の比は、光検出デバイス１００ａがヘテロ界面における低暗電流と高量子効率とを同時に達成することができるように１０以上である。ある実施形態では、ヘテロ界面における第２のドーパントのドーピング濃度に対する第１のドーパントのドーピング濃度の比は、光検出デバイス１００ａがヘテロ界面におけるさらなる低暗電流と高量子効率とを同時に示すことができるように１００以上である。
ある実施形態では、第２のドーパントは吸収領域１０にあり得るが、熱拡散または注入残存などのため、吸収領域１０の外側に存在してもよい。ある実施形態では、第１のドーパントは、ある実施形態では基板２０であるキャリア伝導層にあり得るが、熱拡散または注入残存などのため、基板領域２０の外側に存在してもよい。
ある実施形態では、第１のドーパントは、その場成長、イオン注入、および／または熱拡散など、任意の適切な過程によって吸収領域１０に導入され得る。
ある実施形態では、第２のドーパントは、その場成長、イオン注入、および／または熱拡散など、任意の適切な過程によって基板２０に導入され得る。
ある実施形態では、吸収領域１０は、第１の材料または第１の材料の複合材料によって作られる。ある実施形態では基板２０であるキャリア伝導層は、第２の材料または第２の材料の複合材料によって作られる。第２の材料または第２の材料の複合材料は第１の材料または第１の材料の複合材料と異なる。例えば、ある実施形態では、第２の材料または第２の材料の複合材料の元素の組み合わせが、第１の材料または第１の材料の複合材料における元素の組み合わせと異なる。
ある実施形態では、ある実施形態では基板２０であるキャリア伝導層のバンドギャップが吸収領域１０のバンドギャップより大きい。ある実施形態では、吸収領域１０は、半導体材料を含む、または半導体材料から成る。ある実施形態では、基板２０は、半導体材料を含む、または半導体材料から成る。ある実施形態では、吸収領域１０は、ＩＩＩ－Ｖ族半導体材料を含む、またはＩＩＩ－Ｖ族半導体材料から成る。ある実施形態では、基板２０は、ＩＩＩ－Ｖ族半導体材料を含む、またはＩＩＩ－Ｖ族半導体材料から成る。ＩＩＩ－Ｖ族半導体材料は、限定されることはないが、ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ、ＧａＳｂ／ＩｎＡｓ、またはＩｎＳｂを含み得る。例えば、ある実施形態では、吸収領域１０は、ＩｎＧａＡｓを含む、またはＩｎＧａＡｓから成り、基板２０は、ＩｎＰを含む、またはＩｎＰから成る。ある実施形態では、吸収領域１０は、ＩＶ族元素を含む半導体材料を含む、または、ＩＶ族元素を含む半導体材料から成る。例えば、Ｇｅ、Ｓｉ、またはＳｎである。ある実施形態では、吸収領域１０は、ＳｉｘＧｅｙＳｎ１－ｘ－ｙを含む、またはＳｉｘＧｅｙＳｎ１－ｘ－ｙから成り、ここで、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１である。ある実施形態では、吸収領域１０は、Ｇｅ１－ａＳｎａを含む、またはＧｅ１－ａＳｎａから成り、ここで、０≦ａ≦０．１である。ある実施形態では、吸収領域１０は、ＧｅｘＳｉ１－ｘを含む、またはＧｅｘＳｉ１－ｘから成り、ここで、０≦ｘ≦１である。ある実施形態では、真性ゲルマニウムから成る吸収領域１０は、吸収領域の形成の間に形成される材料欠陥のため、ｐ型のものであり、ここで、欠陥密度は１×１０１４ｃｍ－３から１×１０１６ｃｍ－３までである。ある実施形態では、ある実施形態では基板２０であるキャリア伝導層は、ＩＶ族元素を含む半導体材料を含む、または、ＩＶ族元素を含む半導体材料から成る。例えば、Ｇｅ、Ｓｉ、またはＳｎである。ある実施形態では、基板２０は、ＳｉｘＧｅｙＳｎ１－ｘ－ｙを含む、またはＳｉｘＧｅｙＳｎ１－ｘ－ｙから成り、ここで、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１である。ある実施形態では、基板２０は、Ｇｅ１－ａＳｎａを含む、またはＧｅ１－ａＳｎａから成り、ここで、０≦ａ≦０．１である。ある実施形態では、基板２０は、ＧｅｘＳｉ１－ｘを含む、またはＧｅｘＳｎ１－ｘから成り、ここで、０≦ｘ≦１である。ある実施形態では、真性ゲルマニウムから成る基板２０は、吸収領域の形成の間に形成される材料欠陥のため、ｐ型のものであり、ここで、欠陥密度は１×１０１４ｃｍ－３から１×１０１６ｃｍ－３までである。例えば、ある実施形態では、吸収領域１０は、Ｇｅを含む、またはＧｅから成り、基板２０は、Ｓｉを含む、またはＳｉから成る。
ある実施形態では、吸収領域１０の伝導型はｐ型である。ある実施形態では、第１のドーパントはＩＩＩ族元素である。ある実施形態では、基板２０の伝導型はｎ型であり、第２のドーパントはＶ族元素である。
ある実施形態では、光検出デバイスは、第１のドープ領域１０２に電気的に結合された第１の電極３０を備える。第１の電極３０は吸収領域１０から分離される。抵抗接触が、第１の電極３０の材料および第１のドープ領域１０２の第３のピークドーピング濃度に応じて、第１の電極３０と第１のドープ領域１０２との間に形成され得る。ある実施形態では、第１の電極３０と吸収領域の側面１３のうちの１つとの間の最短距離ｄが０．１μｍと２０μｍとの間であり得る。ある実施形態では、第１の電極３０と吸収領域の側面１３のうちの１つとの間の最短距離ｄは０．１μｍと５μｍとの間であり得る。ある実施形態では、距離は０．５μｍと３μｍとの間であり得る。第１の電極３０と側面１３との間の距離ｄが２０μｍより大きい場合、光検出デバイス１００ａの速さはより小さくなる。第１の電極３０と側面１３との間の距離ｄが０．１μｍより小さい場合、光検出デバイスの暗電流を増加させることができる。
ある実施形態では、光検出デバイス１００ａは、吸収領域１０において、吸収領域１０の第１の表面１１の近くに、第２のドープ領域１０８を備える。第２のドープ領域１０８は、吸収領域１０の伝導型と同じ伝導型でドープされている。ある実施形態では、第２のドープ領域１０８は、第１のピークドーピング濃度より高い第４のピークドーピング濃度を有する第４のドーパントを含む。例えば、第２のドープ領域１０８の第４のピークドーピング濃度は１×１０１８ｃｍ－３と５×１０２０ｃｍ－３との間であり得る。ある実施形態では、第２のドープ領域１０８は、方向Ｄ１に沿って第１のドープ領域１０２上に配置されない。
ある実施形態では、光検出デバイス１００ａは、第２のドープ領域１０８に電気的に結合された第２の電極６０をさらに備える。抵抗接触が、第２の電極６０の材料および第２のドープ領域１０８の第４のピークドーピング濃度に応じて、第２の電極６０と第２のドープ領域１０８との間に形成され得る。第２の電極６０は、吸収領域１０の第１の表面１１上にある。
ある実施形態では、キャリア伝導層は、第１の表面と、第１の表面２１と対向する第２の表面とを備える。第１の電極３０と第２の電極６０とは両方ともキャリア伝導層の第１の表面上に配置される。つまり、第１の電極３０と第２の電極６０とは、ある実施形態では基板２０であるキャリア伝導層の同じ側の上に配置され、これは、その後の後部の製作過程にとって有益である。
第１のドープ領域１０２および第２のドープ領域１０８は半導体接触領域であり得る。ある実施形態では、第１のドープ領域１０２および第２のドープ領域１０８に電気的に結合される回路に応じて、第１のドープ領域１０２および第２のドープ領域１０８の一方によって収集される第１の型を伴うキャリアをさらに処理することができ、他方のドープ領域によって収集される第２の型を伴うキャリアを除去することができる。そのため、光検出デバイスは、向上した信頼性と量子効率とを有し得る。
ある実施形態では、吸収領域１０は段階的なドーピングプロファイルでドープされる。ある実施形態では、段階的なドーピングプロファイルの最大濃度は第２のドーパントの第２のピークドーピング濃度より高い。ある実施形態では、段階的なドーピングプロファイルの最小濃度は第２のドーパントの第２のピークドーピング濃度より高い。ある実施形態では、段階的なドーピングプロファイルは、吸収領域１０の第１の表面１１から、または、第２のドープ領域１０８から、吸収領域１０の第２の表面１２へと段階的であり得る。ある実施形態では、段階的なドーピングプロファイルは、キャリアの移動方向に応じて、徐々に減少／増加し得る、または、階段状に減少／増加し得る。ある実施形態では、段階的なドーピングプロファイルの濃度は、キャリアの移動方向に応じて、第１の表面１１から、または、吸収領域１０の第２のドープ領域１０８から、吸収領域１０の第２の表面１２へと徐々に減少／増加させられる。ある実施形態では、段階的なドーピングプロファイルの濃度は、キャリアの移動方向に応じて、吸収領域１０の第１の表面１１または第２のドープ領域１０８の中心から、吸収領域１０の第２の表面１２および側面１３へと徐々に径方向へと減少／増加させられる。例えば、吸収領域１０が基板２０全体にわたる場合、第１のドープ領域１０２がｎ型のものであるときに電子などの第１の型を伴うキャリアは、第１の表面１１から第２の表面１２への方向に実質的に沿って、吸収領域１０において移動し、例えばホウ素などの第１のドーパントの段階的なドーピングプロファイルの濃度は、第１の表面１１から、または、吸収領域１０の第２のドープ領域１０８から、吸収領域１０の第２の表面１２へと徐々に減少させられる。ある実施形態では、段階的なドーピングプロファイルの濃度は、キャリアの移動方向に応じて、第１の表面１１の縁、または吸収領域１０の第２のドープ領域１０８から、吸収領域１０の側面１３へと徐々に横方向に減少／増加させられる。
ある実施形態では、光検出デバイスの暗電流は、例えば１×１０－１２Ａ未満といった、約数ｐＡ以下である。
図１Ｂは、ある実施形態による光検出デバイスの断面図を示している。図１Ｂにおける光検出デバイス１００ｂは、図１Ａにおける光検出デバイス１００ａと同様である。違いが以下に記載されている。
光検出デバイス１００ｂは、基板２０に別の第１のドープ領域１０４をさらに備える。第１のドープ領域１０４は、図１Ａにおいて記載されているような第１のドープ領域１０２と同様である。第１のドープ領域１０４は吸収領域１０から分離される。伝導領域２０１の少なくとも一部が第１のドープ領域１０４と吸収領域１０との間にもある。ある実施形態では、伝導領域２０１は、吸収領域１０から発生させられて第１のドープ領域１０４に向けて移動する第１の型を伴うキャリアの経路を制限するために、吸収領域１０および第１のドープ領域１０４と部分的に重ねられる。
ある実施形態では、２つの第１のドープ領域１０４、１０２は互いから分離されている。ある実施形態では、２つの第１のドープ領域１０４、１０２は、例えば輪といった連続した領域であり得る。光検出デバイス１００ｂは、第１のドープ領域１０４に電気的に結合された第３の電極４０をさらに備える。ある実施形態では、第１の電極３０および第３の電極４０は同じ回路に電気的に結合され得る。
ある実施形態では、光検出デバイス１００ｂの暗電流は、例えば１×１０－１２Ａ未満といった、約数ｐＡ以下である。
比較例による光検出デバイスが、図１Ｂにおける光検出デバイス１００ｂの構造と実質的に同じ構造を備える。違いは、比較例の光検出デバイスでは、吸収領域１０のドーピング濃度が基板２０の第２のピークドーピング濃度以下であり、ヘテロ界面における第２のドーパントのドーピング濃度が、ヘテロ界面における第１のドーパントのドーピング濃度以上であることである。
比較例による光検出デバイス、および光検出デバイス１００ｂの詳細が、表１および表２に列記されている。
Figure 2022539433000002
Figure 2022539433000003
表３を参照すると、比較例と比べて、光検出デバイス１００ｂにおける吸収領域１０の第１のピークドーピング濃度が基板２０の第２のピークドーピング濃度より高いため、光検出デバイス１００ｂは、例えば少なくとも２倍より低いといった、より低い暗電流を有し得る。
Figure 2022539433000004
比較例による別の光検出デバイスが、図１Ｂにおける光検出デバイス１００ｂの構造と実質的に同じ構造を備える。違いは、比較例の別の光検出デバイスでは、吸収領域１０のドーピング濃度が基板２０の第２のピークドーピング濃度以下であり、ヘテロ界面における第２のドーパントのドーピング濃度が、ヘテロ界面における第１のドーパントのドーピング濃度以上であることである。比較例による別の光検出デバイス、および光検出デバイス１００ｂの詳細が、表４および表５に列記されている。
Figure 2022539433000005
Figure 2022539433000006
表６を参照すると、別の比較例と比べて、光検出デバイス１００ｂにおける吸収領域１０の第１のピークドーピング濃度が基板２０の第２のピークドーピング濃度より高いため、光検出デバイス１００ｂは、例えば少なくとも２０倍より低いといった、より低い暗電流を有し得る。
Figure 2022539433000007
図１Ｃは、ある実施形態による光検出デバイスの断面図を示している。図１Ｃにおける光検出デバイス１００ｃは、図１Ａにおける光検出デバイス１００ａと同様である。違いが以下に記載されている。
基板２０は、基礎部分２０ａと、基礎部分２０ａによって支持された上方部分２０ｂとを備える。上方部分２０ｂは、基礎部分２０ａの幅より小さい幅を有する。吸収領域１０は、基板２０の上方部分２０ｂによって支持されている。伝導領域２０１は上方部分２０ｂにある。第１のドープ領域１０２は基礎部分２０ａにある。第１のドープ領域１０２は基板２０の上方部分２０ｂの幅より大きい幅を有し、したがって、第１のドープ領域１０２の一部は上方部分２０ｂによって覆われていない。第２のドープ領域１０８は、方向Ｄ１に沿って第１のドープ領域１０２上に配置されており、伝導領域２０１は第１のドープ領域１０２と第２のドープ領域１０８との間にある。例えば電子といった吸収領域１０から発生させられた第１の型を伴うキャリアが、方向Ｄ１に沿って、伝導領域２０１を通じて第１のドープ領域１０２に向けて移動する。
ある実施形態では、第１の電極３０は、光検出デバイスの上面図からの輪など、任意の適切な形であり得る。ある実施形態では、光検出デバイス１００ｃは、第１のドープ領域１０２に電気的に結合され、互いから分離された２つの第１の電極３０を備える。ある実施形態では、第１の電極３０は吸収領域１０の反対側に配置される。
ある実施形態では、第２のドープ領域１０８および第１のドープ領域１０２に印加される逆方向バイアス電圧に基づいて、衝突イオン化が起こる場合、光検出デバイス１００ｃは、線形モード（逆方向バイアス電圧＜降伏電圧）またはガイガーモード（逆方向バイアス電圧＞降伏電圧）で動作させられるアバランシェフォトダイオードであり得、吸収領域１０と第１のドーピング領域１０２との間における伝導領域２０１の一部分は増倍領域であり得る。そのため、増倍領域は、吸収領域１０から発生させられる１つまたは複数のキャリアを受信することに応答して、１つまたは複数の追加の電荷キャリアを発生させることができる。
図１Ｄは、ある実施形態による光検出デバイスの断面図を示している。図１Ｄにおける光検出デバイス１００ｄは、図１Ｃにおける光検出デバイス１００ｃと同様である。違いが以下に記載されている。
光検出デバイス１００ｄは、基板２０の上方部分２０ｂにおいて電荷層２０２をさらに備える。電荷層２０２は、吸収領域１０と直接的に接触している、または、吸収領域１０の一部分と重ねられている。電荷層２０２は、吸収領域１０の伝導型と同じ伝導型のものである。例えば、吸収領域１０の伝導型がｐである場合、電荷層２０２の伝導型はｐである。電荷層２０２が、伝導領域２０１の第２のピークドーピング濃度より高く、吸収領域１０の第１のピークドーピング濃度より低いピークドーピング濃度を伴う。ある実施形態では、電荷層２０２は１０ｎｍから５００ｎｍの間の厚さを伴う。電荷層は、吸収領域１０を横切る電界を低減することができ、それによって、伝導領域２０１を横切る電界を増加させることができる。つまり、吸収領域１０を横切る電界と伝導領域２０１を横切る電界との間の差が存在する。結果として、光検出デバイス１００ｄの速さおよび反応性もより高くなり、光検出デバイス１００ｄの暗電流もより小さくなる。
図２Ａは、ある実施形態による光検出デバイスの断面図を示している。図２Ａにおける光検出デバイス２００ａは、図１Ａにおける光検出デバイス１００ａと同様である。違いが以下に記載されている。第２のドープ領域１０８が基板２０にある。別の言い方をすると、第２のドープ領域１０８の第４のピークドーピング濃度が基板２０に位置する。ある実施形態では、第２のドープ領域１０８は、基板２０の第１の表面２１の下方にあり、吸収領域１０と直接的に接触しており、例えば、第２のドープ領域１０８は、吸収領域１０の側面１３のうちの１つと接触してもよく、または、側面１３のうちの１つと重ねられてもよい。結果として、吸収領域１０から発生させられるキャリアは、吸収領域１０から、吸収領域１０と基板２０との間のヘテロ界面を通じて、第２のドープ領域１０８に向けて移動することができる。第２の電極６０は、基板２０の第１の表面２１上にある。
吸収領域１０の代わりに基板２０に第２のドープ領域１０８を有することで、第２の電極６０と第１の電極３０とは両方とも基板２０の第１の表面２１の上方に形成され得る。そのため、第２の電極６０と第１の電極３０との間の高さの差を縮小することができ、それによって、その後の製作過程がこの設計から恩恵を受けることになる。他にも、光学信号を吸収する吸収領域１０の面積をより大きくすることができる。
図２Ｂは、ある実施形態による光検出デバイスの断面図を示している。図２Ｂにおける光検出デバイス２００ｂは、図２Ａにおける光検出デバイス２００ａと同様である。違いが以下に記載されている。第２のドープ領域１０８は、吸収領域１０の第２の表面１２とも接触し得る、または、第２の表面１２とも重ねられ得る。
図２Ｃは、ある実施形態による光検出デバイスの断面図を示している。図２Ｃにおける光検出デバイス２００ｃは、図２Ｂにおける光検出デバイス２００ｂと同様である。違いが以下に記載されている。吸収領域１０は基板２０全体にわたる。第２のドープ領域１０８の一部が吸収領域１０によって覆われる。ある実施形態では、吸収領域１０によって覆われる第２のドープ領域１０８の幅ｗ２が０．２μｍより大きくなり得る。ある実施形態では、吸収領域１０は幅ｗ１を有する。幅ｗ２は０．５ｗ１以下である。この設計によって、２つの異なる型のキャリアが、吸収領域１０から第１のドープ領域１０２へと、および、吸収領域１０から第２のドープ領域１０８へと、障害なくそれぞれ移動することができる。
