KR102394731B1 - 광자 검출 장치 - Google Patents

광자 검출 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102394731B1
KR102394731B1 KR1020170114816A KR20170114816A KR102394731B1 KR 102394731 B1 KR102394731 B1 KR 102394731B1 KR 1020170114816 A KR1020170114816 A KR 1020170114816A KR 20170114816 A KR20170114816 A KR 20170114816A KR 102394731 B1 KR102394731 B1 KR 102394731B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light receiving
receiving unit
layer
signal
apd2
Prior art date
Application number
KR1020170114816A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190027686A (ko
Inventor
박찬용
백수현
박철우
조석범
Original Assignee
주식회사 우리로
아이디 퀀티크 에스.에이.
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 주식회사 우리로, 아이디 퀀티크 에스.에이. filed Critical 주식회사 우리로
Priority to KR1020170114816A priority Critical patent/KR102394731B1/ko
Priority to US16/645,346 priority patent/US11619545B2/en
Priority to JP2020535944A priority patent/JP7004824B2/ja
Priority to EP18854799.6A priority patent/EP3678195A4/en
Priority to PCT/KR2018/007849 priority patent/WO2019050146A1/ko
Priority to CN201880058409.5A priority patent/CN111406325B/zh
Publication of KR20190027686A publication Critical patent/KR20190027686A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102394731B1 publication Critical patent/KR102394731B1/ko

Links

Images

Classifications

    • 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
    • H01L31/08—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 in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10—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 in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
    • H01L31/107—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiodes
    • 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
    • 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
    • G01J1/4228—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors arrangements with two or more detectors, e.g. for sensitivity compensation
    • 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
    • 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
    • H01L31/0216—Coatings
    • H01L31/02161—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/02162—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for filtering or shielding light, e.g. multicolour filters for photodetectors
    • H01L31/02164—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for filtering or shielding light, e.g. multicolour filters for photodetectors for shielding light, e.g. light blocking layers, cold shields for infrared detectors
    • 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
    • H01L31/0232—Optical elements or arrangements associated with the device
    • 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
    • H01L31/0232—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L31/02327—Optical elements or arrangements associated with the device the optical elements being integrated or being directly associated to the device, e.g. back reflectors
    • 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
    • H01L31/08—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 in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10—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 in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
    • H01L31/107—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiodes
    • H01L31/1075—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiodes in which the active layers, e.g. absorption or multiplication layers, form an heterostructure, e.g. SAM structure
    • 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
    • G01J2001/4413—Type
    • G01J2001/442—Single-photon detection or photon counting
    • 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
    • G01J2001/444—Compensating; Calibrating, e.g. dark current, temperature drift, noise reduction or baseline correction; Adjusting
    • 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
    • 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

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

본 발명은 높은 광 검출 효율을 갖는 광자 검출 장치에 관한 것으로, 게이트 신호를 공급받아 제 1 신호를 출력하는 제 1 수광부; 게이트 신호를 공급받아 제 2 신호를 출력하는 제 2 수광부; 및 제 1 수광부로부터의 제 1 신호와 제 2 수광부로부터의 제 2 신호를 근거로 광자의 수신 여부를 판단하는 판단부를 포함하며; 제 1 수광부 및 제 2 수광부 중 제 1 수광부에 광자가 입사되며; 제 2 수광부의 항복 전압이 제 1 수광부의 항복 전압보다 크다.

Description

광자 검출 장치{PHOTON DETECTING DEVICE}
본 발명은 광자 검출 장치에 관한 것으로, 특히 높은 광 검출 효율을 갖는 광자 검출 장치에 대한 것이다.
양자 암호 통신을 비롯한 정보 통신 기술의 발달과 함께 단일 광자 수준의 미약한 광 신호를 검출하는 기술의 중요성이 증가하고 있다.
단일 광자와 같이 세기가 미약한 광 신호를 검출할 수 있는 단일 광자 검출 장치(Single Photon Detector)에서는, 수광소자로서 아발란치 포토 다이오드(Avalanche Photo Diode)가 주로 이용된다.
아발란치 포토 다이오드가 가이거 모드로 동작 되는 단일 광자 검출 장치에서는, 아발란치 포토 다이오드에서 발생되는 아발란치 신호가 미약한 경우 아발란치 포토 다이오드의 정전 용량성 응답 신호에 묻히게 되어, 아발란치 신호 만을 획득(또는 검출)하는데 어려움이 있다.