図２Ｄは、ある実施形態による光検出デバイスの断面図を示している。図２Ｄにおける光検出デバイス２００ｄは、図２Ａにおける光検出デバイス２００ａと同様である。違いが以下に記載されている。吸収領域１０は基板２０に全体的に埋め込まれている。ある実施形態では、第１のドーパントの段階的なドーピングプロファイルは、第２のドープ領域１０８の近くの側面１３から、伝導領域２０１の近くの側面１３へと徐々に横方向に減少させられる。図２Ｅは、ある実施形態による光検出装置の概略図を示している。光検出装置２００ｅは、ピクセル（符号付けされていない）と、ピクセルに電気的に結合されるカラムバスとを備える。ピクセルは、光検出デバイスと、光検出デバイスおよびカラムバスに電気的に結合される読み取り回路（符号付けされていない）とを備える。光検出デバイスは、例えば図１Ａにおける光検出デバイス１００ａといった、図１Ａ～図１Ｄおよび図２Ａ～図２Ｄにおけるいずれかの光検出デバイスであり得る。ある実施形態では、読み取り回路（符号付けされていない）とカラムバスとは、他の基板に製作されてもよく、ダイ／ウェーハ接合または積み重ねを介して光検出デバイスと一体化／一括実装されてもよい。ある実施形態では、光検出装置２００ｅは、読み取り回路と光検出デバイスとの間に接合層（図示されていない）を備える。接合層は、酸化物、半導体、金属、または合金など、任意の適切な材料を含み得る。
ある実施形態では、読み取り回路は、第１の型を伴う収集されたキャリアを処理するために、第１のドープ領域１０２または第２のドープ領域１０８に電気的に結合され得、また、供給電圧または接地電圧が、第１の型と反対の第２の型を伴う他方のキャリアを除去するために、他方のドープ領域に印加され得る。
例えば、第１のドープ領域１０２がｎ型のものであり、第２のドープ領域１０８がｐ型のものである場合、読み取り回路は、さらなる適用に向けて収集された電子を処理するために、第１のドープ領域１０２に電気的に結合でき、接地電圧が、正孔を除去するために第２のドープ領域１０８に印加され得る。他の例について、読み取り回路は、さらなる処理に向けて収集された正孔を処理するために、第２のドープ領域１０８に電気的に結合されてもよく、供給電圧が、電子を除去するために第１のドープ領域１０２に印加されてもよい。
ある実施形態では、読み取り回路は、リセットゲート、ソースフォロワ、および選択ゲートから成る３つのトランジスタ構成、追加の転送ゲートを含む４つのトランジスタ構成、または、収集された電荷を処理するための任意の適切な回路であり得る。例えば、読み取り回路は、転送トランジスタ１７１Ａと、リセットトランジスタ１４１Ａと、リセットトランジスタ１４１Ａに結合されたコンデンサ１５０Ａと、ソースフォロワ１４２Ａと、行選択トランジスタ１４３Ａとを備える。コンデンサ１５０Ａの例は、限定されることはないが、浮遊拡散コンデンサ、金属－酸化物－金属（ＭＯＭ）コンデンサ、金属－絶縁体－金属（ＭＩＭ）コンデンサ、および金属－酸化物－半導体（ＭＯＳ）コンデンサを含む。
転送トランジスタ１７１Ａは、キャリアを光検出デバイス１００ａからコンデンサ１５０Ａへと転送する。別の言い方をすれば、転送トランジスタ１７１Ａは、切替信号ＴＧ１に応じて光電流ＩＡ１を出力するように構成されている。切替信号ＴＧ１が転送トランジスタ１７１Ａをオンするとき、光電流ＩＡ１が発生させられる。
開始において、リセット信号ＲＳＴは、ＶＤＤへの出力電圧ＶＯＵＴ１をリセットする。次に、切替信号ＴＧ１が転送トランジスタ１７１Ａをオンするとき、光電流ＩＡ１が発生させられ、コンデンサ１５０Ａにおける出力電圧ＶＯＵＴ１は、切替信号ＴＧ１がトランジスタ１７１Ａをオフにするまで低下する。
別のある実施形態では、読み取り回路は、他の基板に製作されてもよく、ダイ／ウェーハ接合または積み重ねを介して光検出デバイス１００ａと一体化／一括実装されてもよい。
ある実施形態では、光検出装置は、１秒間あたり１０００フレーム（１０００ｆｐｓ）以下のフレームレートで動作させられるＣＭＯＳイメージセンサである。
図２Ｆは、ある実施形態による光検出装置の回路の概略図を示している。光検出装置２００ｆは、図２Ｅにおける光検出装置２００ｅと同様である。違いが以下に記載されている。
光検出装置２００ｆの読み取り回路は、転送トランジスタ１７１Ａとコンデンサ１５０Ａとの間に電圧制御トランジスタ１３０Ａをさらに備える。電圧制御トランジスタ１３０Ａは電流バッファとして構成される。明確には、電圧制御トランジスタ１３０Ａの出力端子がコンデンサ１５０Ａの入力端子に結合され、電圧制御トランジスタ１３０Ａの入力端子がトランジスタ１７１Ａの出力端子に結合される。電圧制御トランジスタ１３０Ａの制御端子は制御電圧ＶＣ１に結合される。
電圧制御トランジスタ１３０Ａが転送トランジスタ１７１Ａとコンデンサ１５０Ａとの間に結合されるため、転送トランジスタ１７１Ａの出力端子とコンデンサ１５０Ａの入力端子とは分離されている。電圧制御トランジスタ１３０Ａが閾値下または飽和領域で動作させられるとき、転送トランジスタ１７１Ａの出力端子は、光検出デバイス１００ａによって発生させられる暗電流を低減するために、定電圧ＶＡ１において制御されまたはこの出力端子にバイアスがかけられ得る。
図３Ａは、ある実施形態による光検出デバイスの上面図を示している。図３Ｂは、ある実施形態による図３ＡにおけるＡ－Ａ’の線に沿っての断面図を示している。光検出デバイスは、吸収領域１０と、吸収領域１０を支持する基板２０とを備える。吸収領域１０は、図１Ａにおいて記載されているような吸収領域１０と同様である。基板２０は、図１Ａにおいて記載されているような基板２０と同様である。図３Ａにおける光検出デバイス３００ａと図１Ａにおける光検出デバイス１００ａとの間の違いは、以下に記載されている。光検出デバイス３００ａは、吸収領域１０に電気的に結合されており、ある実施形態では基板２０であるキャリア伝導層に部分的に形成されている第１のスイッチ（符号付けされていない）および第２のスイッチ（符号付けされていない）を備える。第１のスイッチは、制御電極３４０ａを備える制御領域Ｃ１を備える。第１のスイッチは、制御電極３４０ａから分離された読み出し電極３３０ａをさらに備える。第２のスイッチは、制御電極３４０ｂを備える制御領域Ｃ２を備える。第２のスイッチは、制御電極３４０ｂから分離された読み出し電極３３０ｂをさらに備える。ある実施形態では、読み出し電極３３０ａ、３３０ｂおよび制御電極３４０ａ、３４０ｂは、基板２０の第１の表面２１上に形成され、吸収領域１０から分離される。ある実施形態では、読み出し電極３３０ａと読み出し電極３３０ｂとは、吸収領域１０の反対側に配置される。ある実施形態では、制御電極の一方と吸収領域の１つまたは複数の側面との間の最短距離が０．１μｍと２０μｍとの間である。
ある実施形態では、光検出装置は、前述されているような光検出デバイス３００ａを備えるピクセルを備え、ピクセルは、例えば第１の制御信号および第２の制御信号といった２つの制御信号をさらに含み、それらの制御信号は、吸収領域１０における吸収した光子によって発生させられる電子または正孔の移動方向を制御するために、制御領域Ｃ１、Ｃ２をそれぞれ制御する。ある実施形態では、第１の制御信号は第２の制御信号と異なる。例えば、電圧が使用されるとき、制御信号のうちの一方に、他方の制御信号に対してバイアスがかけられる場合、電界が、吸収領域１０におけるのと同様に制御電極３４０ａ、３４０ｂのすぐ下の２つの部分の間において作り出され、吸収領域１０における自由キャリアが、電界の方向に応じて、読み出し電極３３０ｂ、３３０ａのすぐ下の部分のうちの一方に向けてドリフトする。ある実施形態では、第１の制御信号は第１の位相を含み、第２の制御信号は第２の位相を含み、ここで、第１の制御位相は第２の制御位相と重ねられない。ある実施形態では、第１の制御信号は電圧値Ｖで固定され、第２の制御信号は電圧値Ｖ±ΔＶの間で行き来する。ある実施形態では、ΔＶは、例えば０Ｖと３Ｖとの間で動作させられる正弦波信号、クロック信号、またはパルス信号といった、変化する電圧信号によって発生させられる。バイアス値の方向が、吸収領域１０から発生させられるキャリアのドリフト方向を決定する。制御信号は変調信号である。
ある実施形態では、第１のスイッチは読み出し電極３３０ａの下に第１のドープ領域３０２ａを備える。第２のスイッチは読み出し電極３３０ｂの下に第１のドープ領域３０２ｂを備える。ある実施形態では、第１のドープ領域３０２ａ、３０２ｂは、吸収領域１０の伝導型と異なる伝導型のものである。ある実施形態では、第１のドープ領域３０２ａ、３０２ｂは、ドーパントと、ピークドーパント濃度を伴うドーパントプロファイルとを含む。ある実施形態では、第１のドープ領域３０２ａ、３０２ｂのピークドーピング濃度は第２のピークドーピング濃度より高い。ある実施形態では、第１のドープ領域３０２ａ、３０２ｂのピークドーパント濃度は、読み出し電極３３０ａ、３３０ｂの材料と基板２０の材料とに依存し、例えば、５×１０１８ｃｍ－３と５×１０２０ｃｍ－３との間であり得る。第１のドープ領域３０２ａ、３０２ｂは、２つの制御信号の制御に基づいて、吸収領域１０から発生させられる第１の型を伴うキャリアを収集するためのキャリア収集領域である。
ある実施形態では、キャリアの復調およびキャリアの収集など、吸収機能およびキャリア制御機能は、吸収領域１０と、ある実施形態では基板２０であるキャリア伝導層とでそれぞれ動作する。
ある実施形態では、光検出デバイス３００ａは、図１Ａにおける第２のドープ領域１０８および第２の電極６０とそれぞれ同様である第２のドープ領域１０８および第２の電極６０を備え得る。第２のドープ領域１０８は、光検出デバイスの動作の間に第１のドープ領域３０２ａ、３０２ｂによって収集されない、第１の型と反対の第２の型のキャリアを除去するためのものである。ある実施形態では、制御電極３４０ａは、第２の電極６０を通過する軸に関して、制御電極３４０ｂと対称である。ある実施形態では、読み出し電極３３０ａは、第２の電極６０を通過する軸に関して、読み出し電極３３０ｂと対称である。制御電極３４０ａ、３４０ｂ、読み出し電極３３０ａ、３３０ｂ、および第２の電極６０は、すべてキャリア伝導層の第１の表面上に配置される。つまり、制御電極３４０ａ、３４０ｂ、読み出し電極３３０ａ、３３０ｂ、および第２の電極６０は、ある実施形態では基板２０であるキャリア伝導層の同じ側の上にある。
ある実施形態では、光検出デバイス３００ａの基板２０は、図１Ａに記載されているような伝導領域２０１と同様の伝導領域２０１を備える。違いが以下に記載されている。ある実施形態では、光検出デバイス３００ａの断面図から、伝導領域２０１の幅が、２つの読み出し電極３３０ａ、３３０ｂの間の距離より大きくなり得る。ある実施形態では、伝導領域２０１は第１のドープ領域３０２ａ、３０２ｂ全体と重ねられる。ある実施形態では、伝導領域２０１の幅は、２つの読み出し電極３３０ａ、３３０ｂの間の距離より小さくでき、２つの制御電極３４０ａ、３４０ｂの間の距離より大きくできる。ある実施形態では、伝導領域２０１は、第１のドープ領域３０２ａの一部分および第１のドープ領域３０２ｂの一部分と重ねられる。伝導領域２０１が第１のドープ領域３０２ａの一部分および第１のドープ領域３０２ｂの一部分と重ねられるため、吸収領域１０から発生させられる第１の型を伴うキャリアは、伝導領域２０１に制限させることができ、２つの制御信号の制御に基づいて、第１のドープ領域３０２ａ、３０２ｂの一方に向けて移動することができる。例えば、第１のドープ領域３０２ａ、３０２ｂがｎ型のものである場合、伝導領域２０１はｎ型のものであり、第２のドープ領域１０８はｐ型であり、吸収領域１０から発生させられる電子は、伝導領域２０１において制限され、２つの制御信号の制御に基づいて、第１のドープ領域３０２ａ、３０２ｂの一方に向けて移動することができ、正孔は、第２のドープ領域１０８に向けて移動することができ、回路によってさらに除去され得る。
ある実施形態では、光検出装置は、複数の繰り返しのピクセルを含むピクセル配列を備える。ある実施形態では、ピクセル配列は、ピクセルの一次元または二次元の配列であり得る。
比較例による光検出デバイスが、図３Ａにおける光検出デバイス３００ａの構造と実質的に同じ構造を備え、違いは、比較例の光検出デバイスでは、吸収領域１０のドーピング濃度が基板２０の第２のピークドーピング濃度以下であり、ヘテロ界面における第２のドーパントのドーピング濃度が、ヘテロ界面における第１のドーパントのドーピング濃度以上であることである。
比較例による光検出デバイス、および光検出デバイス３００ａの詳細が、表７および表８に列記されている。
Figure 2022539433000008
Figure 2022539433000009
表９および表１０を参照すると、比較例と比べて、光検出デバイス３００ａにおける吸収領域１０の第１のピークドーピング濃度が基板２０の第２のピークドーピング濃度より高いため、光検出デバイス３００ａは、例えば少なくとも１００倍より低いといった、より低い暗電流を有し得る。
Figure 2022539433000010
Figure 2022539433000011
ある実施形態では、電圧が第２の電極６０に印加され得る。ある実施形態では、第２の電極６０に印加される電圧は、第２のドープ領域１０８と制御領域Ｃ１、Ｃ２との間の漏れ電流を低下させることができる。ある実施形態では、電圧は、光検出デバイス３００ａを動作させるときの制御電極３４０ａに印加される電圧と制御電極３４０ｂに印加される電圧との間である。
図４Ａは、ある実施形態による光検出デバイスの上面図を示している。図４Ｂは、ある実施形態による図４ＡにおけるＡ－Ａ’の線に沿っての断面図を示している。図４Ｃは、ある実施形態による図４ＡにおけるＢ－Ｂ’の線に沿っての断面図を示している。図４Ａにおける光検出デバイス４００ａは、図３Ａにおける光検出デバイス３００ａと同様である。違いが以下に記載されている。
図４Ａおよび図４Ｂを参照すると、第２のドープ領域１０８が基板２０にある。別の言い方をすると、第２のドープ領域１０８の第４のピークドーピング濃度が基板２０に位置する。第２のドープ領域１０８は、基板２０の第１の表面２１の下方にあり、吸収領域１０と直接的に接触しており、例えば、第２のドープ領域１０８は、吸収領域１０の側面１３のうちの１つと接触してもよく、または、側面１３のうちの１つと重ねられてもよい。結果として、第１のドープ領域３０２ａ、３０２ｂによって収集されない第２の型を伴うキャリアは、吸収領域１０から、吸収領域１０と基板２０との間のヘテロ界面を通じて、第２のドープ領域１０８に向けて移動することができる。
例えば、第１のドープ領域３０２ａ、３０２ｂがｎ型のものである場合、伝導領域２０１はｎ型のものであり、第２のドープ領域１０８はｐ型であり、吸収領域１０から発生させられる電子は、伝導領域２０１において制限され、２つの制御信号の制御に基づいて、第１のドープ領域３０２ａ、３０２ｂの一方に向けて移動することができ、正孔は、吸収領域１０と基板２０との間のヘテロ界面を通じて第２のドープ領域１０８に向けて移動することができ、回路によってさらに除去され得る。
第２の電極６０は、基板２０の第１の表面２１上にある。吸収領域１０の代わりに基板２０に第２のドープ領域１０８を有することで、第２の電極６０、読み出し電極３３０ａ、３３０ｂ、および制御電極３４０ａ、３４０ｂはすべて基板２０の第１の表面２１の上方において同一平面上に形成され得る。そのため、第２の電極６０および４つ電極３３０ａ、３３０ｂ、３４０ａ、３４０ｂのうちの任意の２つの間の高さの差を縮小することができ、それによって、その後の製作過程がこの設計から恩恵を受けることになる。他にも、光学信号を吸収する吸収領域１０の面積をより大きくすることができる。
図５Ａは、ある実施形態による光検出デバイスの上面図を示している。図５Ｂは、ある実施形態による図５ＡにおけるＡ－Ａ’の線に沿っての断面図を示している。図５Ｃは、ある実施形態による図５ＡにおけるＢ－Ｂ’の線に沿っての断面図を示している。図４Ａにおける光検出デバイス５００ａは、図４Ａにおける光検出デバイス４００ａと同様である。違いが以下に記載されている。読み出し電極３３０ａ、３３０ｂおよび制御電極３４０ａ、３４０ｂは吸収領域１０の同じ側に配置され、これは、キャリアが吸収領域１０から側面１３のうちの１つを通じて外に移動させられるため、光検出デバイス４００ａのコントラスト比を向上させる。ある実施形態では、方向Ｙに沿っての読み出し電極３３０ａ、３３０ｂの間の距離は、方向Ｙに沿っての制御電極３４０ａ、３４０ｂの間の距離より大きくできる。ある実施形態では、方向Ｙに沿っての読み出し電極３３０ａ、３３０ｂの間の距離は、方向Ｙに沿っての制御電極３４０ａ、３４０ｂの間の距離と実質的に同じであり得る。
図６Ａは、ある実施形態による光検出デバイスの上面図を示している。図６Ｂは、ある実施形態による図６ＡにおけるＡ－Ａ’の線に沿っての断面図を示している。図６Ａにおける光検出デバイス６００ａは、図５Ａにおける光検出デバイス５００ａと同様であり、例えば、読み出し電極３３０ａ、３３０ｂおよび制御電極３４０ａ、３４０ｂは吸収領域１０の同じ側に配置されている。違いが以下に記載されている。
図６Ａおよび図６Ｂを参照すると、第２のドープ領域１０８が基板２０にある。別の言い方をすると、第２のドープ領域１０８の第４のピークドーピング濃度が基板２０に位置する。第２のドープ領域１０８は、基板２０の第１の表面２１の下方にあり、吸収領域１０と直接的に接触しており、例えば、第２のドープ領域１０８は、吸収領域１０の側面１３のうちの１つと接触してもよく、または、側面１３のうちの１つと重ねられてもよい。結果として、第１のドープ領域３０２ａ、３０２ｂによって収集されない第２の型を伴うキャリアは、吸収領域１０から、吸収領域１０と基板２０との間のヘテロ界面を通じて、第２のドープ領域１０８に向けて移動することができる。第２の電極６０は、基板２０の第１の表面２１上にある。吸収領域１０は、第２の電極６０と電極３３０ａ、３３０ｂ、３４０ａ、３４０ｂとの間にある。
吸収領域１０の代わりに基板２０に第２のドープ領域１０８を有することで、第２の電極６０および４つの電極３３０ａ、３３０ｂ、３４０ａ、３４０ｂはすべて基板２０の第１の表面２１の上方において同一平面上に形成され得る。そのため、第２の電極６０および４つ電極３３０ａ、３３０ｂ、３４０ａ、３４０ｂのうちの任意の２つの間の高さの差を縮小することができ、それによって、その後の製作過程がこの設計から恩恵を受けることになる。他にも、光学信号を吸収する吸収領域１０の面積をより大きくすることができる。
ある実施形態では、伝導領域２０１は第１のドープ領域３０２ａ、３０２ｂ全体と重ねられ得る。
図６Ｃは、ある実施形態による光検出デバイスの上面図を示している。図６Ｄは、ある実施形態による図６ＣにおけるＡ－Ａ’の線に沿っての断面図を示している。図６Ｅは、ある実施形態による図６ＣにおけるＢ－Ｂ’の線に沿っての断面図を示している。図６Ｃにおける光検出デバイス６００ｃは、図６Ａにおける光検出デバイス６００ａと同様であり、違いが以下に記載されている。光検出デバイス６００ｃは、吸収領域１０と基板２０との間のヘテロ界面の少なくとも一部を覆うために、吸収領域１０と第１のドープ領域３０２ａ、３０２ｂとの間に制限領域１８０をさらに備える。制限領域１８０は、第１のドープ領域３０２ａ、３０２ｂの伝導型と異なる伝導型を有する。ある実施形態では、制限領域１８０は、ピークドーピング濃度を有するドーパントを含む。ピークドーピング濃度は１×１０１６ｃｍ－３以上である。伝導領域２０１は、光キャリアを吸収領域１０から第１のドープ領域３０２ａ、３０２ｂに向けて移動させるために、伝導領域２０１の一部を吸収領域１０と直接的に接触させたままにするように、制限領域１８０を通じて形成される通路１８１を有する。つまり、通路１８１は制限領域１８０によって覆われていない。ある実施形態では、制限領域１８０のピークドーピング濃度は伝導領域２０１の第２のピークドーピング濃度より低い。ある実施形態では、制限領域１８０のピークドーピング濃度は伝導領域２０１の第２のピークドーピング濃度より高い。例えば、光検出デバイスが電子を収集するように構成されるとき、制限領域１８０はｐ型のものであり、第１のドープ領域３０２ａ、３０２ｂはｎ型のものである。光キャリアが吸収領域１０から発生させられた後、正孔は第２のドープ領域１０８および第２の電極６０を通じて除去され、電子は、制限領域１８０によって制限され、吸収領域１０と基板２０との間のヘテロ界面全体から外へ移動する代わりに、吸収領域１０から通路１８１を通じて第１のドープ領域３０２ａ、３０２ｂの一方に向けて移動する。したがって、光検出デバイス６００ｃは、吸収領域１０と第１のドープ領域３０２ａ、３０２ｂとの間に制限領域１８０を含めることで、向上した復調コントラストを有し得る。
図６Ｆは、ある実施形態による光検出デバイスの上面図を示している。図６Ｆにおける光検出デバイス６００ｆは、図６Ｃにおける光検出デバイス６００ｃと同様である。違いは、吸収領域１０の他の側面１３から外へ移動する代わりに、キャリアをさらに制限して吸収領域１０の側面１３のうちの１つにおいて通路１８１を通過させるために、制限領域１８０が吸収領域１０の２つの他の側面１３を覆うように延長させられていることである。ある実施形態では、制限領域１８０のピークドーピング濃度は第２のドープ領域１０８のピークドーピング濃度より低い。ある実施形態では、制限領域１８０および第２のドープ領域１０８は、異なるマスクを使用することなど、２つの異なる製作処理ステップによって形成される。
図６Ｇは、ある実施形態による光検出デバイスの上面図を示している。図６Ｇにおける光検出デバイス６００ｇは、図６Ｆにおける光検出デバイス６００ｆと同様である。違いは、第２のドープ領域１０８が図６Ｆに記載されている制限領域１８０として機能できることである。別の言い方をすれば、第２のドープ領域１０８は、第１のドープ領域３０２ａ、３０２ｂによって収集されないキャリアを除去することと、吸収領域１０から収集されるキャリアを、吸収領域１０の他の側面１３から外へ移動させる代わりに、側面１３のうちの１つにおいて通路１８１を通じて第１のドープ領域３０２ａ、３０２ｂの一方に向けて制限することとの両方が可能である。
図７Ａは、ある実施形態による光検出デバイスの上面図を示している。図７Ｂは、ある実施形態による図７ＡにおけるＡ－Ａ’の線に沿っての断面図を示している。光検出デバイス７００ａは、図３Ａにおける光検出デバイス３００ａと同様である。違いが以下に記載されている。ある実施形態では、光検出デバイスは、吸収領域１０に電気的に結合され、基板２０に部分的に形成されるＮ個のスイッチを備え、ここで、Ｎは３より大きい整数である。例えば、Ｎは３、４、５などであり得る。ある実施形態では、光検出装置のピクセルは、互いと異なるＹ個の制御信号をさらに含み、ここで、３≦Ｙ≦Ｎであり、Ｙは正の整数であり、制御信号の各々は、光検出デバイス７００ａの制御領域のうちの１つまたは複数を制御する。ある実施形態では、制御信号の各々は位相を含み、制御信号のうちの１つの位相は、制御信号のうちの他の制御信号の位相と重ねられない。図７Ａおよび図７Ｂを参照すると、ある実施形態では、光検出デバイス７００ａは、吸収領域１０に電気的に結合され、基板２０に部分的に形成される４個のスイッチ（符号付けされていない）を備える。スイッチの各々は、制御電極３４０ａ、３４０ｂ、３４０ｃ、３４０ｄを備える制御領域Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４を備える。スイッチの各々は、制御電極３４０ａ、３４０ｂ、３４０ｃ、３４０ｄから分離された読み出し電極３３０ａ、３３０ｂ、３３０ｃ、３３０ｄを備える。ある実施形態では、読み出し電極３３０ａ、３３０ｂ、３３０ｃ、３３０ｄおよび制御電極３４０ａ、３４０ｂ、３４０ｃ、３４０ｄは、基板２０の第１の表面２１上に形成され、吸収領域１０から分離される。
ある実施形態では、４個のスイッチは４つの側面１３にそれぞれ配置される。
ある実施形態では、スイッチの各々は、読み出し電極３３０ａ、３３０ｂ、３３０ｃ、３３０ｄの下に第１のドープ領域（図示されていない）を含み、第１のドープ領域は、図３Ａに記載されているような第１のドープ領域３０２ａ、３０２ｂと同様である。
ある実施形態では、光検出装置のピクセルは、吸収領域１０によって発生させられる電子または正孔の移動方向を制御するように、制御領域Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４をそれぞれ制御するための４つの制御信号を含む。例えば、電圧が使用されるとき、制御領域Ｃ１を制御する制御信号に、他の制御信号に対してバイアスがかけられる場合、電界が、吸収領域１０におけるのと同様に制御電極３４０ａ、３４０ｂ、３４０ｃ、３４０ｄのすぐ下の４つの部分の間において作り出され、吸収領域１０における自由キャリアが、電界の方向に応じて、読み出し電極３３０ａ、３３０ｂ、３３０ｃ、３３０ｄの下の第１のドープ領域のうちの１つに向けてドリフトする。ある実施形態では、制御信号の各々が、互いの位相によって重ねられない位相を有する。
ある実施形態では、伝導領域２０１は、長方形または正方形など、任意の適切な形であり得る。
図７Ｃは、ある実施形態による光検出デバイスの上面図を示している。光検出デバイス７００ｃは、図７Ａにおける光検出デバイス７００ａと同様である。違いが以下に記載されている。読み出し電極３３０ａ、３３０ｂ、３３０ｃ、３３０ｄの配置と制御電極３４０ａ、３４０ｂ、３４０ｃ、３４０ｄの配置とは異なる。例えば、４個のスイッチが吸収領域１０の４つの角にそれぞれ配置される。
図７Ｄは、ある実施形態による光検出デバイスの上面図を示している。光検出デバイス７００ｄは、図７Ａにおける光検出デバイス７００ａと同様である。違いが以下に記載されている。光検出デバイス７００ｄは、吸収領域１０に電気的に結合され、基板２０に部分的に形成される８個のスイッチ（符号付けされていない）を備える。同様に、スイッチの各々は、制御電極３４０ａ、３４０ｂ、３４０ｃ、３４０ｄ、３４０ｅ、３４０ｆ、３４０ｇ、３４０ｈを含む制御領域（符号付けされていない）を備え、制御電極３４０ａ、３４０ｂ、３４０ｃ、３４０ｄ、３４０ｅ、３４０ｆ、３４０ｇ、３４０ｈから分離された読み出し電極３３０ａ、３３０ｂ、３３０ｃ、３３０ｄ、３３０ｅ、３３０ｆ、３３０ｇ、３３０ｈを備える。
ある実施形態では、光検出装置は、前述されているような光検出デバイス７００ｄを備えるピクセルを備え、ピクセルは、互いと異なり、光検出デバイス７００ｄの多重スイッチを制御する複数の制御信号を含む。つまり、同じピクセルにおいて、制御信号の数はスイッチの数より小さい。例えば、ピクセルは、互いと異なる２つの制御信号を含むことができ、制御信号の各々はスイッチのうちの２つを制御する。例えば、制御電極３４０ａと制御電極３４０ｂとは、同じ制御信号に電気的に結合され、同じ制御信号によって制御され得る。ある実施形態では、ピクセルは、それぞれのスイッチを制御する複数の制御信号を含み得る。つまり、同じピクセルにおいて、制御信号の数はスイッチの数と等しい。例えば、光検出装置のピクセルは、互いと異なり、光検出デバイス７００ｄのそれぞれのスイッチを制御する８つの制御信号を含む。
図７Ｅは、ある実施形態による光検出デバイスの上面図を示している。光検出デバイス７００ｅは、図７Ｄにおける光検出デバイス７００ｄと同様である。違いが以下に記載されている。読み出し電極３３０ａ、３３０ｂ、３３０ｃ、３３０ｄ、３３０ｅ、３３０ｆ、３３０ｇ、３３０ｈの配置と制御電極３４０ａ、３４０ｂ、３４０ｃ、３４０ｄ、３４０ｅ、３４０ｆ、３４０ｇ、３４０ｈの配置とは異なる。例えば、８個のスイッチのうちの１つおきのスイッチが吸収領域１０の４つの角にそれぞれ配置される。伝導領域２０１は、限定されることはないが、八角形であり得る。
図８Ａは、ある実施形態による光検出デバイスの上面図を示している。図８Ｂは、ある実施形態による図８ＡにおけるＡ－Ａ’の線に沿っての断面図を示している。図８Ａにおける光検出デバイス８００ａは、図７Ａにおける光検出デバイス７００ａと同様である。違いが以下に記載されている。第２のドープ領域１０８が基板２０にある。別の言い方をすると、第２のドープ領域１０８の第４のピークドーピング濃度が基板２０に位置する。ある実施形態では、第２のドープ領域１０８は、互いから分離され、吸収領域１０と直接的に接触している複数の小領域１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ、１０８ｄを備え、例えば、小領域１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ、１０８ｄは、吸収領域１０の側面１３の少なくとも一部と接触し得る、または重ねられ得る。結果として、吸収領域１０から発生させられ、第１のドープ領域によって収集されないキャリアは、吸収領域１０から、吸収領域１０と基板２０との間のヘテロ界面を通じて、小領域１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ、１０８ｄのうちの１つまたは複数に向けて移動することができる。ある実施形態では、収集されるキャリアの経路が吸収領域１０から第１のドープ領域のうちの１つに向けて移動するのを妨げるのを回避するために、小領域１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ、１０８ｄが吸収領域１０と任意のスイッチの第１のドープ領域との間にない。例えば、ある実施形態では、吸収領域１０から小領域１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ、１０８ｄのうちの１つまたは複数に向けて移動する正孔の経路と、吸収領域１０から第１のドープ領域のうちの１つに向けて移動する電子の経路とが異なるように、小領域１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ、１０８ｄは吸収領域１０の４つの角にそれぞれ配置され、４個のスイッチは４つの側面１３にそれぞれ配置される。
ある実施形態では、第２の電極６０は、小領域１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ、１０８ｄにそれぞれ電気的に結合される副電極６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄを備える。副電極６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄは基板２０の第１の表面２１上に配置される。
吸収領域１０の代わりに基板２０に第２のドープ領域１０８を有することで、副電極６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄ、読み出し電極３３０ａ、３３０ｂ、３３０ｃ、３３０ｄ、および制御電極３４０ａ、３４０ｂ、３４０ｃ、３４０ｄはすべて基板２０の第１の表面２１の上方において同一平面上にあり得る。そのため、副電極６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄ、読み出し電極３３０ａ、３３０ｂ、３３０ｃ、３３０ｄ、および制御電極３４０ａ、３４０ｂ、３４０ｃ、３４０ｄのうちの任意の２つの間の高さの差を縮小することができ、それによって、その後の製作過程がこの設計から恩恵を受けることになる。他にも、光学信号を吸収する吸収領域１０の面積をより大きくすることができる。
図８Ｃは、ある実施形態による光検出デバイスの上面図を示している。図８Ｃにおける光検出デバイス８００ｃは、図８Ａにおける光検出デバイス８００ａと同様である。違いが以下に記載されている。読み出し電極３３０ａ、３３０ｂ、３３０ｃ、３３０ｄの配置と制御電極３４０ａ、３４０ｂ、３４０ｃ、３４０ｄの配置とは異なり、副電極６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄの配置は異なり、小領域１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ、１０８ｄの配置は異なる。例えば、４個のスイッチが吸収領域１０の４つの角にそれぞれ配置され、小領域１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ、１０８ｄおよび副電極６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄが吸収領域１０のそれぞれの側面１３に配置される。
図８Ｄは、ある実施形態による光検出デバイスの上面図を示している。光検出デバイス８００ｄは、図８Ａにおける光検出デバイス８００ａと同様である。違いが以下に記載されている。光検出デバイス８００ｄは、吸収領域１０に電気的に結合され、基板２０に部分的に形成される８個のスイッチ（符号付けされていない）を備え、これは、図７Ｄにおける光検出デバイス７００ｄと同様である。光検出装置のピクセルは、図７Ｄに記載されているような複数の制御信号も含む。
図８Ｅは、ある実施形態による光検出デバイスの上面図を示している。光検出デバイス８００ｅは、図８Ｄにおける光検出デバイス８００ｄと同様である。違いが以下に記載されている。読み出し電極３３０ａ、３３０ｂ、３３０ｃ、３３０ｄ、３３０ｅ、３３０ｆ、３３０ｇ、３３０ｈの配置と制御電極３４０ａ、３４０ｂ、３４０ｃ、３４０ｄ、３４０ｅ、３４０ｆ、３４０ｇ、３４０ｈの配置とは異なり、副電極６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄの配置は異なり、小領域１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ、１０８ｄの配置は異なる。例えば、８個のスイッチのうちの１つおきのスイッチが吸収領域１０の４つの角にそれぞれ配置され、小領域１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ、１０８ｄおよび副電極６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄが吸収領域１０のそれぞれの側面１３に配置される。
図９Ａは、ある実施形態による光検出装置の概略図を示している。光検出装置９００ａは、ピクセル（符号付けされていない）と、ピクセルに電気的に結合されるカラムバスとを備える。ピクセルは、光検出デバイスと、光検出デバイスおよびカラムバスに電気的に結合される複数の読み取り回路（符号付けされていない）とを備える。光検出デバイスは、図３Ａ～図３Ｂ、図４Ａ～図４Ｃ、図５Ａ～図５Ｃ、図６Ａ～図６Ｇ、図７Ａ～図７Ｅ、および図８Ａ～図８Ｅに記載されているような任意の光検出デバイスであり得る。例えば、図３Ｂにおける光検出デバイス３００ａは図９Ａに示されている。読み取り回路の各々は、図２Ｅに記載されているような読み取り回路と同様である。違いが以下に記載されている。読み取り回路の各々は、第１の型のキャリアを処理するために、光検出デバイスのスイッチのそれぞれの第１のドープ領域に電気的に結合される。例えば、第１のドープ領域がｎ型のものである場合、読み取り回路は、さらなる用途のために、それぞれの第１のドープ領域から収集された電子を処理する。
読み取り回路の数はスイッチの数と同じである。つまり、光検出デバイスは、吸収領域１０に電気的に結合され、基板２０に部分的に形成されたＮ個のスイッチを備え、光検出装置のピクセルは、光検出デバイスに電気的に結合されたＺ個の読み取り回路をさらに備え、ここで、Ｚ＝Ｎである。例えば、図３Ａ～図３Ｂ、図４Ａ～図４Ｃ、図５Ａ～図５Ｃ、図６Ａ～図６Ｇにおける光検出デバイスのスイッチの数は４個であり、読み取り回路の数は２個である。他の例については、図７Ａ～図７Ｃ、および図８Ａ～図８Ｃにおける光検出デバイスのスイッチの数は２個であり、読み取り回路の数は４個である。他の例については、図７Ｄ～図７Ｅ、および図８Ｄ～図８Ｅにおける光検出デバイスのスイッチの数は８個であり、読み取り回路の数は８個である。
図９Ｂは、ある実施形態による光検出装置の概略図を示している。光検出装置９００ｂは、図９Ａにおける光検出装置９００ａと同様である。違いが以下に記載されている。図２Ｆに記載されているような読み取り回路と同様に、光検出装置９００ｂの読み取り回路は、光検出デバイス３００ａの第１／第２のスイッチとコンデンサ１５０Ａとの間に電圧制御トランジスタ１３０Ａをさらに備える。
図１０Ａは、ある実施形態による光検出デバイスの断面図を示している。光検出デバイスは、吸収領域１０と、吸収領域１０を支持する基板２０とを備える。吸収領域１０は、図１Ａにおいて記載されているような吸収領域１０と同様である。基板２０は、図１Ａにおいて記載されているような基板２０と同様である。図１０Ａにおける光検出デバイス１０００ａと図１Ａにおける光検出デバイス１００ａとの間の違いは、以下に記載されている。ある実施形態では、光検出デバイス１０００ａは、吸収領域１０から分離された第１の接触領域２０４を基板２０においてさらに備える。光検出デバイス１０００ａは、第２の接触領域１０３を吸収領域１０にさらに備える。
ある実施形態では、第２の接触領域１０３は伝導型のものである。第１の接触領域２０４は、第２の接触領域１０３の伝導型と異なる伝導型のものである。ある実施形態では、第２の接触領域１０３は、吸収領域１０の第１のピークドーピング濃度より高いピークドーピング濃度を有するドーパントを含み、例えば、１×１０１８ｃｍ－３から５×１０２０ｃｍ－３の範囲であり得る。ある実施形態では、第１の接触領域２０４は、基板２０の第２のドーパントの第２のピークドーピング濃度より高いピークドーピング濃度を有するドーパントを含み、例えば、１×１０１８ｃｍ－３から５×１０２０ｃｍ－３の範囲であり得る。ある実施形態では、第２の接触領域１０３は、基板２０の第１の表面２１に対して実質的に垂直な方向Ｄ１に沿って第１の接触領域２０４上に配置されない。
光検出デバイスは、第１の接触領域２０４に結合される第１の電極１４０と、第２の接触領域１０３に結合される第２の電極１６０とを備える。第２の電極１６０は、吸収領域１０の第１の表面１１上にある。第１の電極１４０は、基板２０の第１の表面２１上にある。ある実施形態では、光検出デバイス１０００ａの基板２０は、図１Ａに記載されているような伝導領域２０１と同様の伝導領域２０１を備える。