본 발명은 고속으로 동작하고 높은 광 검출 효율을 갖는 광자 검출 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광자 검출 장치는, 게이트 신호를 공급받아 제 1 신호를 출력하는 제 1 수광부; 상기 게이트 신호를 공급받아 제 2 신호를 출력하는 제 2 수광부; 및 상기 제 1 수광부로부터의 제 1 신호와 상기 제 2 수광부로부터의 제 2 신호를 근거로 광자의 수신 여부를 판단하는 판단부를 포함하며; 상기 제 1 수광부 및 제 2 수광부 중 상기 제 1 수광부에 광자가 입사되며; 상기 제 1 수광부의 항복 전압과 상기 제 2 수광부의 항복 전압이 다르다.
상기 제 2 수광부의 항복 전압은 상기 제 1 수광부의 항복 전압보다 더 크다.
상기 제 2 수광부의 항복 전압은 상기 제 1 수광부의 항복 전압보다 0.1V ~ 10V 더 크다.
상기 제 1 수광부 및 제 2 수광부는 선별된 개개의 모듈로 구성할 수 있다.
상기 제 1 수광부 및 제 2 수광부는 선별된 개개의 칩으로 동일 서브마운트 상에 부착하여 구성할 수 있다.
상기 제 1 수광부 및 제 2 수광부는 동일 기판(substrate) 상에 동시에 제조하여 구성할 수 있다.
상기 동일 기판 상에 형성하는 제 1 수광부의 증폭층과 상기 제 2 수광부의 증폭층은 서로 다른 두께를 갖는다.
상기 동일 기판 상에 형성하는 제 2 수광부의 증폭층은 상기 제 1 수광부의 증폭층보다 더 큰 두께를 갖는다.
상기 동일 기판 상에 형성하는 제 2 수광부의 증폭층은 상기 제 1 수광부의 증폭층보다 5% 내지 50% 더 큰 두께를 갖는다.
상기 동일 기판 상에 형성하는 제 1 수광부의 증폭층과 상기 제 2 수광부의 증폭층은 서로 다른 직경을 갖는다.
상기 동일 기판 상에 형성하는 제 2 수광부의 증폭층은 상기 제 1 수광부의 증폭층보다 더 큰 직경을 갖는다.
광자 검출 장치는 상기 제 1 수광부 및 상기 제 2 수광부가 위치한 기판을 더 포함한다.
상기 제 1 수광부 및 상기 제 2 수광부는 상기 기판의 제 1 면 상에 위치한다.
광자 검출 장치는 상기 기판의 제 1 면과 마주보는 상기 기판의 제 2 면 상에 위치한 차단막을 더 포함한다.
상기 차단막은 상기 제 1 수광부에 대응되게 위치한 투과홀을 갖는다.
광자 검출 장치는 상기 투과홀 내에 위치한 반사 방지막을 더 포함한다.
상기 기판의 제 1 면은 상기 제 1 수광부와 상기 제 2 수광부 사이의 소자 분리홈에 의해 구분된 제 1 영역 및 제 2 영역을 포함하며; 상기 제 1 수광부는 상기 제 1 영역에 위치하고, 상기 제 2 수광부는 상기 제 2 영역에 위치한다.
상기 게이트 신호에 의한 상기 제 1 수광부의 정전 용량성 응답 특성은 상기 게이트 신호에 의한 상기 제 2 수광부의 정전 용량성 응답 특성과 대동소이하다.
상기 제 1 수광부 및 상기 제 2 수광부 중 적어도 하나는 아발란치 포토 다이오드(avalanche photo diode)를 포함한다.
본 발명에 따른 광자 검출 장치는 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 본 발명의 제 2 수광부는 광 또는 광자가 입사되는 제 1 수광부보다 더 큰 항복 전압을 갖는다. 따라서, 동일한 크기의 게이트 신호에 대하여 제 1 수광부는 가이거 모드로 동작하는 반면, 제 2 수광부는 가이거 모드로 동작하지 않는다. 즉, 제 2 수광부는 가이거 모드에서의 역바이어스 상태 보다 더 작은 역바이스 상태에서 동작되므로 제 2 수광부의 아발란치 증폭은 작다. 따라서, 제 2 수광부의 암계수 발생 확률은 감소하며, 이에 따라 제 2 수광부로부터의 노이즈 펄스가 감소하며, 결국 이 노이즈 펄스에 영향을 받는 제 1 수광부 출력의 신뢰성이 향상될 수 있다.
둘째, 제 2 수광부의 노이즈 펄스가 감소하므로, 제 1 수광부 및 제 2 수광부가 하나의 동일한 기판 상에 제조될 수 있다. 따라서, 제 1 수광부의 특성 및 제 2 수광부의 특성이 실질적으로 동일하게 유지될 수 있다. 즉, 제 1 수광부 및 제 2 수광부 간의 특성 편차가 최소화될 수 있다.
셋째, 제 2 수광부의 노이즈 펄스가 감소함에 따라, 제 2 수광부로부터 더 정확한 크기 및 형태의 정전 용량성 응답 신호가 검출될 수 있다.