ある実施形態では、光検出デバイス１０００ａは、基板２０において第３の接触領域２０８をさらに備える。ある実施形態では、第３の接触領域２０８は第２の接触領域１０３と第１の接触領域２０４との間にある。第３の接触領域２０８は、第２の接触領域１０３の伝導型と同じ伝導型のものである。第３の接触領域２０８は、第１の接触領域２０４の伝導型と異なる伝導型を含む。ある実施形態では、第３の接触領域２０８は、伝導領域２０１の第２のピークドーピング濃度より高いピークドーピング濃度を有するドーパントを含み、例えば、１×１０１８ｃｍ－３と５×１０２０ｃｍ－３との間であり得る。
ある実施形態では、基板２０の第１の表面２１と、ピークドーパント濃度を有する第１の接触領域２０４の場所との間の距離が、３０ｎｍより小さい。ある実施形態では、基板２０の第１の表面２１と、ピークドーパント濃度を有する第３の接触領域２０８の場所との間の距離が、３０ｎｍより小さい。
ある実施形態では、第３の接触領域２０８は伝導領域２０１と全体的に重ねられ得る。第３の接触領域２０８と第１の接触領域２０４とは両方とも基板２０の第１の表面２１の下方にある。
ある実施形態では、光検出デバイスは、第３の接触領域２０８に電気的に結合された第３の電極１３０をさらに備える。第３の電極１３０と第１の電極１４０とは基板２０の第１の表面２１において同一平面上に形成され、したがって、第３の電極１３０と第１の電極１４０との間の高さの差を縮小させることができ、これはその後の製作過程に恩恵を与える。
光検出デバイス１０００ａは、光検出デバイス１０００ａに電気的に結合される回路、および／または、光検出デバイス１０００ａの動作方法に応じて、ロックインピクセルまたはアバランシェフォトトランジスタであり得る。
例えば、光検出デバイス１０００ａがロックインピクセルとして供する場合、第３の接触領域２０８および第１の接触領域２０４はスイッチと見なすことができる。読み取り回路は、第１の電極１４０を通じて第１の接触領域２０４に電気的に結合され、変調信号である制御信号が、スイッチのオンオフ状態を制御するために第３の電極１３０を通じて第３の接触領域２０８に電気的に結合され、電圧または接地が、第１の接触領域２０４によって収集されないキャリアを除去するために、第２の接触領域１０３に印加されてもよい。ロックインピクセルは間接ＴＯＦシステムに含まれ得る。
ある実施形態では、光検出デバイス１０００ａがアバランシェフォトトランジスタとして供する場合、第３の接触領域２０８と第１の接触領域２０４との間の、キャリアが通過する基板２０の一部または伝導領域２０１の一部は、光検出デバイス１０００ａの動作の間、増倍領域Ｍとして供する。増倍領域では、光キャリアは衝突イオン化を通じて追加の電子および正孔を発生させ、これがアバランシェ倍増の連鎖反応を開始させる。結果として、光検出デバイス１００ａはゲインを有する。ある実施形態では、基板２０は吸収領域１０を支持し、同時にキャリアをアバランシェ増倍で増幅することができる。ある実施形態では、第３の接触領域２０８は電荷領域であり得る。アバランシェフォトトランジスタは直接ＴＯＦシステムに含まれ得る。
図１０Ａにおける電子を収集することができる光検出デバイス１０００ａを動作させるための方法は、第１の全電流を発生させ、第１の電極１４０と第３の電極１３０との間に逆方向バイアスがかけられたｐｎ接合を形成するために、第１の電圧を第１の電極１４０に印加し、第２の電圧を第２の電極１６０に印加し、第３の電圧を第３の電極１３０に印加するステップと、第１の全電流より大きい第２の全電流を発生させるために、吸収領域１０において入射光線を受信するステップとを含む。
ある実施形態では、第１の電圧は第２の電圧より大きい。ある実施形態では、第３の電圧は第１の電圧と第２の電圧との間である。
ある実施形態では、第１の全電流は第１の電流と第２の電流とを含む。第１の電流は第１の電極１４０から第３の電極１３０へと流れる。第２の電流は第１の電極１４０から第２の電極１６０へと流れる。
ある実施形態では、第２の全電流は第３の電流を含む。第３の電流は第１の電極１４０から第２の電極１６０へと流れる。
ある実施形態では、第２の全電流は第３の電流と第４の電流とを含む。第４の電流は第１の電極１４０から第３の電極１３０へと流れる。
ある実施形態では、第１の電極に印加される第２の電圧は、例えば０ボルトである。
ある実施形態では、第３の電圧は、光キャリアを、吸収領域１０から、増倍領域へと、つまり、基板２０の一部へと、または、第３の接触領域２０８と第１の接触領域２０４との間の伝導領域２０１の一部へと掃引するために選択され得る。ある実施形態では、第２の電圧と第３の電圧との間の電圧差は、光キャリアを増倍するように、吸収領域１０から基板２０における増倍領域への光キャリアの移動を容易にするために、第１の電圧と第３の電圧との間の電圧差より小さい。例えば、第２の電極１６０に印加される第２の電圧が０ボルトであるとき、第３の電極１３０に印加される第３の電圧は１Ｖであり、第１の電極１４０に印加される第１の電圧は７Ｖであり得る。
ある実施形態では、第１の電圧と第３の電圧との間の電圧差は光検出デバイス１０００ａのアバランシェ降伏電圧より小さく、そのアバランシェ降伏電圧において、光検出デバイス１０００ａは、増倍領域を線形モードで動作させるために、アバランシェ増倍の連鎖反応を開始させる。
ある実施形態では、第１の電圧と第３の電圧との間の電圧差は光検出デバイス１０００ａのアバランシェ降伏電圧より大きく、そのアバランシェ降伏電圧において、光検出デバイス１０００ａは、増倍領域をガイガーモードで動作させるために、アバランシェ増倍の連鎖反応を開始させる。
ある実施形態では、第１の接触領域２０４によって収集されたキャリアは、光検出デバイス１０００ａに電気的に結合された回路によってさらに処理され得る。
ある実施形態では、第１の接触領域２０４によって収集されなかったキャリアは、第２の接触領域１０３に向けて移動することができ、光検出デバイス１０００ａに電気的に結合された回路によってさらに除去され得る。
同様に、吸収領域１０、およびある実施形態では基板２０であるキャリア伝導層の濃度および材料の設計によって、光検出デバイス１０００ａはより低い暗電流を有し得る。
図１０Ｂは、ある実施形態による光検出デバイスの上面図を示している。図１０Ｃは、ある実施形態による図１０ＢにおけるＡ－Ａ’の線に沿っての断面図を示している。図１０Ｂにおける光検出デバイス１０００ｂは、図１０Ａにおける光検出デバイス１０００ａと同様である。違いが以下に記載されている。好ましくは、光検出デバイス１０００ｂはアバランシェフォトトランジスタとして供する。光検出デバイス１０００ｂは、基板２０と一体化された修正要素２０３をさらに備える。修正要素２０３は、増倍が基板２０において起こる位置を修正するためのものである。ある実施形態では、修正要素２０３の抵抗は、増倍が基板２０において起こる位置を修正するように、基板２０の抵抗より高い。したがって、より多くのキャリアが、最も強い電界が位置し、アバランシェ増倍ゲインを増加させる場所を通過することができる。
例えば、修正要素２０３は、基板２０の第１の表面２１に形成されたトレンチである。トレンチは、キャリアが基板２０の定められた領域を通過するのを阻止することができ、それによって、キャリアが通過する基板２０における領域を縮小する。トレンチは深さを有し、基板２０の厚さに対する深さの比は１０％から９０％の間であり得る。第１の接触領域２０４は、第１の電極１４０に電気的に結合されるように、トレンチにおいて露出される。ある実施形態では、トレンチの幅は、第１の接触領域２０４の幅に対して、より大きくてもよく、実質的に等しくてもよく、またはより小さくてもよい。ある実施形態では、トレンチの幅は、キャリアを第１の接触領域２０４の隣の高電界領域を通過させるように、第１の接触領域２０４の幅より大きくなり得る。
修正要素２０３によって、例えば電子といったキャリアは、第１の接触領域２０４の隣の領域など、最も強い電界が位置する増倍領域を通過させられ、これによってアバランシェ増倍ゲインを増加させる。
ある実施形態では、第１の電極１４０はトレンチに形成される。高さの差は、第３の電極１３０と第１の電極１４０との間である。
ある実施形態では、伝導領域２０１は、第３の接触領域２０８から分離され得るか、第３の接触領域２０８の一部と重ねられ得るか、第３の接触領域２０８全体と重ねられ得るか、トレンチの角と接し得るか、または、第１の接触領域２０４と部分的に重ねられ得る。
ある実施形態では、絶縁材料がトレンチに充填され得る。
図１０Ｄは、ある実施形態による光検出デバイスの上面図を示している。図１０Ｅは、ある実施形態による図１０ＤにおけるＡ－Ａ’の線に沿っての断面図を示している。図１０Ｆは、ある実施形態による図１０ＤにおけるＢ－Ｂ’の線に沿っての断面図を示している。図１０Ｄにおける光検出デバイス１０００ｄは、図１０Ｂにおける光検出デバイス１０００ｂと同様である。違いが以下に記載されている。ある実施形態では、基板２０の第１の表面２１と、ピークドーパント濃度を有する第３の接触領域２０８の場所との間の距離が、３０ｎｍより大きい。ある実施形態では、光検出デバイス１０００ｄは、基板２０の第１の表面２１に形成され、第３の接触領域２０８を露出させる凹部２０５をさらに備える。第３の電極１３０は、第３の接触領域２０８に電気的に結合されるために、凹部２０５に形成される。基板２０の第１の表面２１と、ピークドーパント濃度を有する第３の接触領域２０８の場所との間の距離が、３０ｎｍより大きくなるため、第３の接触領域２０８と第１の接触領域２０４との間の距離がより短くなり、これは、より多くのキャリアに最も強い電界が位置する場所を通過させるように、キャリアの移動経路をさらに制限する。したがって、アバランシェ増倍ゲインがさらに向上させられる。ある実施形態では、絶縁材料が凹部２０５に充填され得る。第１の電極は相互接続部またはプラグを備え得る。
図１０Ｇは、ある実施形態による光検出デバイスの断面図を示している。図１０Ｇにおける光検出デバイス１０００ｇは、図１０Ｄにおける光検出デバイス１０００ｄと同様である。違いが以下に記載されている。ある実施形態では、光検出デバイス１０００ｇは、複数の第３の接触領域２０８と、複数の第１の接触領域２０４とを備える。第３の接触領域２０８と複数の第１の接触領域２０４とは千鳥配置になっている。この設計によって、複数の増倍領域が複数の第３の接触領域２０８と複数の第１の接触領域２０４との間に形成でき、光検出デバイス１０００ｄと比較して、より均一な電界プロファイルを提供する。また、キャリアは、基板２０の第１の表面２１に対して実質的に垂直な方向Ｄ１に沿って主にドリフトし、これは、垂直方向の移動距離が通常はより短くなるため、光検出デバイス１０００ｇの速さを増加させる。
ある実施形態では、第２の接触領域１０３は、基板２０の第１の表面２１に対して実質的に垂直な方向Ｄ１に沿って第１の接触領域２０４上に配置される。ある実施形態では、２つの最も外側の第３の接触領域２０８の間の最大距離ｄ２が伝導領域２０１の幅ｗ３より大きく、これは、吸収領域１０から発生させられたキャリアを、基板２０における他の望ましくない領域へと移動させる代わりに、複数の第３の接触領域２０８と複数の第１の接触領域２０４との間の複数の増倍領域を通過させる。
ある実施形態では、複数の第３の接触領域２０８は互いから分離され得る。ある実施形態では、複数の第１の接触領域２０４は互いから分離され得る。ある実施形態では、複数の第３の接触領域２０８は連続した領域であり得る。ある実施形態では、複数の第１の接触領域２０４は連続した領域であり得る。
ある実施形態では、第１の接触領域２０４は、第１の平面（図示されていない）の上からの視界において、互いと噛み合った配置であり得る。ある実施形態では、第３の接触領域２０８は、第１の平面と異なる第２の平面（図示されていない）の上からの視界において、互いと噛み合った配置であり得る。
ある実施形態では、１つまたは複数の第３の電極１３０は、別の平面から切り取られた光検出デバイス１０００ｇの別の断面図から、ビアなどの任意の適切な構造を通じて第３の接触領域２０８に電気的に結合され得る。ある実施形態では、１つまたは複数の第１の電極１４０は、別の平面から切り取られた光検出デバイス１０００ｇの別の断面図から、ビアなどの任意の適切な構造を通じて第１の接触領域２０４に電気的に結合され得る。
図１０Ｈは、ある実施形態による光検出デバイスの断面図を示している。図１０Ｈにおける光検出デバイス１０００ｈは、図１０Ａにおける光検出デバイス１０００ａと同様である。違いが以下に記載されている。
光検出デバイス１０００ｈは、基板２０において、伝導領域２０１と部分的に重ねられ得る中間ドープ領域２１０をさらに備える。中間ドープ領域２１０は、第３の接触領域２０８の伝導型と同じ伝導型のものである。中間ドープ領域２１０は、第３の接触領域２０８のピークドーピング濃度より低いピークドーピング濃度を有するドーパントを含み、例えば、１×１０１６ｃｍ－３と１×１０１８ｃｍ－３との間であり得る。
光検出デバイス１０００ｈは、基板２０に下方ドープ領域２１２をさらに備える。下方ドープ領域２１２は、第１の接触領域２０４の伝導型と同じ伝導型のものである。下方ドープ領域２１２は、第１の接触領域２０４のピークドーピング濃度より低いピークドーピング濃度を有するドーパントを含み、例えば、１×１０１８ｃｍ－３と１×１０２０ｃｍ－３との間であり得る。
中間ドープ領域２１０は、基板２０の第１の表面２１に対して実質的に垂直な方向に沿って、下方ドープ領域２１２と第２の接触領域１０３との間にある。ある実施形態では、下方ドープ領域２１２のピークドーピング濃度が存在する位置は、中間ドープ領域２１０のピークドーピング濃度が存在する位置より深い。
ある実施形態では、第３の接触領域２０８の深さは第１の接触領域２０４の深さより小さい。深さは、基板２０の第１の表面２１に対して実質的に垂直な方向に沿って基板２０の第１の表面２１から測定される。深さは、ドーパントのドーパントプロファイルが１×１０１５ｃｍ－３などの特定の濃度に達する位置までである。
増倍領域Ｍが、光検出デバイス１０００ｈの動作の間、下方ドープ領域２１２と中間ドープ領域２１０との間に形成され得る。増倍領域Ｍは、１つまたは複数の電荷キャリアを中間ドープ領域２１０から受信し、１つまたは複数の追加の電荷キャリアを発生させるように構成される。増倍領域Ｍは、第１の表面２１に対して直角であり、吸収領域１０において発生させられる１つまたは複数のキャリアからの１つまたは複数の追加の電荷キャリアの発生には十分である厚さを有する。増倍領域Ｍの厚さは、例えば１００～５００ナノメートル（ｎｍ）の間の範囲であり得る。厚さは、アバランシェ降伏に達するための増倍領域Ｍの電圧降下を決定することができる。例えば、１００ｎｍの厚さは、増倍領域Ｍにおいてアバランシェ降伏に達するために必要とされる約５～６ボルトの電圧降下に相当する。他の例では、３００ｎｍの厚さは、増倍領域Ｍにおいてアバランシェ降伏に達するために必要とされる約１３～１４ボルトの電圧降下に相当する。
ある実施形態では、第３の接触領域２０８の形、第１の接触領域２０４の形、第３の電極１３０の形、および第１の電極１４０の形は、限定されることはないが、輪であり得る。
図１０Ｃにおける光検出デバイス１０００ｂと比較して、光検出デバイス１０００ｈにおける増倍領域Ｍが基板２０のバルク領域に形成でき、これは、図１０Ｃにおいて記載されたトレンチ表面に存在し得る欠陥を回避する。結果として、暗電流がさらに低減される。さらに、第３の電極１３０と第１の電極１４０との間の高さの差を縮小することができ、それによって、その後の製作過程がこの設計から恩恵を受けることになる。
図１０Ｉは、ある実施形態による光検出デバイスの断面図を示している。図１０Ｉにおける光検出デバイス１０００ｉは、図１０Ｈにおける光検出デバイス１０００ｈと同様である。違いが以下に記載されている。基板２０は、基礎部分２０ａと、上方部分２０ｂと、中間部分２０ｃとを備える。中間部分２０ｃは基礎部分２０ａと上方部分２０ｂとの間にある。吸収領域１０、第２の接触領域１０３、および伝導領域２０１は上方部分２０ｂにある。第３の接触領域２０８は中間部分２０ｃにある。第１の接触領域２０４は基礎部分２０ａにある。上方部分２０ｂは、中間部分２０ｃの幅より小さい幅を有し、第３の接触領域２０８は第３の電極１３０に電気的に結合されるように露出される。中間部分２０ｃは、基礎部分２０ａの幅より小さい幅を有し、第１の接触領域２０４は第１の電極１４０に電気的に結合されるように露出される。
中間ドープ領域２１０は中間部分２０ｃにある。下方ドープ領域２１２は基礎部分２０ａにある。図１０Ｃにおける光検出デバイス１０００ｂと比較して、光検出デバイス１０００ｈにおける増倍領域Ｍが中間部分２０ｃのバルク領域に形成でき、これは、図１０Ｃにおいて記載されたトレンチ表面に存在し得る欠陥を回避する。結果として、暗電流がさらに低減される。
図１１Ａは、ある実施形態による光検出デバイスの断面図を示している。図１１Ａにおける光検出デバイス１１００ａは、図１０Ａにおける光検出デバイス１０００ａと同様である。違いが以下に記載されている。
第２の接触領域１０３が基板２０にある。別の言い方をすると、第２の接触領域１０３のピークドーピング濃度が基板２０に位置する。ある実施形態では、第２の接触領域１０３は、基板２０の第１の表面２１の下方にあり、吸収領域１０と直接的に接触しており、例えば、第２の接触領域１０３は、第３の接触領域２０８および／または第１の接触領域２０４の反対である吸収領域１０の側面１３のうちの１つと接触してもよく、または、側面１３のうちの１つと重ねられてもよい。結果として、吸収領域１０から発生させられるキャリアは、吸収領域１０から、吸収領域１０と基板２０との間のヘテロ界面を通じて、第２の接触領域１０３に向けて移動することができる。第２の電極１６０は、基板２０の第１の表面２１上にある。
吸収領域１０の代わりに基板２０に第２の接触領域１０３を有することで、第２の電極１６０、第１の電極１４０、および第３の電極１３０はすべて基板２０の第１の表面２１の上方において同一平面上に形成され得る。そのため、第２の電極１６０、第３の電極１３０、および第１の電極１４０のうちの任意の２つの間の高さの差を縮小することができ、それによって、その後の製作過程がこの設計から恩恵を受けることになる。他にも、光学信号を吸収する吸収領域１０の面積をより大きくすることができる。
図１１Ｂは、ある実施形態による光検出デバイスの上面図を示している。図１１Ｃは、ある実施形態による図１１ＢにおけるＡ－Ａ’の線に沿っての断面図を示している。図１１Ｂにおける光検出デバイス１１００ｂは、図１１Ａにおける光検出デバイス１１００ａと同様である。違いが以下に記載されている。光検出デバイス１１００ｂは、基板２０と一体化された修正要素２０３をさらに備える。修正要素２０３は、図１０Ｂおよび図１０Ｃに記載されているように、修正要素２０３と同様である。
図１１Ｄは、ある実施形態による光検出デバイスの上面図を示している。図１１Ｅは、ある実施形態による図１１ＤにおけるＡ－Ａ’の線に沿っての断面図を示している。図１１ＤにおけるＢ－Ｂ’の線に沿っての断面図は、図１０Ｆと同じである。図１１Ｄにおける光検出デバイス１１００ｄは、図１１Ｂにおける光検出デバイス１１００ｂと同様である。違いが以下に記載されている。第３の接触領域２０８は、図１０Ｄおよび図１０Ｅにおける第３の接触領域２０８と同様である。加えて、光検出デバイス１１００ｄは、図１０Ｄおよび図１０Ｆに記載されているような凹部２０５と同様の凹部２０５をさらに備え、第３の電極１３０は、第３の接触領域２０８に電気的に結合されるために、凹部２０５に形成される。
図１２Ａは、ある実施形態による光検出デバイスの断面図を示している。図１２Ａにおける光検出デバイス１２００ａは、図１０Ｃにおける光検出デバイス１０００ｂと同様である。違いが以下に記載されている。光検出デバイスの断面図から、光検出デバイス１２００ａは、２つの第３の接触領域２０８と、２つの第１の接触領域２０４と、２つの第３の電極１３０と、２つの第１の電極１４０とを備える。第３の接触領域２０８は吸収領域１０の２つの反対側に配置され、２つの第３の電極１３０はそれぞれの第３の接触領域２０８に電気的に結合される。第１の接触領域２０４は吸収領域１０の２つの反対側に配置され、第１の電極１４０はそれぞれの第１の接触領域２０４に電気的に結合される。第３の接触領域２０８同士の間の距離は第１の接触領域２０４の距離より小さい。基板２０は、基板２０の定められた領域を通過する入射光学信号を案内および／または制限するために、吸収領域１０と関連付けられた導波路２０６をさらに備える。例えば、導波路２０６は、２つのトレンチ２０７によって定められた隆起であり得る。隆起は吸収領域１０の幅より大きい幅を有する。入射光学信号は隆起２０６に沿って制限されて伝搬することができる。トレンチは、図１０Ｂおよび図１０Ｃにおいて言及されたトレンチと同様であり得、図１０Ｂおよび図１０Ｃにおいて言及されたような修正要素２０３であってもよい。例えば、キャリアは、トレンチの各々の角の近くの領域など、最も強い電界が位置する増倍領域を通過させられ、これによってアバランシェ増倍ゲインを増加させる。図１０Ｂおよび図１０Ｃと同様に、第１の接触領域２０４の各々は、それぞれの第１の電極１４０に電気的に結合されるために、それぞれのトレンチ２０６において露出される。
図１２Ｂは、ある実施形態による光検出デバイスの断面図を示している。図１２Ｂにおける光検出デバイス１２００ｂは、図１２Ａにおける光検出デバイス１１００ａと同様である。違いが以下に記載されている。第３の接触領域２０８は、図１０Ｄおよび図１０Ｅにおける第３の接触領域２０８と同様である。例えば、基板２０の第１の表面２１と、ピークドーパント濃度を有する第３の接触領域２０８の各々の場所との間の距離が、３０ｎｍより大きい。
図１２Ｃは、ある実施形態による光検出デバイスの断面図を示している。図１２Ｃにおける光検出デバイス１２００ｃは、図１０Ｇにおける光検出デバイス１０００ｇと同様である。違いが以下に記載されている。光検出デバイス１２００ｃは、基板２０と一体化された導波路２０６をさらに備え、導波路２０６は、図１２Ａに記載された導波路２０６と同様である。
図１３Ａは、ある実施形態による光検出デバイスの断面図を示している。光検出デバイスは、吸収領域１０と、吸収領域１０を支持する基板２０とを備える。吸収領域１０は、図１Ａにおいて記載されているような吸収領域１０と同様である。基板２０は、図１Ａにおいて記載されているような基板２０と同様である。図１３Ａにおける光検出デバイス１３００ａと図１Ａにおける光検出デバイス１００ａとの間の違いは、以下に記載されている。
光検出デバイス１３００ａは、コレクタ領域１３０２と、コレクタ領域１３０２と分離されたエミッタ領域１３０４とを備える。ある実施形態では、コレクタ領域１３０２は吸収領域１０にある。エミッタ領域１３０４は、吸収領域１０の外側にあり、基板２０にある。コレクタ領域１３０２は、吸収領域１０から発生した増幅した光キャリアを収集するためのものである。コレクタ領域１３０２は伝導型のものである。エミッタ領域１３０４は、コレクタ領域１３０２の伝導型と同じ伝導型のものである。吸収領域１０の伝導型はコレクタ領域１３０２の伝導型と同じである。例えば、吸収領域１０の伝導型はｐ型であり、コレクタ領域１３０２の伝導型およびエミッタ領域１３０４の伝導型はｐ型である。ある実施形態では、コレクタ領域１３０２は、ドーパントを含み、吸収領域１０の第１のピークドーピング濃度より高いピークドーパント濃度を伴うドーパントプロファイルを有し、例えば、５×１０１８ｃｍ－３から５×１０２０ｃｍ－３の範囲であり得る。
ある実施形態では、エミッタ領域１３０４は、ドーパントを含み、基板２０の第２のドーパントの第２のピークドーピング濃度より高いピークドーパント濃度を伴うドーパントプロファイルを有し、例えば、１×１０１７ｃｍ－３から５×１０１８ｃｍ－３の範囲であり得る。
光検出デバイス１３００ａは、コレクタ領域１３０２に電気的に結合された第１の電極１３３０と、エミッタ領域１３０４に電気的に結合された第２の電極１３４０とを備える。第１の電極１３３０はコレクタ電極として供する。第２の電極１３４０はエミッタ電極として供する。
ある実施形態では、図１Ａに記載されている伝導領域と同様に、伝導領域（図示されていない）が、ある実施形態では基板２０であるキャリア伝導層に形成され得る。伝導領域２０１はエミッタ領域１３０４と吸収領域１０との間にある。ある実施形態では、伝導領域２０１は、吸収領域１０から発生させられてエミッタ領域１３０４に向けて移動するキャリアの経路を制限するために、吸収領域１０およびエミッタ領域１３０４と部分的に重ねられる。ある実施形態では、伝導領域２０１は、基板２０の第１の表面２１に対して実質的に垂直な方向に沿って基板２０の第１の表面２１から測定される深さを有する。深さは、第２のドーパントのドーパントプロファイルが１×１０１５ｃｍ－３などの特定の濃度に達する位置までである。
同様に、吸収領域１０、およびある実施形態では基板２０であるキャリア伝導層の濃度および材料の設計によって、光検出デバイス１３００ａはより低い暗電流を有し得る。
ある実施形態では、光検出デバイス１３００ａを動作させるための方法が、吸収領域１０と基板２０との間に逆方向バイアスがかけられたＰＮ接合を発生させ、基板２０とエミッタ領域１３０４との間に順方向バイアスがかけられたＰＮ接合を発生させるステップと、増幅した光電流を発生させるために吸収領域１０において入射光線を受信するステップとを含む。
例えば、光検出デバイス１３００ａは、ｐドープのエミッタ領域１３０４と、ｎドープの基板２０と、ｐドープの吸収領域１０と、ｐドープのコレクタ領域１３０２とを備え得る。ｐドープのエミッタ領域１３０４とｎドープの基板２０との間のＰＮ接合には、正孔電流がｎドープの基板２０へと放出されるように順方向バイアスがかけられる。ｐドープの吸収領域１０とｎドープの基板２０との間のＰＮ接合には、放出された正孔電流が第１の電極１３３０によって収集されるように逆方向バイアスがかけられる。光線（例えば、９４０ｎｍ、１３１０ｎｍ、または任意の適切な波長における光線）が光検出デバイス１３００ａに入射したとき、電子および正孔を含む光キャリアは吸収領域１０において発生させられる。光で発生した正孔は第１の電極１３３０によって収集される。光で発生した電子はｎドープの基板２０に向けて方向付けられ、これは、電荷の中立性のため、順方向バイアスを増加させる。増加した順方向バイアスは、第１の電極１３３０によって収集された正孔電流をさらに増加させ、光検出デバイス１３００ａによって発生させられた増幅した正孔電流をもたらす。
したがって、コレクタ領域１３０２によって収集された第２の電気信号は、吸収領域１０によって発生させられた第１の電気信号より大きく、それによって、光検出デバイス１３００ａはゲインを伴い、延いては向上した信号対雑音比を伴う。
ある実施形態では、正孔を収集することができる光検出デバイス１３００ａを動作させるための方法が、第２の電極１３４０から第１の電極１３３０へと流れる第１の電流を発生させるために、第１の電圧Ｖ１を第１の電極１３３０に印加し、第２の電圧Ｖ２を第２の電極１３４０に印加するステップであって、第２の電圧Ｖ２は第１の電圧Ｖ１より高い、ステップと、吸収領域１０が入射光線から光キャリアを発生させた後、第２の電極１３４０から第１の電極１３３０へと流れる第２の電流を発生させるために、吸収領域１０において入射光線を受信するステップであって、第２の電流は第１の電流より大きい、ステップとを含む。
ある実施形態では、正孔を収集することができる光検出デバイス１３００ａを動作させるための方法が、エミッタ領域１３０４と基板２０との間に順方向バイアスを形成して第１の正孔電流を形成するために、第２の電圧Ｖ２を第２の電極１３４０に印加し、基板２０と吸収領域１０との間に逆方向バイアスを形成して第１の正孔電流の一部分を収集するために、第１の電圧を第１の電極１３３０に印加するステップであって、第２の電圧Ｖ２は第１の電圧Ｖ１より高い、ステップと、電子および正孔を含む光キャリアを発生させるために吸収領域１０において入射光線を受信するステップと、第２の正孔電流を発生させるために光キャリアの正孔の一部分を増幅させるステップと、コレクタ領域１３０２によって第２の正孔電流の一部分を収集するステップであって、第２の正孔電流は第１の正孔電流より大きい、ステップとを含む。
図１３Ｂは、ある実施形態による光検出デバイスの断面図を示している。図１３Ｂにおける光検出デバイス１３００ｂは、図１３Ａにおける光検出デバイス１３００ａと同様である。違いが以下に記載されている。光検出デバイスは、基礎領域１３０８と、基礎領域１３０８に電気的に結合された第３の電極１３６０とをさらに備える。第３の電極１３６０は基礎電極として供する。ある実施形態では、基礎領域１３０８はコレクタ領域１３０２とエミッタ領域１３０４との間にある。基礎領域１３０８は、コレクタ領域１３０２の伝導型と異なる伝導型のものである。ある実施形態では、基礎領域１３０８は基板２０にある。
ある実施形態では、基礎領域１３０８は、ドーパントを含み、基板２０の第２のドーパントの第２のピークドーピング濃度より高いピークドーパント濃度を伴うドーパントプロファイルを有し、例えば、１×１０１７ｃｍ－３から５×１０１８ｃｍ－３の範囲であり得る。
第３の電極１３６０は、基礎接触領域１３０８にバイアスをかけるためのものである。ある実施形態では、第３の電極１３６０は、反対の型を伴い、光検出デバイス１３００ｂの動作の間に第１の電極１３３０によって収集されない光キャリアを除去するためのものである。例えば、光検出デバイス１３００ｂが、回路などによってさらに処理される正孔を収集するように構成される場合、第３の電極１３６０は電子を除去するためのものである。そのため、光検出デバイス１３００ｂは向上した信頼性を有し得る。
ある実施形態では、正孔を収集することができる光検出デバイス１３００ｂを動作させるための方法が、エミッタ領域１３０４と基板２０との間に順方向バイアスを形成して第１の正孔電流を形成するために、第２の電圧Ｖ２を第２の電極１３４０に印加し、基板２０と吸収領域１０との間に逆方向バイアスを形成して第１の正孔電流の一部分を収集するために、第１の電圧を第１の電極１３３０に印加するステップであって、第２の電圧Ｖ２は第１の電圧Ｖ１より高い、ステップと、光検出デバイスの基礎接触領域１３０８に電気的に結合される第３の電極６０に第３の電圧を印加するステップと、電子および正孔を含む光キャリアを発生させるために吸収領域１０において入射光線を受信するステップと、第２の正孔電流を発生させるために光キャリアの正孔の一部分を増幅させるステップと、コレクタ領域１３０２によって第２の正孔電流の一部分を収集するステップとを含み、第３の電圧Ｖ３は第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２との間である。
逆方向バイアスが、コレクタ領域１３０２と基礎領域１３０８との間のｐｎ接合を横切って形成され、順方向バイアスが、エミッタ領域１３０４と基礎領域１３０８との間のｐｎ接合を横切って形成される。ある実施形態では、第３の電圧Ｖ３を第３の電極１３６０に印加するステップと、第１の電圧Ｖ１を第１の電極１３３０に印加し、第２の電圧Ｖ２を第２の電極１３４０に印加するステップとは、同時に動作させられる。
ある実施形態では、第３の電極１３６０、第１の電極１３３０、および第２の電極１３４０の配置と、基礎領域１３０８、コレクタ領域１３０２、およびエミッタ領域１３０４の配置とは異なり得る。例えば、ある実施形態では、第２の電極１３４０は第１の電極１３３０と第３の電極１３６０との間にある。エミッタ領域１３０４はコレクタ領域１３０２と基礎領域１３０８との間にある。
図１４Ａは、ある実施形態による光検出デバイスの一部分の断面図を示している。光検出デバイスは、以前に記載されているいずれかの光検出デバイスであり得る。光検出デバイスは、吸収領域１０の第１の表面１１上に保護層１４００をさらに備える。ある実施形態では、保護層１４００は基板２０の第１の表面２１の一部分をさらに覆い、読み出し電極３３０ａ、３３０ｂおよび制御電極３４０ａ、３４０ｂは、保護層１４００の第１の表面１４０１上にあってもよいし、第１の表面１４０１上になくてもよい。ある実施形態では、吸収領域１０は基板２０の第１の表面２１から突出させられ、保護層１４００は、基板２０から露出された吸収領域１０の側面１３をさらに覆う。つまり、保護層１４００は、図１４Ｂに示されているように、吸収領域１０および基板２０に共形で形成され得る。ある実施形態では、第２の電極６０は、読み出し電極３３０ａ、３３０ｂおよび制御電極３４０ａ、３４０ｂが形成され得る保護層１４００の表面より高い保護層１４００の表面に形成される。ある実施形態では、制御電極３４０ａ、３４０ｂ、読み出し電極３３０ａ、３３０ｂ、および第２の電極６０は、すべてキャリア伝導層の第１の表面上に配置される。つまり、制御電極３４０ａ、３４０ｂ、読み出し電極３３０ａ、３３０ｂ、および第２の電極６０は、ある実施形態では保護層１４００であるキャリア伝導層の同じ側の上にあり、これは、その後の後部の製作過程にとって有益である。
保護層１４００は、アモルファスシリコン、ポリシリコン、エピタキシャルシリコン、酸化アルミニウム（例えばＡｌｘＯｙ）、酸化シリコン（例えばＳｉｘＯｙ）、Ｇｅ酸化物（例えばＧｅｘＯｙ）、ゲルマニウムシリコン（例えばＧｅＳｉ）、窒化ケイ素族（例えばＳｉｘＮｙ）、ｈｉｇｈ－ｋ材料（例えばＨｆＯｘ、ＺｎＯｘ、ＬａＯｘ、ＬａＳｉＯｘ）、およびそれらの組み合わせを含み得る。保護層１４００の存在は様々な効果を有し得る。例えば、保護層１４００は、吸収領域１０への表面保護層として供することができ、これは、吸収領域１０の露出された表面において起こった欠陥によって発生させられる暗電流または漏れ電流を低減することができる。ある実施形態では、保護層１４００は２０ｎｍから１００ｎｍの間の厚さを有し得る。図１４Ｂは、ある実施形態による光検出デバイスの第２のドープ領域１０８を通る線に沿っての断面図を示している。ある実施形態では、第２のドープ領域１０８または第２の接触領域１０３などの吸収領域１０におけるドープ領域の一部が、保護層１４００の対応する一部分に形成され得る。つまり、第２のドープ領域１０８または第２の接触領域１０３などのドープ領域のドーパントは、吸収領域１０とそれぞれの電極との間の保護層１４００の対応する部分にあり得る。
図１４Ｃは、ある実施形態による光検出デバイスの上面図を示している。図１４Ｄは、ある実施形態による図１４ＣにおけるＡ－Ａ’の線に沿っての断面図を示している。図１４Ｅは、ある実施形態による図１４ＣにおけるＢ－Ｂ’の線に沿っての断面図を示している。図１４Ｃにおける光検出デバイス１４００ｃは、図３Ａにおける光検出デバイス３００ａと同様である。違いが以下に記載されている。吸収領域１０は完全に基板２０に埋め込まれている。光検出デバイス１４００ｃは吸収領域１０および基板２０に保護層１４００を備え、保護層１４００は、図１４Ａに記載されている保護層１４００と同様である。ある実施形態では、保護層１４００の厚さは１００ｎｍから５００ｎｍの間であり得る。読み出し電極３３０ａ、３３０ｂおよび制御電極３４０ａ、３４０ｂは、保護層１４００の第１の表面１４０１上にあり、吸収領域１０から分離される。ある実施形態では、読み出し電極３３０ａ、３３０ｂ、制御電極３４０ａ、３４０ｂ、および第２の電極６０は、保護層１４００において同一平面上に形成され、そのため、電極同士の間の高さの差は縮小され得る。キャリア伝導層は基板２０の代わりに保護層１４００にある。つまり、ヘテロ界面が保護層１４００と吸収領域１０との間にある。ある実施形態では、吸収領域１０の第１の表面１１は保護層１４００と少なくとも部分的に直接的に接触しており、そのため、ヘテロ界面が吸収領域１０と保護層１４００との間に形成される。基板２０は、真性であり得、図１Ａにおける記載に限定されなくてもよい。
ある実施形態では、第２のドープ領域１０８は、図３Ａに記載されている第２のドープ領域１０８と同様である。違いが以下に記載されている。第２のドープ領域１０８は保護層１４００および吸収領域１０にある。ある実施形態では、第２のドープ領域１０８は、第２の型を伴うキャリアを案内して、第２の電極６０に向けて移動させるように、および、回路によってさらに除去させるように、保護層１４００の厚さ以上の深さを有する。深さは、保護層１４００の第１の表面１４０１に対して実質的に垂直な方向に沿って保護層１４００の第１の表面１４０１から測定される。深さは、第４のドーパントのドーパントプロファイルが１×１０１５ｃｍ－３などの特定の濃度に達する位置までである。
図１Ａにおける光検出デバイス１００ａと同様に、ある実施形態では、吸収領域１０と、ある実施形態では保護層１４００であるキャリア伝導層との間のヘテロ界面における第１のドーパントのドーピング濃度は、１×１０１６ｃｍ－３以上である。ある実施形態では、ヘテロ界面における第１のドーパントのドーピング濃度は、１×１０１６ｃｍ－３と１×１０２０ｃｍ－３との間、または、１×１０１７ｃｍ－３と１×１０２０ｃｍ－３との間であり得る。ある実施形態では、ヘテロ界面における第２のドーパントのドーピング濃度は、ヘテロ界面における第１のドーパントのドーピング濃度より低い。ある実施形態では、ヘテロ界面における第２のドーパントのドーピング濃度は１×１０１２ｃｍ－３と１×１０１７ｃｍ－３との間である。
ある実施形態では、第１のドーパントの段階的なドーピングプロファイルの濃度は、第１のドープ領域３０２ａ、３０２ｂがｎ型のものである場合には電子などのキャリアの移動を容易にするように、第２の表面１２から吸収領域１０の第１の表面１１へと徐々に低減させられる。
ある実施形態では、第１のスイッチ（符号付けされていない）および第２のスイッチ（符号付けされていない）は、ある実施形態では保護層１４００であるキャリア伝導層に部分的に形成される。ある実施形態では、第１のドープ領域３０２ａ、３０２ｂは保護層１４００にある。ある実施形態では、第１のドープ領域３０２ａ、３０２ｂの第３のピークドーピング濃度は保護層１４００にある。