넷째, 제 1 수광부의 정전 용량성 응답 신호와 제 2 수광부의 정전 용량성 응답 신호가 실질적으로 동일한 특성을 가지므로 작은 아발란치 증폭에 의해 발생된 아발란치 신호도 정확하게 검출될 수 있다.
다섯째, 제 1 수광부의 아발란치 증폭을 작게 하여도 디지털 신호 검출이 가능하므로 애프터펄스 노이즈가 감소할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 광자 검출 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 게이트 신호 발생부로부터 출력된 게이트 신호의 파형을 나타낸 도면이다.
도 3은 제 1 수광부로부터 출력된 제 1 신호의 파형을 나타낸 도면이다.
도 4a 및 도 4b 도 1의 차동부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 서로 다른 항복 전압을 갖는 제 1 수광부 및 제 2 수광부에 인가된 게이트 신호에 따른 아발란치 증폭의 크기를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 아발란치 포토 다이오드의 증폭층 두께에 따른 항복 전압의 변화를 나타낸 특성 곡선이다.
도 7a는 본 발명의 도 1의 수광부의 단면 구조를 나타낸 도면이다.
도 7b는 도 7a에 도시된 화살표 방향으로 수광부를 바라보았을 때의 제 1 증폭층 및 제 2 증폭층의 평면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 공정 단계들, 잘 알려진 소자 구조 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 아래에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 전기적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 그에 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서 제 1, 제 2, 제 3 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소들로부터 구별하는 목적으로 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 벗어나지 않고, 제 1 구성 요소가 제 2 또는 제 3 구성 요소 등으로 명명될 수 있으며, 유사하게 제 2 또는 제 3 구성 요소도 교호적으로 명명될 수 있다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 도 1 내지 도 7b를 참조로 본 발명에 광자 검출 장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 광자 검출 장치를 나타낸 도면이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 광자 검출 장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 수광부(APD), 게이트 신호 발생부(102) 및 판단부(105)를 포함한다.
수광부(APD)는 제 1 수광부(APD1) 및 제 2 수광부(APD2)를 포함한다.
제 1 수광부(APD1)는 아발란치 포토 다이오드를 포함한다. 예를 들어, 제 1 수광부(APD1)는 아발란치 포토 다이오드일 수 있다.
제 2 수광부(APD2)는 아발란치 포토 다이오드를 포함한다. 예를 들어, 제 2 수광부(APD2)는 아발란치 포토 다이오드일 수 있다.
제 1 수광부(APD1)는 제 2 수광부(APD2)에 병렬로 접속된다. 예를 들어, 제 1 수광부(APD1)의 캐소드 전극 및 제 2 수광부(APD2)의 캐소드 전극은 제 1 노드(n1)에 연결되며, 제 1 수광부(APD1)의 애노드 전극은 제 2 노드(n2)에 연결되며, 제 2 수광부(APD2)의 애노드 전극은 제 3 노드(n3)에 연결된다.
제 1 노드(n1)는 게이트 신호 발생부(102)에 연결된다.
제 2 노드(n2)는 저항(R1)에 연결된다. 예를 들어, 제 2 노드(n2)는 저항(R1)의 일측 단자에 연결된다. 이때 이 저항(R1)의 타측 단자는 그라운드(ground)에 연결된다.
제 3 노드(n3)는 저항(R2)에 연결된다. 예를 들어 제 3 노드(n3)는 저항(R3)의 일측 단자에 연결된다. 이때 이 저항(R2)의 타측 단자는 그라운드(ground)에 연결된다.
게이트 신호 발생부(102)는 구형파 형태(예를 들어, 펄스 형태 또는 사인파 형태)의 게이트 신호(GS)를 출력한다. 이 게이트 신호 발생부(102)로부터 출력된 게이트 신호(GS)는 제 1 수광부(APD1) 및 제 2 수광부(APD2)로 공급된다. 다시 말하여, 게이트 신호 발생부(102)로부터의 게이트 신호(GS)는 그 제 1 노드(n1)를 통해 제 1 수광부(APD1)의 캐소드 전극 및 제 2 수광부(APD2)의 캐소드 전극에 각각 인가된다.
게이트 신호 발생부(102)로부터의 게이트 신호(GS)에 의해 제 1 수광부(APD1) 및 제 2 수광부(APD2) 중 적어도 하나는 게이티드 가이거 모드(gated Geiger mode; 이하, 가이거 모드)로 동작한다.
게이트 신호 발생부(102)는 직류 전압원(112) 및 펄스 발생부(111)를 포함한다. 직류 전압원(112)은 직류 전압(Vdc; 예를 들어, 바이어스 전압)을 제공하며, 펄스 발생부(111)는 펄스(PS)를 발생한다. 게이트 신호 발생부(102)는 직류 전압(Vdc)을 기준으로 스윙하는 펄스(PS), 즉 게이트 신호(GS)를 생성한다.
도 2는 도 1의 게이트 신호 발생부(102)로부터 출력된 게이트 신호(GS)의 파형을 나타낸 도면이다.
게이트 신호(GS)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 활성화 기간(Ta) 동안 제 1 전압(Vgh)으로 유지되며, 그 활성화 기간(Ta)을 제외한 나머지 비활성화 기간(Tna) 동안 제 2 전압(Vgl)으로 유지된다. 다시 말하여, 게이트 신호(GS)는 활성화 기간(Ta)에 직류 전압보다 더 높은 제 1 전압(Vgh)으로 유지되며, 비활성화 기간(Tna) 동안 그 제 1 전압(Vgh)보다 더 낮은 제 2 전압(Vgl)으로 유지된다.
게이트 신호(GS)의 제 2 전압(Vgl)은 전술된 직류 전압(Vdc), 즉 바이어스 전압에 해당한다.
도 2의 VG는 게이트 신호(GS)의 진폭을 의미한다. 그리고, 도 2의 ΔV는 항복 전압(VB)과 게이트 신호(GS; 즉, 게이트 신호(GS)의 제 1 전압(Vgh)) 간의 차전압(즉, 차전압의 절대값)으로서, 이 차전압(ΔV)은 오버 바이어스(over bias) 전압을 의미한다.
도 2의 Tg는 게이트 신호(GS)의 한 주기를 의미한다.
외부(예를 들어, 광원)로부터의 광(예를 들어, 광자)는 전술된 활성화 기간(Ta)에 수광부(APD)에 입사된다. 이때, 이 광자는 제 1 수광부(APD1) 및 제 2 수광부(APD2) 중 어느 하나에만 입사된다. 예를 들어, 그 외부로부터의 광자는 제 1 수광부(APD1)에 입사되고, 제 2 수광부(APD2)에는 입사되지 않는다. 이와 같은 경우, 광자를 공급받는 제 1 수광부(APD1)는 주 수광부(APD)로 정의되고, 광자를 공급받지 않는 제 2 수광부(APD2)는 보조 수광부(APD)로 정의될 수 있다.
외부로부터의 광자는 게이트 신호(GS)가 제 1 전압(Vgh)으로 유지되는 활성화 기간(Ta)에 제 1 수광부(APD1)로 입사하도록 제어될 수 있다.
제 1 전압(Vgh)은 제 1 수광부(APD1)의 항복 전압(VB)보다 더 크다. 제 1 전압(Vgh)이 제 1 수광부(APD1)에 인가될 때 제 1 수광부(APD1)는 활성화 기간(Ta) 동안에 가이거 모드로 동작한다.
게이트 신호(GS)는 수십 메가 헤르츠(MHz) 내지 수 기가 헤르츠(GHz)의 주파수를 가질 수 있다.
가이거 모드의 제 1 수광부(APD1)에 광 또는 광자(예를 들어, 단일 광자)가 입사하여 그 제 1 수광부(APD1)에 캐리어(전자-전공 쌍)가 생성되면 전자 또는 정공이 그 제 1 수광부(APD1)의 증폭층으로 이동하여 아발란치 메커니즘에 의해 증폭된다. 예를 들어, 순방향 바이어스시, 아발란치 포토 다이오드(즉, 제 1 수광부(APD1))는 이의 문턱 전압(예를 들면, 약 1.0V) 이상에서 턴-온(Turn-on)된다. 반면, 역방향 바이어스시, 외부에서 인가한 전압이 항복 전압(VB) 이상이 되면 아발란치 포토 다이오드의 PN 접합면에서 높은 전계가 형성된다. 이때, 광자의 흡수에 의해 발생한 전자 또는 정공이 높은 전계가 인가된 증폭층에 주입되면 연속적인 아발란치 증폭(Avalanche impact ionization) 과정을 거쳐 전류로 증폭되는 전자 눈사태 현상(Avalanche breakdown)이 발생한다. 이 시점에서는 역방향 전류가 급격히 증가하게 된다.
아발란치 포토 다이오드의 가이거 모드는 항복 전압 보다 큰 역바이어스 조건에서 수행되는 광검출 동작을 의미한다. 아발란치 포토 다이오드는 항복 전압 이하의 역바이어스 조건에서는 저이득 및 선형적인 광자 검출 특성을 갖는다. 즉, 아발란치 포토 다이오드는 입사된 광자의 수에 비례하는 광전류를 생성한다.