ある実施形態では、第１のドープ領域３０２ａ、３０２ｂの各々の深さは保護層１４００の厚さより小さい。深さは、保護層１４００の第１の表面１４０１から、ドーパントプロファイルが１×１０１５ｃｍ－３などの特定の濃度に達する位置まで測定される。
ある実施形態では、キャリアの復調およびキャリアの収集など、吸収機能およびキャリア制御機能は、吸収領域１０と、ある実施形態では保護層１４００であるキャリア伝導層とでそれぞれ動作する。
ある実施形態では、伝導領域２０１は、ある実施形態では保護層１４００であるキャリア伝導層に形成され得る。伝導領域２０１は、図３Ａに記載されている伝導領域２０１と同様であり得、そのような伝導領域２０１は、保護層１４００における第１のドープ領域３０２ａ、３０２ｂの一部分と重ねられる。違いが以下に記載されている。ある実施形態では、伝導領域２０１は、第１の型を伴うキャリアを制限および案内して、第１のドープ領域３０２ａ、３０２ｂの一方に向けて移動させるように、保護層１４００の厚さ以上の深さを有する。深さは、保護層１４００の第１の表面１４０１に対して実質的に垂直な方向に沿って保護層１４００の第１の表面１４０１から測定される。深さは、第２のドーパントのドーパントプロファイルが１×１０１５ｃｍ－３などの特定の濃度に達する位置までである。
ある実施形態では、吸収領域１０の幅が、２つの制御電極３４０ａ、３４０ｂの間の距離より小さく、これは、２つの制御電極３４０ａ、３４０ｂの間の漏れ電流を低減することができる。図１４Ｆは、ある実施形態による光検出デバイスの断面図を示している。図１４Ｆにおける光検出デバイス１４００ｆは、図１４Ｅにおける光検出デバイス１４００ｅと同様である。違いが以下に記載されている。吸収領域１０は基板２０に部分的に埋め込まれている。保護層１４００は、吸収領域１０の露出された側面１３を覆うために、吸収領域１０および基板２０に共形で形成される。伝導領域２０１は、吸収領域１０を包囲することができる、または、吸収領域１０の表面の全部と重ねることができ、つまり、吸収領域１０の第１の表面１１、第２の表面１２、および全部の側面１３と重ねることができる。
ある実施形態では、第１のドープ領域３０２ａ、３０２ｂの各々の深さは保護層１４００の厚さより大きい。深さは、保護層１４００の第１の表面１４０１から、ドーパントプロファイルが１×１０１５ｃｍ－３などの特定の濃度に達する位置まで測定される。ある実施形態では、第１のドープ領域３０２ａ、３０２ｂの各々の深さは保護層１４００の厚さより小さい。深さは、保護層１４００の第１の表面１４０１から、ドーパントプロファイルが１×１０１５ｃｍ－３などの特定の濃度に達する位置まで測定される。
図１４Ｇは、ある実施形態による光検出デバイスの上面図を示している。図１４Ｈは、ある実施形態による図１４ＧにおけるＡ－Ａ’の線に沿っての断面図を示している。図１４Ｉは、ある実施形態による図１４ＧにおけるＢ－Ｂ’の線に沿っての断面図を示している。図１４Ｇにおける光検出デバイス１４００ｇは、図１４Ｃにおける光検出デバイス１４００ｃと同様である。違いが以下に記載されている。第２のドープ領域１０８が基板２０にある。別の言い方をすると、第２のドープ領域１０８の第４のピークドーピング濃度が基板２０に位置する。ある実施形態では、第２のドープ領域１０８は、保護層１４００の第１の表面１４０１の下方にあり、吸収領域１０と直接的に接触しており、例えば、第２のドープ領域１０８は、吸収領域１０の側面１３のうちの１つと接触してもよく、または、側面１３のうちの１つと重ねられてもよい。結果として、吸収領域１０から発生させられるキャリアは、吸収領域１０から、吸収領域１０と基板２０との間のヘテロ界面を通じて、第２のドープ領域１０８に向けて移動することができる。第２の電極６０は、保護層１４００の第１の表面１４０１上にある。
図１４Ｊは、ある実施形態による光検出デバイスの上面図を示している。図１４Ｋは、ある実施形態による図１４ＪにおけるＡ－Ａ’の線に沿っての断面図を示している。図１４Ｌは、ある実施形態による図１４ＪにおけるＢ－Ｂ’の線に沿っての断面図を示している。図１４Ｊにおける光検出デバイス１４００ｊは、図１４Ｇにおける光検出デバイス１４００ｇと同様である。違いが以下に記載されている。ある実施形態では、伝導領域２０１の幅は２つの制御電極３４０ａ、３４０ｂの間の距離より小さい。第２のドープ領域１０８は吸収領域１０の少なくとも一部分を包囲することができる。第２のドープ領域１０８は、吸収領域１０における光で発生した電荷が基板２０に達するのを阻止することができ、これは、光検出デバイス１４００ｊの光で発生したキャリアの収集効率を増加させる。第２のドープ領域１０８は、基板２０における光で発生した電荷が吸収領域１０に達するのを阻止することもでき、これは、光検出デバイス１４００ｊの光で発生したキャリアの速さを増加させる。第２のドープ領域１０８は、吸収領域１０の材料と同じ材料、基板２０の材料と同じ材料、吸収領域１０の材料と基板２０の材料との組み合わせの材料、または、吸収領域１０の材料および基板２０の材料と異なる材料を含み得る。ある実施形態では、第２のドープ領域１０８の形は、限定されることはないが輪であり得る。ある実施形態では、第２のドープ領域１０８は、光検出装置の２つの隣接するピクセルの間のクロストークを低減することができる。ある実施形態では、第２のドープ領域１０８は、基板２０の第１の表面２１に達するように延びる。
図１５Ａは、２つの端子を伴うゲイン構成要素１５００ａを示している。ゲイン構成要素１５００ａは、軽度ドープ領域１５１０（例えばｎ領域であり、例えばｌｅ１４～ｌｅ１７ｃｍ－３）と、エミッタ領域１５２０と、コレクタ領域１５３０とを備える。
コレクタ領域１５３０はキャリアを収集するためのものであり、コレクタ電極（Ｃ）に結合される。コレクタ領域１５３０は、重度ｐドープ（ｐ＋＋、例えばｌｅ１８～ｌｅ２１ｃｍ－３）などの伝導型のものである。エミッタ領域１５２０はキャリアを放出するためのものであり、エミッタ電極（Ｅ）に結合される。エミッタ領域１５２０は、重度ｐドープ（ｐ＋＋）などの伝導型のものである。
軽度ドープ領域１５１０、エミッタ領域１５２０、コレクタ領域１５３０の材料はケイ素、ゲルマニウム、ケイ素－ゲルマニウム、またはＩＩＩ－Ｖ材料であり得る。
ゲイン構成要素１５００ａによって受信される光キャリアを増幅するための方法が、第１の電圧（例えば、正の電圧）をエミッタ電極Ｅに印加するステップと、第２の電圧（例えば、接地）をコレクタ電極Ｃに印加するステップであって、それによって、順方向バイアスが、エミッタ領域１５２０と軽度ドープ領域１５１０との間のｐｎ接合を横切って作り出され、逆方向バイアスが、電気信号（例えば、正孔電流）をエミッタから収集するためにコレクタ領域１５３０と軽度ドープ領域１５１０との間のｐｎ接合を横切って作り出される、ステップと、エミッタ領域１５２０と軽度ドープ領域１５１０との間の順方向バイアスを増加させる、軽度ドープ領域１５１０において第１の型のキャリア（例えば、ゲイン構成要素１５００ａの外側からの電子）を受信するステップと、増幅した電気信号（例えば、増幅した正孔電流）として、コレクタ領域１５３０によってエミッタ領域１５２０から放出される第２の型のキャリア（例えば、正孔）を収集するステップとを含む。
結果として、ゲイン構成要素は、軽度ドープ領域における受信したキャリアに基づいて、増幅した電気信号をコレクタ領域に提供し、これは信号対雑音比を向上させる。
図１５Ｂは、エミッタ領域１５２０が中度ドープ領域１５４０（例えばｎ＋領域であり、例えばｌｅ１６～ｌｅ１９ｃｍ－３）によって包囲されているゲイン構成要素１５００ｂの別の実施を示している。
図１５Ｃは、コレクタ領域１５３０が中度ドープ領域１５４０（例えばｎ＋領域であり、例えばｌｅ１６～ｌｅ１９ｃｍ－３）によって包囲されているゲイン構成要素１５００ｃの別の実施を示している。
図１５Ｄは、エミッタ領域１５２０およびコレクタ領域１５３０が中度ドープ領域（例えばｎ＋領域であり、例えばｌｅ１６～ｌｅ１９ｃｍ－３）によって包囲されているゲイン構成要素１５００ｄの別の実施を示している。
図１６Ａは、３つの端子を伴うゲイン構成要素１６００ａを示している。ゲイン構成要素１６００ａは、軽度ドープ領域１６１０（例えば、ｎ領域）と、エミッタ領域１６２０と、基礎領域１６４０と、コレクタ領域１６３０とを備える。
コレクタ領域１６３０はキャリアを収集するためのものであり、コレクタ電極（Ｃ）に結合される。コレクタ領域１６３０は、重度ｐドープ（ｐ＋＋）などの伝導型のものである。基礎領域１６４０は基礎電極（Ｂ）に結合され、重度ｎドープ（ｎ＋＋）などの伝導型のものである。エミッタ領域１６２０はキャリアを放出するためのものであり、エミッタ電極（Ｅ）に結合される。エミッタ領域１６２０は、重度ｐドープ（ｐ＋＋）などの伝導型のものである。
軽度ドープ領域１６１０、エミッタ領域１６２０、基礎領域１６４０、およびコレクタ領域１６３０の材料はケイ素、ゲルマニウム、ケイ素－ゲルマニウム、またはＩＩＩ－Ｖ材料であり得る。
ゲイン構成要素によって受信される光キャリアを増幅するための方法が、順方向バイアスがかけられたｐｎ接合を形成するために、エミッタ電極Ｅと基礎電極Ｂとの間に第１の電圧差を確立するステップと、逆方向バイアスがかけられたｐｎ接合を形成するために、コレクタ電極Ｃと基礎電極Ｂとの間に第２の電圧差を確立するステップと、軽度ドープ領域１６１０において第１の型のキャリア（例えば、ゲイン構成要素１６００ａの外側からの電子）を受信するステップと、別の順方向バイアスがかけられたｐｎ接合を形成するために、第１の電圧差を増加させるステップと、増幅した電気信号として、コレクタ領域１６３０によってエミッタ領域１６２０から放出される第２の型のキャリア（例えば、正孔）を収集するステップとを含む。
結果として、ゲイン構成要素１６００ａは、軽度ドープ領域１６１０における受信したキャリアに基づいて、増幅した電気信号をコレクタ領域１６３０に提供し、これは信号対雑音比を向上させる。
図１６Ｂは、エミッタ領域１６２０および基礎領域１６４０が中度ドープ領域１６５０（例えば、ｎ＋領域）によって包囲されているゲイン構成要素１６００ｂの別の実施を示している。
図１６Ｃは、コレクタ領域１６３０および基礎領域１６４０が中度ドープ領域１６５０（例えば、ｎ＋領域）によって包囲されているゲイン構成要素１６００ｃの別の実施を示している。
図１６Ｄは、エミッタ領域１６２０、基礎領域１６４０、およびコレクタ領域１６３０が中度ドープ領域１６５０（例えば、ｎ＋領域）によって包囲されているゲイン構成要素１６００ｄの別の実施を示している。
図１７Ａは、軽度ドープ領域１７１０（例えば、ｎ－Ｓｉ）と、吸収領域１７２０（例えば、ｐ－Ｇｅ）と、ゲイン構成要素１７３０（例えば、Ｓｉ）とを備えるＣＭＯＳイメージセンサ１７００ａ（または光検出装置）を示している。ゲイン構成要素１７３０は、図１５Ａ～図１５Ｄおよび図１６Ａ～図１６Ｄに記載されているような２つの端子または３つの端子のゲイン構成要素であり得る。
吸収領域１７２０または軽度ドープ領域１７１０は、ＩＩＩ－Ｖ族の半導体材料（例えば、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ、ＧａＳｂ／ＩｎＡｓ、またはＩｎＳｂ）、ＩＶ族の元素（例えば、Ｇｅ、Ｓｉ、またはＳｎ）を含む半導体材料、ＳｉｘＧｅｙＳｎ１－ｘ－ｙ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）、Ｇｅ１－ａＳｎａ（０≦ａ≦０．１）、またはＧｅ１－ｘＳｉｘ（０≦ｘ≦０．１）などの化合物であり得る。
ある実施形態では、軽度ドープ領域１７１０（例えば、ｎ－Ｓｉ）のバンドギャップが吸収領域１７２０（例えば、ｐ－Ｇｅ）のバンドギャップより大きい。ゲイン構成要素１７３０は、増幅した電気信号を発生させるために光キャリアを収集するためのものである。吸収領域１７２０は、第１のピークドーピング濃度を有する第１のドーパントを含む。軽度ドープ領域１７１０は、ＣＭＯＳイメージセンサ１７００ａの暗電流を低減させるために（例えば、１０ｐＡ未満）、第１のピークドーピング濃度より小さい第２のピークドーピング濃度を有する第２のドーパントを含む。
第１のピークドーピング濃度は１×１０１７ｃｍ－３と１×１０２０ｃｍ－３との間であり得る。ある実施形態では、第２のピークドーピング濃度に対する第１のピークドーピング濃度の比は、ＣＭＯＳイメージセンサ１７００ａが低暗電流（例えば、１０ｐＡ以下）および高量子効率を示すように、１０以上である。吸収領域１７２０は階調ドーピングプロファイルを有することができ、第１のピークドーピングは、吸収領域１７２０と軽度ドープ領域１７１０との間の境界面から遠くにある。
吸収領域１７２０は、電圧（例えば、接地）に結合された重度ドープ領域１７２２（例えば、ｐ＋＋）を備え得る。軽度ドープ領域１７１０は第１の型の光キャリア（例えば、電子）を受信することができ、重度ドープ領域１７２２は第２の型の光キャリア（例えば、正孔）を受信することができる。
ゲイン構成要素１７３０によって受信された光キャリアを増幅するための方法が、第１の型および第２の型（例えば、電子および正孔）を有する光キャリアを発生させるために、吸収領域１７２０（例えば、ｐ－Ｇｅ）において光信号を受信するステップと、第１の型の光キャリア（例えば、電子）をゲイン領域１７３０へと操縦するステップと、第２の型（例えば、正孔）を有する増幅した電気信号を発生させるステップとを含む。
それによって、ＣＭＯＳイメージセンサ１７００ａは、光学信号に基づいて、増幅した電気信号を提供し、信号対雑音比を向上させる。
ある実施では、光線吸収領域は異なる材料１７５０（例えば、ポリＳｉ）によって、（点線で示されているように）覆われ得る。
図１７ＢはＣＭＯＳセンサ１７００ｂの実施を示しており、光線吸収領域１７２０は軽度ドープ領域１７１０に部分的に埋め込まれている。
図１７ＣはＣＭＯＳセンサ１７００ｃの実施を示しており、光線吸収領域１７２０は軽度ドープ領域１７１０に完全に埋め込まれている。
図１７Ａと同様に、図１８Ａは、軽度ドープ領域１８１０（例えば、ｎ－Ｓｉ）と、吸収領域１８２０（例えば、ｐ－Ｇｅ）と、ゲイン構成要素１８３０（例えば、Ｓｉ）とを備えるＣＭＯＳイメージセンサ１８００ａを示している。ゲイン構成要素１８３０は、図１５Ａ～図１５Ｄおよび図１６Ａ～図１６Ｄに記載されているような２つの端子または３つの端子のゲイン構成要素であり得る。
軽度ドープ領域１８１０は、電圧（例えば、接地）に結合された重度ドープ領域１８２２（例えば、ｐ＋＋）を備え得る。軽度ドープ領域１８１０は、第１の型の光キャリア（例えば、電子）と第２の型の光キャリア（例えば、正孔）との両方を受信することができる。第１の型の光キャリアがゲイン構成要素１８３０へと方向付けられる一方で、第２の型の光キャリアは重度ドープ領域１８２２によって収集される。
ゲイン構成要素１８３０によって受信された光キャリアを増幅するための方法が、第１の型および第２の型（例えば、電子および正孔）を有する光キャリアを発生させるために、吸収領域１８２０（例えば、ｐ－Ｇｅ）において光信号を受信するステップと、第１の型の光キャリア（例えば、電子）をゲイン領域１８３０へと操縦するステップと、第２の型（例えば、正孔）を有する増幅した電気信号を発生させるステップとを含む。
それによって、ＣＭＯＳイメージセンサ１８００ａは、光学信号に基づいて、増幅した電気信号を提供し、信号対雑音比を向上させる。
ある実施では、光線吸収領域１８２０は異なる材料（例えば、ポリＳｉ）によって、（点線で示されているように）覆われ得る。
図１８ＢはＣＭＯＳセンサ１８００ｂの実施を示しており、光線吸収領域は軽度ドープ領域１８１０に部分的に埋め込まれている。
図１８ＣはＣＭＯＳセンサ１８００ｃの実施を示しており、光線吸収領域は軽度ドープ領域１８１０に完全に埋め込まれている。
図１９Ａは、ゲインを伴う光検出装置１９００ａを示している。光検出装置１９００ａは、軽度ドープ領域１９１０（例えば、ｎ－Ｓｉ）と、吸収領域１９２０（例えば、ｐ－Ｇｅ）と、２つのゲイン構成要素１９３０ａおよび１９３０ｂと、制御端子（Ｍ１およびＭ２）と各々が結合される２つの制御領域１９４０ａおよび１９４０ｂ（ｐ＋＋として示されているが、非ドープまたは軽度ドープされ得る）とを備える。ゲイン構成要素１９３０ａ、１９３０ｂは、図１５Ａ～図１５Ｄおよび図１６Ａ～図１６Ｄに記載されているような２つの端子または３つの端子のゲイン構成要素であり得る。
吸収領域１９２０または軽度ドープ領域１９１０は、ＩＩＩ－Ｖ族の半導体材料（例えば、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ、ＧａＳｂ／ＩｎＡｓ、またはＩｎＳｂ）、ＩＶ族の元素（例えば、Ｇｅ、Ｓｉ、またはＳｎ）を含む半導体材料、ＳｉｘＧｅｙＳｎ１－ｘ－ｙ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）、またはＧｅ１－ａＳｎａ（０≦ａ≦０．１）などの化合物であり得る。
ある実施形態では、軽度ドープ領域１９１０（例えば、ｎ－Ｓｉ）のバンドギャップが吸収領域１９２０（例えば、ｐ－Ｇｅ）のバンドギャップより大きい。ゲイン構成要素１９３０ａ、１９３０ｂは、増幅した電気信号を発生させるために光キャリアを収集するためのものである。吸収領域１９２０は、第１のピークドーピング濃度を有する第１のドーパントを含む。軽度ドープ領域１９１０は、光検出装置１９００ａの暗電流を低減させるために（例えば、１０ｐＡ未満）、第１のピークドーピング濃度より小さい第２のピークドーピング濃度を有する第２のドーパントを含む。
第１のピークドーピング濃度および第２のピーク濃度は、図１７Ａに記載されている例と同様であり得る。
吸収領域１９２０は、電圧Ｖ０（例えば、接地）に結合された重度ドープ領域１９２２（例えば、ｐ＋＋）を備え得る。軽度ドープ領域１９１０は第１の型の光キャリア（例えば、電子）を受信することができ、重度ドープ領域１９２２は第２の型の光キャリア（例えば、正孔）を受信することができる。
制御信号Ｍ１およびＭ２は、第１の型の光キャリアをゲイン構成要素１９３０ａまたは１９３０ｂの一方に向けて操縦することができる。
ゲイン構成要素によって受信された光キャリアを増幅するための方法が、第１の型および第２の型（例えば、電子および正孔）を有する光キャリアを発生させるために、吸収領域１９２０（例えば、ｐ－Ｇｅ）において光信号を受信するステップと、第１の型の光キャリア（例えば、電子）をゲイン領域１９３０ａまたは１９３０ｂへと操縦するステップと、第２の型（例えば、正孔）を有する増幅した電気信号を発生させるステップとを含む。
それによって、光検出装置１９００ａは、光学信号に基づいて、増幅した電気信号を提供し、信号対雑音比を向上させる。
ある実施では、光線吸収領域１９２０は異なる材料（例えば、ポリＳｉ）によって覆われ得る（ここでは図示されていない）。
ある実施では、光線吸収領域１９２０は、軽度ドープ領域１９１０に、部分的に（例えば、図１７Ｂに示されているような吸収領域１７２０と同様に）、または、完全に（例えば、図１７Ｃに示されているような吸収領域１７２０と同様に）、埋め込まれ得る。