하지만, 아발란치 포토 다이오드는 가이거 모드에서는 선형적인 광검출 특성을 잃어버린다. 광검출을 위한 가이거 모드에서, 아발란치 포토 다이오드는 선형 특성을 잃어버리는 대신 큰 이득을 제공한다.
가이거 모드에서, 아발란치 포토 다이오드는 이론적으로는 단일 광자(Single photon)를 검출하여 광전류(즉, 가이거 전류)로 생성할 수 있다. 따라서, 가이거 모드에서는 상대적으로 큰 광전류가 생성될 수 있으므로 별도의 복잡한 저잡음 증폭기(Low Noise Amplifier) 없이도 광자가 검출될 수 있다.
한편, 아발란치 포토 다이오드는 외부로부터 입사되는 광자가 없는 경우에도 광자가 탐지되었을 때와 동일한 신호를 출력할 수도 있는데, 이러한 탐지 비율을 암계수 발생 확률(Dark Count Probability pre gate: DCP)이라고 한다. 암계수로 표현되는 아발란치 포토 다이오드의 암전류의 발생요인은 크게 세 가지로 구분할 수 있는데, 첫째는 열적 여기에 의한 전자-홀 쌍의 생성, 둘째는 공핍 영역에서 터널효과로 인한 전류 발생, 셋째는 이전에 들어온 빛에 의해 생성된 전하가 갇혀 있다가 다음 번 역바이어스에 의해 아발란치 되는 현상이다.
이러한 단일 광자 검출장치, 특히 아발란치 포토 다이오드가 가이거 모드로 동작 되는 단일 광자 검출 장치에서, 아발란치 현상의 발생 과정 중 생성된 전하 캐리어들(Charge Carriers) 중의 일부는 즉시 소멸되지 않는다. 이에, 완전히 소멸되지 않은 전하 캐리어들은 아발란치 포토 다이오드 내부에 남아 있게 되고, 완전히 소멸되지 않고 아발란치 포토 다이오드 내부에 남아 있는 전하 캐리어들은 다음 게이트 신호(GS)가 그 아발란치 포토 다이오드에 인가될 때 아발란치를 발생시킨다. 이러한 현상을 애프터 펄스 노이즈(after pulse noise) 효과라고 한다. 애프터 펄스 노이즈는 양자정보통신에 있어서 신호대잡음비 감소의 주된 요인이 될 수 있으며, 광자 검출의 고속 동작에 장애가 되는 요인이므로 가급적 애프터 펄스 발생 확률을 낮추는 것이 바람직하다.
아발란치 포토 다이오드의 캐소드 전극에 게이트 신호(GS)의 제 1 전압(Vgh)이 인가되면 이 아발란치 포토 다이오드는 턴-온되며, 이 턴-온된 아발란치 포토 다이오드의 애노드 전극으로부터 신호가 출력된다. 이 신호는 그 아발란치 포토 다이오드 고유의 정전 용량에 기인한 정전 용량성 응답 신호를 포함한다. 이 정전 용량성 응답 신호는 아발란치 신호의 백그라운드(background) 신호로서 작용한다.
예를 들어, 광자와 제 1 전압(Vgh)을 공급받는 제 1 수광부(APD1)로부터 출력된 신호(이하, 제 1 신호)는 아발란치 신호 및 그 제 1 수광부(APD1) 고유의 정전 용량성 응답 신호(이하, 제 1 정전 용량성 응답 신호)를 포함한다. 한편, 제 1 전압(Vgh)을 공급받는 제 2 수광부(APD2)로부터 출력된 신호(이하, 제 2 신호)는 그 제 2 수광부(APD2) 고유의 정전 용량성 응답 신호(이하, 제 2 정전 용량성 응답 신호)를 포함한다. 즉, 광자를 제공받지 않는 제 2 수광부(APD2)는 아발란치 신호는 출력하지 않고, 제 2 정전 용량성 응답 신호를 출력한다.
도 3은 제 1 수광부(APD1)로부터 출력된 제 1 신호(S1)의 파형을 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 신호(S1)는 아발란치 신호(Av) 및 제 1 정전 용량성 응답 신호(Cp1)를 포함한다.
한편, 도시되지 않았지만, 제 2 수광부(APD2)로부터의 제 2 신호는 제 2 정전 용량성 응답 신호를 포함한다. 즉, 전술된 바와 같이, 제 2 수광부(APD2)에는 광자가 입력되지 않으므로, 이 제 2 수광부(APD2)에 제 1 게이트 신호(GS)가 인가되면 제 2 수광부(APD2)는 그 제 2 수광부(APD2) 고유의 정전 용량에 기인한 정전 용량성 응답 신호를 출력한다.
아발란치 신호의 디지털 값은 문턱 값(Vth)을 근거로 결정된다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 아발란치 신호(Av1)가 문턱 값(Vth)보다 작거나 같을 경우, 그 아발란치 신호의 디지털 값은 0으로 결정된다. 반면, 도 3에 도시된 바와 같이, 아발란치 신호(Av2)가 문턱 값(Vth)보다 더 클 경우, 그 아발란치 신호(Av2)의 디지털 값은 1로 결정된다. 아발란치 신호(Av2)의 디지털 값이 1로 결정될 때 제 1 수광부(APD1)에 광자가 입사된 것으로 판단된다.
문턱 값이(Vth) 작을수록 더 작은 크기의 아발란치 신호도 검출될 수 있다. 그러나, 이 문턱 값(Vth)이 제 1 정전 용량성 응답 신호(Cp1)보다 작을 경우, 제 1 정전 용량성 응답 신호(Cp1)에 의해 1의 디지털 값이 산출될 수 있다. 다시 말하여, 제 1 수광부(APD1)에 광자가 입사되지도 않았음에도 불구하고, 1의 디지털 값이 산출될 수 있다. 이러한 오동작을 방지하기 위해 문턱 값(Vth)은 최소한 제 1 정전 용량성 응답 신호(Cp1)보다 더 커야 한다. 그러나, 문턱 값(Vth)이 증가하기 위해서는 제 1 수광부(APD1)의 증폭도가 증가하여야 하며, 제 1 수광부(APD1)의 증폭도가 증가하면 전술된 애프터 펄스 노이즈가 증가하는 문제점이 발생된다.
제 1 수광부(APD1)와 제 2 수광부(APD2)는 실질적으로 동일한 정전 용량성 응답 특성을 갖는다. 다시 말하여, 제 1 정전 용량성 응답 신호(Cp1)는 제 2 정전 용량성 응답 신호와 실질적으로 동일하다. 예를 들어, 제 2 정전 용량성 응답 신호는 도 3의 제 1 정전 용량성 응답 신호(Cp1)와 동일할 수 있다.
판단부(105)는 제 1 수광부(APD1)로부터의 제 1 신호(즉, 아발란치 신호(Av) 및 제 1 정전 용량성 응답 신호(Cp1))와 제 2 수광부(APD2)로부터의 제 2 신호(즉, 제 2 정전 용량성 응답 신호)를 근거로 광자의 수신 여부를 판단한다. 이러한 판단부(105)는 차동부(103) 및 판별부(104)를 포함할 수 있다.
차동부(103)는 제 1 수광부(APD1)의 애노드 전극으로부터 출력된 제 1 신호와 제 2 수광부(APD2)의 애노드 전극으로부터 출력된 제 2 신호를 공급받고, 그 제 1 신호와 제 2 신호의 차이 값을 출력한다.
이 차동부(103)의 동작을 도 4a 및 도 4b를 참조로 설명한다.
도 4a 및 도 4b 도 1의 차동부(103)의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 차동부(103)는 제 2 신호(S2)의 위상을 180도 반전시키고, 그 위상 반전된 제 2 신호(S2)와 제 1 신호(S1)를 합성한다.
전술된 바와 같이, 제 1 정전 용량성 응답 신호(Cp1)와 제 2 정전 용량성 응답 신호(Cp2)가 실질적으로 동일한 크기를 가지므로, 제 1 신호(S1)와 위상 반전된 제 2 신호(S2)가 합성되면 제 1 신호(S1)의 아발란치 신호(Av)만이 검출된다. 즉, 반전된 제 2 신호(S2)의 제 2 정전 용량성 응답 신호(Cp2)는 제 1 정전 용량성 응답 신호(Cp1)와 상반된 극성을 가지므로, 동일한 크기(절대값 기준으로 동일한 크기)의 제 1 정전 용량성 응답 신호(Cp1)와 제 2 정전 용량성 응답 신호(Cp2)의 합은 실질적으로 0이다. 따라서, 도 4b에 도시된 바와 같이, 제 1 신호(S1)와 위상 반전된 제 2 신호(S2) 간의 합성에 의해 생성된 신호(즉, 차동부(103)의 출력 신호)는 아발란치 신호(Av)이다.
이와 같이 본 발명의 광원 검출 장치는 백그라운드 신호인 정전 용량성 응답 신호를 제거할 수 있으므로, 낮은 바이어스 조건 하에서도 상대적으로 높은 광 검출 효율을 나타낸다. 또한, 게이트 신호(GS)의 크기가 낮아질 수 있으므로 애프터 펄스 노이즈 효과에 따른 노이즈도 상당히 줄어들 수 있다.
전술된 제 1 수광부(APD1) 및 제 2 수광부(APD2)는 서로 다른 기판 상에 위치할 수 있다. 예를 들어, 제 1 수광부(APD1)는 제 1 기판 상에 위치하고, 제 2 수광부(APD2)는 그 제 1 기판과 다른 제 2 기판 상에 위치할 수 있다.