図１９Ｂは、ゲインを伴う光検出装置１９００ｂを示している。光検出装置１９００ｂは、エミッタ信号（Ｅ）が、キャリアを操縦するために、および、キャリアを増幅するために使用され得るように、制御領域がエミッタ領域と組み合わせられることを除いて、図１９Ａにおける光検出装置１９００ａと同様である。
図２０Ａは、図１９Ａまたは図１９Ｂに記載されているものなど、ゲインを伴う光検出装置２０００ａの例の上面図を示しており、軽度ドープ領域は基板２０１０である。
図２０Ｂは、図１９Ａまたは図１９Ｂに記載されているものなど、ゲインを伴う光検出装置２０００ｂの例の上面図を示しており、基板２０１０は、真性（例えば、ｉ－Ｓｉ）、軽度ｐドープ（ｐ－Ｓｉ）、または軽度ｎドープ（ｎ－Ｓｉ）であり得る。軽度ドープ領域２０１２（例えば、ｎ－Ｓｉ）は、注入、拡散、または他の適切な製作方法によって、基板２０１０に形成され得る。ある実施では、吸収領域２０２０の一部分（例えば、ｐ－Ｇｅ）が、軽度ドープ領域２０１２ではない基板２０１０の領域に形成され得る。吸収領域２０２０は、吸収領域２０２０と基板２０１０との間に形成される軽度ドープ経路２０３０（例えば、ｎ－Ｓｉ）を通じて、軽度ドープ領域２０１２に結合され得る。吸収領域２０２０によって発生させられる光キャリア（例えば、電子）は、吸収領域２０２０から軽度ドープ領域２０１２へとドリフトすることができ、そのため、ゲイン構成要素のうちの１つが、制御信号に基づいて、増幅した電気信号を生成することができる。したがって、光検出装置２０００ｂは、真性、軽度ｐドープ、または軽度ｎドープで基板に形成され得る。
図２１は、ゲインを伴う光検出装置２１００ａを示す。光検出装置２１００ａは、基板２１５０（例えば、ｎ－Ｓｉ、ｐ－Ｓｉ、または真性Ｓｉ）に形成された軽度ドープ領域２１１０（例えば、ｎ－Ｓｉ）と、吸収領域２１２０（例えば、ｐ－Ｇｅ）と、２つのゲイン構成要素２１３０ａおよび２１３０ｂと、制御端子（Ｍ１およびＭ２）と各々が結合される２つの制御領域２１４０ａおよび２１４０ｂ（ｐ＋＋として示されているが、非ドープまたは軽度ドープされ得る）とを備える。ゲイン構成要素２１３０ａ、２１３０ｂは、図１５Ａ～図１５Ｄおよび図１６Ａ～図１６Ｄに記載されているような２つの端子または３つの端子のゲイン構成要素であり得る。
したがって、光検出装置２１００ａは、真性、軽度ｐドープ、または軽度ｎドープで基板２１５０に形成され得る。
吸収領域２１２０または軽度ドープ領域２１１０は、図１９Ａに記載されているような材料を用いて形成され得る。
ある実施形態では、軽度ドープ領域２１１０は、２つの制御領域２１４０ａおよび２１４０ｂと部分的または完全に重なり得る。
吸収領域は、電圧Ｖ０（例えば、接地）に結合された重度ドープ領域２１２２（例えば、ｐ＋＋）を備え得る。軽度ドープ領域２１１０は第１の型の光キャリア（例えば、電子）を受信することができ、重度ドープ領域２１２２は第２の型の光キャリア（例えば、正孔）を受信することができる。
制御信号Ｍ１およびＭ２は、図１９Ａを参照して記載されているように、第１の型の光キャリアをゲイン構成要素２１３０ａまたは２１３０ｂの一方に向けて操縦する。
ある実施では、光線吸収領域２１２０は異なる材料（例えば、ポリＳｉ）によって覆われ得る（ここでは図示されていない）。
ある実施では、光線吸収領域２１２０は、軽度ドープ領域２１１０に、部分的に（例えば、図１７Ｂに示されているような吸収領域１７２０と同様に）、または、完全に（例えば、図１７Ｃに示されているような吸収領域１７２０と同様に）、埋め込まれ得る。
ある実施では、図１９Ｂと同様に、エミッタ信号（Ｅ）が、キャリアを操縦するために、および、キャリアを増幅させるために使用できるように、制御領域２１４０ａおよび２１４０ｂはエミッタ領域と組み合わせられ得る。
図２２Ａは、図２１に記載されている光検出装置２１００ａなど、ゲインを伴う光検出装置２２００ａの例の上面図を示しており、図２２Ｂは、図２１に記載されている光検出装置２１００ａなど、ゲインを伴う光検出装置２２００ｂの例の上面図を示しており、吸収領域２１２０（例えば、ｐ－Ｇｅ）の一部分が、軽度ドープ領域２１１０ではない基板２１５０の領域に形成され得る。軽度ドープ領域２１１０（例えば、ｎ－Ｓｉ）は、注入、拡散、または他の適切な製作方法によって、基板２１５０に形成され得る。吸収領域２１２０は、吸収領域２１２０と基板２１５０との間に形成される軽度ドープ経路２２３０（例えば、ｎ－Ｓｉ）を通じて、軽度ドープ領域２１１０に結合され得る。吸収領域２１２０によって発生させられる光キャリア（例えば、電子）は、吸収領域２１２０から軽度ドープ領域２１１０へとドリフトすることができ、そのため、ゲイン構成要素のうちの１つが、制御信号に基づいて、増幅した電気信号（例えば、正孔電流）を生成することができる。
図２３Ａは、ゲインを伴う光検出装置２３００ａの例の上面図を示しており、図１８Ａ～図１８Ｃと同様に、重度ドープ領域２３２２（例えば、ｐ＋＋）が、吸収領域２３２０（例えば、ｐ－Ｇｅ）の代わりに軽度ドープ領域２３１０（例えば、ｎ－Ｓｉ）に形成される。軽度ドープ領域２３１０は、第１の型の光キャリア（例えば、電子）と第２の型の光キャリア（例えば、正孔）との両方を受信することができる。第１の型の光キャリアが制御信号２３４０ａまたは２３４０ｂに基づいてゲイン構成要素２３３０ａまたは２３３０ｂへと方向付けられる一方で、第２の型の光キャリアは重度ドープ領域２３２２によって収集される。
図２３Ｂは、図２３Ａと同様であるゲインを伴う光検出装置２３００ｂの他の例の上面図を示しているが、吸収領域２３２０（例えば、ｐ－Ｇｅ）の一部分が、軽度ドープ領域２３１０でない基板２３１２の領域に形成され得る。吸収領域２３２０は、吸収領域２３２０と基板２３１２との間に形成される軽度ドープ経路２３５０（例えば、ｎ－Ｓｉ）を通じて、軽度ドープ領域２３１０に結合され得る。吸収領域２３２０によって発生させられる光キャリア（例えば、電子）は、吸収領域２３２０から軽度ドープ領域２３１０へとドリフトすることができ、そのため、ゲイン構成要素２３３０ａまたは２３３０ｂのうちの１つが、制御信号２３４０ａまたは２３４０ｂに基づいて、増幅した電気信号（例えば、正孔電流）を生成することができる。
図２４Ａは、図２２Ａと同様である、ゲインを伴う光検出装置２４００ａの例の上面図を示しているが、重度ドープ領域２４２２（例えば、ｐ＋＋）が、光線吸収領域２４２０（例えば、ｐ－Ｇｅ）の外側に形成される（図１８Ａ～図１８Ｃに示されたものと同様）。吸収領域２４２０の一部分（例えば、ｐ－Ｇｅ）が、軽度ドープ領域２４１０ではない基板２４５０の領域に形成され得る。軽度ドープ領域２４１０は、ゲイン構成要素２４３０ａおよび２４３０ｂに隣接する２つの制御領域２４４０ａおよび２４４０ｂ（例えば、ｐ＋＋）と部分的に重なることができる。吸収領域２４２０によって発生させられる光キャリア（例えば、電子）は、吸収領域２４２０から軽度ドープ領域２４１０へとドリフトすることができ、そのため、ゲイン構成要素２４３０ａまたは２４３０ｂのうちの１つが、制御信号に基づいて、増幅した電気信号（例えば、正孔電流）を生成することができる。
図２４Ｂは、図２２Ｂと同様である、ゲインを伴う光検出装置２４００ｂの他の例の上面図を示しているが、重度ドープ領域２４２２（例えば、ｐ＋＋）が、光線吸収領域２４２０（例えば、ｐ－Ｇｅ）の外側に形成される（図１８Ａ～図１８Ｃに示されたものと同様）。吸収領域２４２０は、吸収領域２４２０と基板２４５０との間に形成される軽度ドープ経路２４６０（例えば、ｎ－Ｓｉ）を通じて、軽度ドープ領域２４１０に結合され得る。吸収領域２４２０によって発生させられる光キャリア（例えば、電子）は、吸収領域２４２０から軽度ドープ領域２４１０へとドリフトすることができ、そのため、ゲイン構成要素２４３０ａまたは２４３０ｂのうちの１つが、制御信号２４４０ａおよび２４４０ｂに基づいて、増幅した電気信号（例えば、正孔電流）を生成することができる。
図２５Ａ～図２５Ｃは、ある実施形態による光検出デバイスの一部分の断面図を示している。光検出デバイスは、先に記載されているいずれかの実施形態と実質的に同じ構造を備え得る。ある実施形態では、先の記載において明確に言及されていない場合、図２５Ａを参照すると、吸収領域１０は全体が基板２０の第１の表面２１にあり得る。図２５Ｂを参照すると、吸収領域１０は基板２０に部分的に埋め込まれ得る。つまり、側面の各々の一部が基板２０と接触している。図２５Ｃを参照すると、吸収領域１０は基板２０に全体的に埋め込まれ得る。つまり、側面が基板２０と接触している。
図２６Ａ～図２６Ｄは、ある実施形態による光検出デバイスの制御領域Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４の例を示している。光検出デバイスは、先に記載されているいずれかの実施形態と実質的に同じ構造を備え得る。
図２６Ａを参照すると、ある実施形態では、制御電極３４０は、真性領域が制御電極３４０の真下にある基板２０の第１の表面２１上にあり得る。制御電極３４０は、基板２０の材料、または保護層の材料、および／または、制御電極３４０の材料、および／または、基板２０もしくは保護層１４００のドーパントもしくは欠陥レベルを含む様々な因子に応じて、ショットキー接触、抵抗接触、または、それらの２つの間の中間の特性を有する組み合わせの形成をもたらし得る。制御電極３４０は制御電極３４０ａ、３４０ｂ、３４０ｃ、３４０ｄのいずれか１つであり得る。
図２６Ｂを参照すると、ある実施形態では、スイッチの制御領域は、制御電極３４０の下に、基板２０においてドープ領域３０３をさらに備える。ある実施形態では、ドープ領域３０３は、第１のドープ領域３０２ａ、３０２ｂの伝導型と異なる伝導型のものである。ある実施形態では、ドープ領域３０３はドーパントとドーパントプロファイルとを含む。ドープ領域３０３のピークドーパント濃度は、制御電極３４０の材料、および／または、基板２０の材料、および／または、基板２０のドーパントもしくは欠陥レベルに依存し、例えば、１×１０１７ｃｍ－３から５×１０２０ｃｍ－３の間である。ドープ領域３０３は、制御電極３４０と、ショットキー接触、抵抗接触、または、それらの組み合わせを形成する。ドープ領域は、制御信号の制御に基づいて吸収領域１０から発生させられるキャリアを復調するためのものである。制御電極３４０は制御電極３４０ａ、３４０ｂ、３４０ｃ、３４０ｄのいずれか１つであり得る。
図２６Ｃを参照すると、ある実施形態では、スイッチの制御領域は、基板２０と制御電極３４０との間に誘電体層３５０をさらに備える。誘電体層３５０は、制御電極３４０から基板２０への直接的な電流伝導を防止するが、制御電極３４０への電圧の印加に応答して、電界を基板２０内に確立させることができる。例えば制御領域Ｃ１、Ｃ２の間といった、制御領域のうちの２つの間の確立された電界は、基板２０内の電荷キャリアを誘引または反発することができる。制御電極３４０は制御電極３４０ａ、３４０ｂ、３４０ｃ、３４０ｄのいずれか１つであり得る。
図２６Ｄを参照すると、ある実施形態では、スイッチの制御領域は、制御電極３４０の下に、基板２０においてドープ領域３０３をさらに備え、基板２０と制御電極３４０との間に誘電体層３５０も備える。制御電極３４０は制御電極３４０ａ、３４０ｂ、３４０ｃ、３４０ｄのいずれか１つであり得る。
ある実施形態では、読み出し電極の真下のキャリア伝導層の領域は真性であり得る。例えば、スイッチの各々の読み出し電極の真下の基板の領域は真性であり得る。他の例について、スイッチの各々の読み出し電極の真下の保護層の領域は真性であり得る。読み出し電極は、基板２０の材料、または保護層１４００の材料、または保護層の材料、および／または、読み出し電極の材料、および／または、基板２０もしくは保護層１４００のドーパントもしくは欠陥レベルを含む様々な因子に応じて、ショットキー接触、抵抗接触、または、それらの２つの間の中間の特性を有する組み合わせの形成をもたらし得る。
ある実施形態では、誘電体層３５０は、限定されることはないが、ＳｉＯ２を含み得る。ある実施形態では、誘電体層３５０は、限定されることはないが、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯＮ、ＳｉＮｘ、ＳｉＯｘ、ＧｅＯｘ、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＨｆＯ２、またはＺｒＯ２を含むｈｉｇｈ－ｋ材料を含み得る。ある実施形態では、誘電体層３５０は、限定されることはないが、非晶質Ｓｉ、多結晶Ｓｉ、結晶性Ｓｉ、ゲルマニウム－シリコン、またはそれらの組み合わせといった半導体材料を含み得る。
ある実施形態では、光検出デバイスの伝導領域２０１は任意の適切な設計であり得る。例として図３Ａ～図３Ｂ、図４Ａ～図４Ｃ、図５Ａ～図５Ｃ、図６Ａ～図６Ｇ、図７Ａ～図７Ｅ、図８Ａ～図８Ｅ、図１４Ｃ～図１４Ｌにおける光検出デバイスの伝導領域２０１を挙げると、伝導領域２０１の幅は制御電極３４０ａ、３４０ｂの間の距離より小さくできる。ある実施形態では、伝導領域２０１は、図２６Ｂおよび図２６Ｄに記載されている２つのドープ領域３０３のどの部分とも重ねられなくてもよい。ある実施形態では、伝導領域２０１は、図２６Ｂおよび図２６Ｄに記載されている２つのドープ領域３０３の一部分と重ねられてもよい。ある実施形態では、伝導領域２０１は、図２６Ｂおよび図２６Ｄに記載されているドープ領域３０３全体と重ねられてもよい。ある実施形態では、伝導領域２０１は第１のドープ領域３０２ａ、３０２ｂの各々のどの部分とも重ねられなくてもよい。ある実施形態では、伝導領域２０１は第１のドープ領域３０２ａ、３０２ｂの各々の一部分と重ねられてもよい。ある実施形態では、伝導領域２０１は第１のドープ領域３０２ａ、３０２ｂ全体と重ねられてもよい。
他の例として図１０Ａおよび図１１Ａにおける光検出デバイスの伝導領域２０１を挙げると、伝導領域２０１は、第３の接触領域２０８のどの部分とも重ねられなくてもよい。ある実施形態では、伝導領域２０１は第３の接触領域２０８の一部分と重ねられてもよい。ある実施形態では、伝導領域２０１は第３の接触領域２０８全体と重ねられてもよい。ある実施形態では、伝導領域２０１は第１の接触領域２０４のどの部分とも重ねられなくてもよい。ある実施形態では、伝導領域２０１は第１の接触領域２０４の一部分と重ねられてもよい。ある実施形態では、伝導領域２０１は第１の接触領域２０４全体と重ねられてもよい。
他の例として図１Ａ～図１Ｄおよび図２Ａ～図２Ｆにおける光検出デバイスの伝導領域２０１を挙げると、伝導領域２０１は、第１のドープ領域１０２のどの部分とも重ねられなくてもよい。ある実施形態では、伝導領域２０１は第１のドープ領域１０２の一部分と重ねられてもよい。ある実施形態では、伝導領域２０１は第１のドープ領域１０２全体と重ねられてもよい。
ある実施形態では、例えば図１Ａ～図１１Ｅ、図１３～図２６Ｄにおける光検出デバイスといった、先に言及したいずれかの光検出デバイスは、基板２０の定められた領域を通過する入射光学信号を案内および／または制限するために、図１２Ａ～図１２Ｃに記載した導波路２０６と同様の導波路を含み得る。図２７Ａは、撮像システムの例の実施形態のブロック図である。撮像システムは、撮像モジュールと、検出された物体の三次元モデルを再構築するように構成されたソフトウェアモジュールとを備え得る。撮像システムまたは撮像モジュールは、モバイルデバイス（例えば、スマートフォン、タブレット、車両、ドローンなど）、モバイルデバイスのための補助機器（例えば、ウェアラブルデバイス）、車両および固定施設（例えば、工場）におけるコンピュータシステム、ロボットシステム、監視システム、または、任意の他の適切なデバイスおよび／もしくはシステムにおいて実施され得る。
撮像モジュールは、送信ユニットと、受信ユニットと、制御装置とを備える。動作の間、送信ユニットは、放出光線を目標物体に向けて放出することができる。受信ユニットは、目標物体から反射した反射光線を受信することができる。制御装置は、少なくとも送信ユニットおよび受信ユニットを駆動することができる。ある実施では、受信ユニットおよび制御装置は、システムオンアチップ（ＳｏＣ）などの１つの半導体チップにおいて実施される。ある場合には、送信ユニットは、ＩＩＩ－Ｖ基板におけるレーザーエミッタチップ、およびＳｉ基板におけるＳｉレーザードライバチップなど、２つの異なる半導体チップによって実施される。
送信ユニットは、１つもしくは複数の光線源、１つもしくは複数の光線源を制御する制御回路、および／または、１つもしくは複数の光線源から放出される光線を操作するための光学構造を備え得る。ある実施形態では、光線源は、光検出装置において吸収領域によって吸収され得る１つまたは複数のＬＥＤまたはＶＣＳＥＬが放出する光線を含み得る。例えば、１つまたは複数のＬＥＤまたはＶＣＳＥＬは、５７０ｎｍ、６７０ｎｍ、または任意の他の適用可能な波長など、可視波長範囲内のピーク波長（例えば、人の目に対して視認可能である波長）を伴う光線を放出することができる。他の例について、１つまたは複数のＬＥＤまたはＶＣＳＥＬは、８５０ｎｍ、９４０ｎｍ、１０５０ｎｍ、１０６４ｎｍ、１３１０ｎｍ、１３５０ｎｍ、１５５０ｎｍ、または任意の他の適用可能な波長など、可視波長範囲を超えるピーク波長を伴う光線を放出することができる。
ある実施形態では、光線源からの放出光線は、１つまたは複数の光学構造によって平行にさせられ得る。例えば、光学構造は１つまたは複数のコリメーティングレンズを備え得る。
受信ユニットは、先に言及したようないずれかの実施形態による１つまたは複数の光検出装置を備え得る。受信ユニットは、制御回路を制御するための制御回路、および／または、目標物体から反射した光線を１つもしくは複数の光検出装置に向けて操作するための光学構造をさらに備え得る。ある実施では、光学構造は、平行になった光線を受信し、平行になった光線を１つまたは複数の光検出装置に向けて焦点を合わせる１つまたは複数のレンズを備える。
ある実施形態では、制御装置は、タイミング発生器および処理ユニットを備える。タイミング発生器は基準クロック信号を受信し、放出光線を変調するための送信ユニットにタイミング信号を提供する。タイミング信号は、光キャリアの収集を制御するための受信ユニットにも提供される。処理ユニットは、受信ユニットによって発生および収集される光キャリアを処理し、目標物体の未加工データを決定する。処理ユニットは、制御回路、光検出装置から出力された情報を処理するための１つもしくは複数の信号処理装置、および／または、目標物体の未加工データを決定するための命令を保存し得る、もしくは、目標物体の未加工データを保存し得るコンピュータ保存媒体を備え得る。例として、ｉ－ＴｏＦセンサにおける制御装置は、送信ユニットによって放出された光線と、受信ユニットによって受信された光線との間の位相差を用いて、２つの点の間の距離を決定する。
ソフトウェアモジュールは、顔認証、視標追跡、ジェスチャ認識、三次元モデル走査／動画記録、動作追跡、自律車両、および／または拡張／仮想現実などの用途で実行するために実施され得る。