제 1 수광부(APD1) 및 제 1 기판을 포함하는 구성 요소를 제 1 모듈로 정의하고, 제 2 수광부(APD2) 및 제 2 기판을 포함하는 구성 요소를 제 2 모듈을 정의할 수 있다. 이와 같이 제 1 수광부(APD1) 및 제 2 수광부(APD2)가 서로 다른 모듈에 독립적으로 위치하는 경우, 제 1 수광부(APD1)의 소자 특성과 제 2 수광부(APD2)의 소자 특성은 상이할 수 있다. 이 제 1 수광부(APD1)의 소자 특성과 제 2 수광부(APD2)의 소자 특성은 튜닝에 의해 동일하게 유지될 수 있다.
한편, 다른 실시예로서, 전술된 제 1 수광부(APD1) 및 제 2 수광부(APD2)는 동일한 하나의 기판 상에 위치할 수 있다. 예를 들어, 제 1 수광부(APD1) 및 제 2 수광부(APD2)는 모두 기판 상에 위치할 수 있다. 제 1 수광부(APD1), 제 2 수광부(APD2) 및 기판은 하나의 모듈에 포함될 수 있다. 이와 같이 제 1 수광부(APD1) 및 제 2 수광부(APD2)가 동일한 모듈에 위치하는 경우, 제 1 수광부(APD1)의 소자 특성과 제 2 수광부(APD2)의 소자 특성은 실질적으로 동일하다.
한편, 또 다른 실시예로서, 제 1 수광부(APD1) 및 제 2 수광부(APD2)는 패터닝된 서브 마운트(sub mount) 상에 하이브리드(hybrid) 방식으로 집적될 수 있다. 이와 같이 제 1 수광부(APD1) 및 제 2 수광부(APD2)가 하이브리드 방식으로 제조될 경우, 용이한 모듈 조립으로 인해 생산성이 증가할 수 있다.
제 1 수광부(APD1) 및 제 2 수광부(APD2)는 서로 다른 항복 전압을 가질 수 있다. 예를 들어, 제 2 수광부(APD2)의 항복 전압은 제 1 수광부(APD1)의 항복 전압보다 더 클 수 있다. 다시 말하여, 광자가 입사되는 제 2 수광부(APD2)는 광자가 입사되지 않는 제 1 수광부(APD1)보다 더 큰 항복 전압을 가질 수 있다. 하나의 예로서, 제 2 수광부(APD2)의 항복 전압은 제 1 수광부(APD1)의 항복 전압보다 0.1V ~ 10V 더 크다.
이와 같이 제 2 수광부(APD2)의 항복 전압이 제 1 수광부(APD1)의 항복 전압보다 더 큰 조건 하에서 동일한 크기의 게이트 신호(GS)가 제 1 수광부(APD1) 및 제 2 수광부(APD2)에 인가될 경우, 그 2개의 수광부(APD)들 중 제 1 수광부(APD1)만이 선택적으로 가이거 모드로 동작된다. 다시 말하여, 제 2 수광부(APD2)의 항복 전압이 제 1 수광부(APD1)의 항복 전압보다 더 큰 경우, 동일한 크기의 게이트 신호(GS)에 대하여 제 1 수광부(APD1)는 가이거 모드로 동작하는 반면 제 2 수광부(APD2)는 가이거 모드로 동작하지 않는다.
이때, 제 1 수광부(APD1) 및 제 2 수광부(APD2)에 인가되는 게이트 신호(GS)는 제 1 수광부(APD1)의 항복 전압 및 제 2 수광부(APD2)의 항복 전압보다 더 클 수 있다. 또 다른 실시예로서, 제 1 수광부(APD1) 및 제 2 수광부(APD2)에 인가되는 게이트 신호(GS)는 제 1 수광부(APD1)의 항복 전압보다 더 크고 제 2 수광부(APD2)의 항복 전압보다 더 작을 수 있다. 이를 도 5를 참조로 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 5는 서로 다른 항복 전압을 갖는 제 1 수광부(APD1) 및 제 2 수광부(APD2)에 인가된 게이트 신호(GS)에 따른 아발란치 증폭의 크기를 설명하기 위한 도면이다.