図２７Ｂは、例の受信ユニットまたは制御装置のブロック図を示している。ここで、イメージセンサ配列（例えば、２４０×１８０）が、図３Ａ～図８Ｅ、図１４Ｃ～図１４Ｌを参照して記載されている光検出デバイスのいずれかの実施を用いて実施され得る。位相固定ループ（ＰＬＬ）回路（例えば、整数ＮのＰＬＬ）が、変調および復調のためのクロック信号（例えば、４位相システムクロック）を発生させることができる。ピクセル配列および外部照明ドライバへと送る前に、これらのクロック信号は、プリセット積分時間および異なる動作モードのために、タイミング発生器によってゲートおよび／または条件付けされ得る。プログラム可能遅延線が、クロック信号を遅らせるために、照明ドライバ経路に加えられ得る。
電圧調整器がイメージセンサの動作電圧を制御するために使用できる。例えば、複数の電圧領域がイメージセンサのために使用され得る。温度センサが、深さ較正および電力制御の可能性のある使用のために実施され得る。
光検出装置の読み取り回路は、イメージセンサ配列の光検出デバイスの各々をカラムアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）へと橋渡しし、ＡＤＣ出力は、出力インターフェースに達する前に、信号処理装置によってデジタル領域においてさらに処理および積分され得る。記憶装置が、信号処理装置による出力を保存するために使用され得る。ある実施では、出力インターフェースは、２レーン、１．２Ｇｂ／ｓ Ｄ－ＰＨＹ ＭＩＰＩ送信器を用いて、または、低速度／低コストのシステムのためにＣＭＯＳ出力を用いて、実施され得る。
アイ・スクエアド・シー（Ｉ２Ｃ）インターフェースが、本明細書に記載されている機能ブロックのすべてにアクセスするために使用されてもよい。
ある実施形態では、本開示における光検出装置は、ピクセル上に光学素子（図示されていない）をさらに備える。ある実施形態では、本開示における光検出装置は、複数のピクセル上に複数の光学素子（図示されていない）をさらに備える。光学素子は、吸収の領域へと入れるために、入ってくる光学信号を収束させる。ある実施形態では、光学素子はレンズを備える。
ある実施形態では、ｐ型ドーパントはＩＩＩ族元素を含む。ある実施形態では、ｐ型ドーパントはホウ素である。ある実施形態では、ｎ型ドーパントはＶ族元素を含む。ある実施形態では、ｎ型ドーパントはリンである。
本開示において、明確に言及されていない場合、吸収領域は、８５０ｎｍ、９４０ｎｍ、１０５０ｎｍ、１０６４ｎｍ、１３１０ｎｍ、１３５０ｎｍ、１５５０ｎｍ、または任意の適切な波長範囲など、８００ｎｍ以上の不可視波長範囲にピーク波長を有する光子を吸収するように構成される。ある実施形態では、吸収領域は、光学信号を受信し、光学信号を電気信号へと変換する。吸収領域は、限定されることはないが、円筒形、直角プリズムなど、任意の適切な形であり得る。
本開示において、明確に言及されていない場合、吸収領域は、検出される光子の波長、および吸収領域の材料に応じた厚さを有する。ある実施形態では、吸収領域がゲルマニウムを含み、８００ｎｍ以上の波長を有する光子を吸収するように設計される場合、吸収領域は０．１μｍ以上の厚さを有する。ある実施形態では、吸収領域がゲルマニウムを含み、８００ｎｍから２０００ｎｍの間の波長を有する光子を吸収するように設計される場合、吸収領域は０．１μｍから２．５μｍの間の厚さを有する。ある実施形態では、吸収領域は、より大きな量子効率のために１μｍから２．５μｍの間の厚さを有する。ある実施形態では、吸収領域は、ブランケットエピタキシ、選択的エピタキシ、または他の適切な技術を用いて成長させられ得る。
本開示において、明確に言及されていない場合、光線遮蔽体は、吸収領域において吸収の領域の位置を定めるための光学窓を有する。別の言い方をすれば、光学窓は、入射光学信号を吸収領域へと入らせ、吸収の領域を定めるためのものである。ある実施形態では、光線遮蔽体は、入射光線が基板の第２の表面から吸収領域に入るとき、吸収領域から離れた基板の第２の表面にある。ある実施形態では、光学窓の形は、光学窓の上方の視界から、楕円形、円形、長方形、正方形、菱形、八角形、または任意の他の適切な形であり得る。
本開示において、明確に言及されていない場合、同じピクセルにおいてスイッチのうちの１つの第１のドープ領域によって収集されるキャリアの型と、他のスイッチの第１のドープ領域によって収集されるキャリアの型とは同じである。例えば、光検出装置が電子を収集するように構成される場合、第１のスイッチがオンされて第２のスイッチがオフされるとき、第１のスイッチにおける第１のドープ領域は、吸収領域から発生させられる光キャリアの電子を収集し、第２のスイッチがオンされて第１のスイッチがオフされるとき、第２のスイッチにおける第１のドープ領域も、吸収領域から発生させられる光キャリアの電子を収集する。
本開示において、明確に言及されていない場合、第１の電極、第２の電極、読み出し電極、および制御電極は金属または合金を含む。例えば、第１の電極、第２の電極、読み出し電極、および制御電極はＡｌ、Ｃｕ、Ｗ、Ｔｉ、Ｔａ－ＴａＮ－Ｃｕスタック、またはＴｉ－ＴｉＮ－Ｗスタックを含む。
ある実施形態では、明確に言及されていない場合、本開示において示されている断面図は、光検出装置または光検出デバイスの任意の可能な切断線に沿っての断面図であり得る。
本明細書において使用され、他に定められていないとき、「実質的」および「約」という用語は、小さい変化を記載および説明するために使用されている。事象または状況と併せて使用されるとき、この用語は、事象または状況が正確に起こる例に加えて、事象または状況が近い類似で起こる例も網羅し得る。例えば、数値と併せて使用されるとき、この用語は、±５％以下、±４％以下、±３％以下、±２％以下、±１％以下、±０．５％以下、±０．１％以下、または±０．０５％以下など、数値の±１０％以下の変化の範囲を網羅し得る。
本開示は好ましい実施形態の観点から例を用いて記載されているが、本開示がそれに限定されないことは理解されるものである。それどころか、様々な変更ならびに同様の構成および手順を包含するように意図されており、そのため、添付の請求項の範囲は、このような変更ならびに同様の構成および手順のすべてを網羅するように、最も広い解釈が与えられるべきである。
当業者は、本開示の教示を保持しつつ、デバイスおよび方法の数々の変更および修正を行うことができることに容易に気付くことになる。したがって、上記の開示は、添付の請求項の範囲および境界のみによって限定されるとして解釈されるべきである。
１０ 吸収領域
１１ 第１の表面
１２ 第２の表面
１３ 側面
２０ 基板
２０ａ 基礎部分
２０ｂ 上方部分
２０ｃ 中間部分
２１ 第１の表面
２２ 第２の表面
３０ 第１の電極
４０ 第３の電極
６０ 第２の電極、第３の電極
６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄ 副電極
１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ、２００ａ、２００ｂ、２００ｃ、２００ｄ、３００ａ、４００ａ、５００ａ、６００ａ、６００ｃ、６００ｆ、６００ｇ、７００ａ、７００ｃ、７００ｄ、７００ｅ、８００ａ、８００ｃ、８００ｄ、８００ｅ、１０００ａ、１０００ｂ、１０００ｄ、１０００ｇ、１０００ｈ、１０００ｉ、１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｄ、１２００ａ、１２００ｂ、１２００ｃ、１３００ａ、１３００ｂ、１４００ｃ、１４００ｆ、１４００ｇ、１４００ｊ 光検出デバイス
１０２、１０４ 第１のドープ領域
１０３ 第２の接触領域
１０８ 第２のドープ領域
１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ、１０８ｄ 小領域
１３０ 第３の電極
１３０Ａ 電圧制御トランジスタ
１４０ 第１の電極
１４１Ａ リセットトランジスタ
１４２Ａ ソースフォロワ
１４３Ａ 行選択トランジスタ
１５０Ａ コンデンサ
１６０ 第２の電極
１７１Ａ 転送トランジスタ
１８０ 制限領域
１８１ 通路
２００ｅ、２００ｆ 光検出装置
２０１ 伝導領域
２０２ 電荷層
２０３ 修正要素
２０４ 第１の接触領域
２０５ 凹部
２０６ 導波路、隆起、トレンチ
２０８ 第３の接触領域
２１０ 中間ドープ領域
２１２ 下方ドープ領域
３０２ａ、３０２ｂ 第１のドープ領域
３０３ ドープ領域
３３０ａ、３３０ｂ、３３０ｃ、３３０ｄ、３３０ｅ、３３０ｆ、３３０ｇ、３３０ｈ 読み出し電極
３４０、３４０ａ、３４０ｂ、３４０ｃ、３４０ｄ、３４０ｅ、３４０ｆ、３４０ｇ、３４０ｈ 制御電極
３５０ 誘電体層
９００ａ、９００ｂ 光検出装置
１３０２ コレクタ領域
１３０４ エミッタ領域
１３０８ 基礎接触領域
１３３０ 第１の電極
１３４０ 第２の電極
１３６０ 第３の電極
１４００ 保護層
１４０１ 第１の表面
１５００ａ、１５００ｂ、１５００ｃ、１５００ｄ ゲイン構成要素
１５１０ 軽度ドープ領域
１５２０ エミッタ領域
１５３０ コレクタ領域
１５４０ 中度ドープ領域
１６００ａ、１６００ｂ、１６００ｃ、１６００ｄ ゲイン構成要素
１６１０ 軽度ドープ領域
１６２０ エミッタ領域
１６３０ コレクタ領域
１６４０ 基礎領域
１６５０ 中度ドープ領域
１７００ａ、１７００ｂ、１７００ｃ、１８００ａ、１８００ｂ、１８００ｃ ＣＭＯＳイメージセンサ
１７１０、１８１０ 軽度ドープ領域
１７２０、１８２０ 吸収領域
１７２２、１８２２ 重度ドープ領域
１７３０、１８３０ ゲイン構成要素、ゲイン領域
１７５０ 材料
１９００ａ、１９００ｂ 光検出装置
１９１０ 軽度ドープ領域
１９２０ 吸収領域
１９２２ 重度ドープ領域
１９３０ａ、１９３０ｂ ゲイン構成要素、ゲイン領域
１９４０ａ、１９４０ｂ 制御領域
２０００ａ、２０００ｂ 光検出装置
２０１０ 基板
２０２０ 吸収領域
２０３０ 軽度ドープ経路
２１００ａ 光検出装置
２１１０ 軽度ドープ領域
２１３０ａ、２１３０ｂ ゲイン構成要素
２１４０ａ、２１４０ｂ 制御領域
２１５０ 基板
２３００ａ 光検出装置
２３１０ 軽度ドープ領域
２３１２ 基板
２３２０ 吸収領域
２３２２ 重度ドープ領域
２３３０ａ、２３３０ｂ ゲイン構成要素
２３４０ａ、２３４０ｂ 制御信号
２４００ａ、２４００ｂ 光検出装置
２４１０ 軽度ドープ領域
２４２０ 光線吸収領域
２４２２ 重度ドープ領域
２４３０ａ、２４３０ｂ ゲイン構成要素
２４４０ａ、２４４０ｂ 制御領域、制御信号
２４５０ 基板
２４６０ 軽度ドープ経路
ＡＲ 吸収の領域
Ｂ 基礎電極
Ｃ コレクタ電極
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４ 制御領域
ｄ 第１の電極３０と側面１３との間の最短距離、第１の電極３０と側面１３との間の距離
Ｄ１ 第１の表面２１に対して実質的に垂直な方向
Ｅ エミッタ電極、エミッタ信号
ＩＡ１ 光電流
Ｍ 増倍領域
Ｍ１、Ｍ２ 制御端子、制御信号
ＴＧ１ 切替信号
ＶＡ１ 定電圧
ＶＣ１ 制御電圧
ＶＯＵＴ１ 出力電圧
Ｖ０ 電圧
ｗ１ 吸収領域１０の幅
ｗ２ 第２のドープ領域１０８の幅
Ｙ 方向

Claims (20)

  1. 光検出デバイスを備える光検出装置であって、前記光検出デバイスは、
    第１の表面、および、前記第１の表面と対向する第２の表面を有するキャリア伝導層と、
    前記キャリア伝導層と接触しており、光学信号を受信し、前記光学信号に応答して光キャリアを発生させるように構成される吸収領域であって、
    前記吸収領域は、第１の伝導型および第１のピークドーピング濃度を有する第１のドーパントでドープされ、
    前記キャリア伝導層は、第２の伝導型および第２のピークドーピング濃度を有する第２のドーパントでドープされ、
    前記キャリア伝導層は、前記吸収領域の材料と異なる材料を含み、
    前記キャリア伝導層は、少なくとも１つのヘテロ界面を形成するために前記吸収領域と接触しており、
    前記吸収領域の前記第１のピークドーピング濃度と前記キャリア伝導層の前記第２のピークドーピング濃度との間の比が１０以上である、吸収領域と、
    前記キャリア伝導層の前記第１の表面上に形成され、前記キャリア伝導層に電気的に結合される第１の電極であって、前記吸収領域から分離され、前記光キャリアの一部分を収集するように構成される、第１の電極と、
    前記キャリア伝導層の前記第１の表面上に形成され、前記吸収領域に電気的に結合される第２の電極と
    を備える、光検出装置。
  2. 前記キャリア伝導層は、前記吸収領域から分離される第１のドープ領域を備え、前記第１のドープ領域は、前記吸収領域の伝導型と異なる伝導型を有し、前記第１のドープ領域は、前記第２のピークドーピング濃度より高い第３のピークドーピング濃度を有する第３のドーパントでドープされ、前記第１の電極は前記第１のドープ領域と電気的に結合される、請求項１に記載の光検出装置。
  3. 前記キャリア伝導層は、前記第２のドーパントを有する伝導領域を備え、前記伝導領域は５μｍ未満の深さを有し、前記伝導領域は、前記光キャリアの一部分を前記吸収領域から第１のドープ領域へと運搬するために、前記第１のドープ領域と前記吸収領域との間に形成される、請求項２に記載の光検出装置。
  4. 前記キャリア伝導層は基板であり、前記吸収領域の少なくとも一部は前記基板に埋め込まれる、請求項３に記載の光検出装置。
  5. 前記吸収領域は、第１の表面と、前記第１の表面と対向する第２の表面と、前記第１の表面と前記第２の表面との間の１つまたは複数の側面とを備え、前記第１の電極と、前記吸収領域の前記１つまたは複数の側面との間の最短距離が０．１μｍから２０μｍの間である、請求項１に記載の光検出装置。
  6. 前記吸収領域は、第１の表面と、前記第１の表面と対向する第２の表面と、前記第１の表面と前記第２の表面との間の１つまたは複数の側面とを備え、第１の表面、第２の表面、および／または前記１つもしくは複数の側面の少なくとも一部が前記キャリア伝導層と接触している、請求項１に記載の光検出装置。
  7. 前記吸収領域は段階的なドーピングプロファイルでドープされる、請求項１に記載の光検出装置。
  8. 前記吸収領域の少なくとも５０％は、１×１０１６ｃｍ－３以上の前記第１のドーパントのドーピング濃度でドープされる、請求項１に記載の光検出装置。
  9. 前記吸収領域と前記キャリア伝導層との間の前記ヘテロ界面における前記第１のドーパントのドーピング濃度が１×１０１６ｃｍ－３以上である、請求項１に記載の光検出装置。
  10. 前記第１のドーパントの前記第１の伝導型と前記第２のドーパントの前記第２の伝導型とは異なり、前記ヘテロ界面における前記キャリア伝導層のドーピング濃度に対する前記吸収領域のドーピング濃度の比が１０以上である、請求項１に記載の光検出装置。
  11. 前記キャリア伝導層において、前記吸収領域と接触している第２のドープ領域をさらに備え、前記第２のドープ領域は、前記第１の伝導型と同じ伝導型を有し、前記第１のピークドーピング濃度より高い第４のピークドーピング濃度を有する第４のドーパントでドープされ、前記第２の電極は前記第２のドープ領域に電気的に結合される、請求項１に記載の光検出装置。
  12. 前記第２のドープ領域の一部が前記吸収領域によって覆われ、前記吸収領域は幅を有し、前記吸収領域によって覆われた前記第２のドープ領域の幅が前記吸収領域の前記幅の半分以上である、請求項１１に記載の光検出装置。
  13. 前記キャリア伝導層は、前記光学信号を前記吸収領域へと結合するために、前記キャリア伝導層の定められた領域を通じて伝搬する前記光学信号を案内および制限するように構成される導波路をさらに含む、請求項１に記載の光検出装置。
  14. 光検出デバイスを備える光検出装置であって、前記光検出デバイスは、
    第１の表面、および、前記第１の表面と対向する第２の表面を有するキャリア伝導層と、
    前記キャリア伝導層と接触しており、光学信号を受信し、前記光学信号に応答して光キャリアを発生させるように構成される吸収領域であって、
    前記吸収領域は、第１の伝導型および第１のピークドーピング濃度を有する第１のドーパントでドープされ、
    前記キャリア伝導層は、第２の伝導型および第２のピークドーピング濃度を有する第２のドーパントでドープされ、
    前記キャリア伝導層は、前記吸収領域の材料と異なる材料を含み、
    前記キャリア伝導層は、少なくとも１つのヘテロ界面を形成するために前記吸収領域と接触しており、
    前記吸収領域の前記第１のピークドーピング濃度と前記キャリア伝導層の前記第２のピークドーピング濃度との間の比が１０以上である、吸収領域と、
    前記吸収領域に電気的に結合され、前記キャリア伝導層に部分的に形成される１つまたは複数のスイッチであって、
    １つまたは複数の多重スイッチの各々が、前記第１の表面上に形成され、前記吸収領域から分離される制御電極および読み出し電極を備える、１つまたは複数のスイッチと、
    前記第１の表面上に形成され、前記吸収領域に電気的に結合される電極と
    を備える、光検出装置。
  15. 前記１つまたは複数のスイッチの前記制御電極および前記読み出し電極は、前記吸収領域の１つの側に配置される、請求項１４に記載の光検出装置。
  16. 前記キャリア伝導層は、前記第２のドーパントを有する伝導領域を備え、前記伝導領域は５μｍ未満の深さを有し、前記伝導領域は、前記光キャリアの一部分を前記吸収領域から第１のドープ領域へと運搬するために、前記第１のドープ領域と前記吸収領域との間に形成される、請求項１４に記載の光検出装置。
  17. 前記吸収領域は、第１の表面と、前記第１の表面と対向する第２の表面と、前記第１の表面と前記第２の表面との間の１つまたは複数の側面とを備え、前記第１の表面、前記第２の表面、および／または前記１つもしくは複数の側面の少なくとも一部が前記キャリア伝導層と接触している、請求項１４に記載の光検出装置。
  18. 前記吸収領域の少なくとも５０％は、１×１０１６ｃｍ－３以上の前記第１のドーパントのドーピング濃度でドープされる、請求項１４に記載の光検出装置。
  19. 前記キャリア伝導層において、前記吸収領域と接触している第２のドープ領域をさらに備え、前記第２のドープ領域は、前記第１の伝導型と同じ伝導型を有し、前記第１のピークドーピング濃度より高い第４のピークドーピング濃度を有する第４のドーパントでドープされ、前記電極は前記第２のドープ領域に電気的に結合される、請求項１４に記載の光検出装置。
  20. 前記第１のドーパントの前記第１の伝導型と前記第２のドーパントの前記第２の伝導型とは異なり、前記吸収領域のドーピング濃度と、前記少なくとも１つのヘテロ界面における前記キャリア伝導層のドーピング濃度との間の比が１０以上である、請求項１４に記載の光検出装置。
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