제 1 수광부(APD1)의 항복 전압이 VB1이고, 제 2 수광부(APD2)의 항복 전압이 VB2일 경우, 게이트 신호(GS)의 제 1 전압(Vgh)은 VB1 및 VB2보다 크다. 이때, VB2가 VB1보다 더 크기 때문에, VB1과 게이트 신호(GS)의 제 1 전압(Vgh) 간의 차전압(ΔV1; 즉, 차전압의 절대값)은 충분히 큰 반면, VB2와 그 게이트 신호(GS)의 제 1 전압(Vgh) 간의 차전압(ΔV2; 즉, 차전압의 절대값)은 상당히 작다. 따라서, 제 1 수광부(APD1)의 아발란치 증폭은 상당히 큰 반면, 제 2 수광부(APD2)의 아발란치 증폭은 상당히 작다. 다시 말하여, 제 1 수광부(APD1)는 가이거 모드로 동작하므로 이의 아발란치 증폭은 큰 반면, 제 2 수광부(APD2)는 가이거 모드에서의 역바이어스 상태 보다 더 작은 역바이스 상태에서 동작되므로 제 2 수광부(APD2)의 아발란치 증폭은 작다. 즉, 제 2 수광부(APD2)의 아발란치 증폭은 가이거 모드로 동작하는 제 1 수광부(APD1)의 아발란치 증폭에 비하여 상당히 작다.
이와 같이 제 2 수광부(APD2)의 아발란치 증폭이 작기 때문에 제 2 수광부(APD2)의 암계수 발생 확률은 감소한다. 그리고, 제 2 수광부(APD2)의 암계수 발생 확률이 감소함에 따라, 이 제 2 수광부(APD2)로부터의 노이즈 펄스가 감소한다. 제 2 수광부(APD2)로부터의 노이즈 펄스는 제 1 수광부(APD1)의 출력에 영향을 줄 수 있는 바, 이와 같이 제 2 수광부(APD2)로부터의 노이즈 펄스가 감소하면 제 1 수광부(APD1) 출력의 신뢰성이 향상될 수 있다.
또한, 제 2 수광부(APD2)의 노이즈 펄스가 감소하면, 게이트 신호(GS)에 의한 제 2 수광부(APD2)의 출력은 이 제 2 수광부(APD2)의 고유의 정전 용량성 응답 신호에 더욱 근접한 형태를 가질 수 있다. 다시 말하여, 제 2 수광부(APD2)의 노이즈 펄스가 감소함에 따라, 제 2 수광부(APD2)로부터 더 정확한 크기 및 형태의 정전 용량성 응답 신호가 검출될 수 있다.
한편, 제 1 수광부(APD1)의 항복 전압이 VB1이고, 제 2 수광부(APD2)의 항복 전압이 VB2'일 경우, 게이트 신호(GS)의 제 1 전압(Vgh)은 VB1보다 크고, VB2'보다 작다. 다시 말하여, V2B'는 게이트 신호(GS)의 제 1 전압(Vgh)보다 더 크다. 따라서, 제 1 수광부(APD1)는 가이거 모드로 동작하는 반면, 제 2 수광부(APD2)는 가이거 모드로 동작하지 않는다.
도 6은 아발란치 포토 다이오드의 증폭층 두께에 따른 항복 전압의 변화를 나타낸 특성 곡선이다.
도 6의 특성 곡선에서 X축은 아발란치 포토 다이오드의 증폭층의 두께를 나타내며, Y축은 아발란치 포토 다이오드의 항복 전압의 크기를 나타낸다.
도 6에 도시된 바와 같이, 아발란치 포토 다이오드의 증폭층의 두께가 제 1 영역(A1)에 위치할 때, 그 아발란치 포토 다이오드의 항복 전압은 증폭층의 두께에 반비례한다. 다시 말하여, 특성 곡선의 제 1 영역(A1)에서 아발란치 포토 다이오드의 항복 전압은 증폭층의 두께에 반비례한다. 따라서, 이 제 1 영역(A1)에서 증폭층의 두께가 증가할수록 항복 전압은 감소한다.
반면, 아발란치 포토 다이오드의 증폭층의 두께가 제 2 영역(A2)에 위치할 때, 그 아발란치 포토 다이오드의 항복 전압은 증폭층의 두께에 비례한다. 다시 말하여, 특성 곡선의 제 2 영역(A2)에서 아발란치 포토 다이오드의 항복 전압은 증폭층의 두께에 비례한다. 따라서, 이 제 2 영역(A2)에서 증폭층의 두께가 증가할수록 항복 전압은 증가한다.
일반적으로 단일광자검출 등에 사용되는 아발란치 포토다이오드는 증폭층 두께가 제 2 영역(A2)에 위치하여야 좋은 특성을 나타낸다. 따라서 제 1 영역(A1)은 고려 대상에서 제외한다.
도 6에서 Tm1 및 Tm2는 서로 다른 2개의 아발란치 포토 다이오드의 증폭층의 두께들을 나타낸 것으로, 이들 Tm1 및 Tm2는 특성 곡선의 제 2 영역(A2)에 위치한다. 예를 들어, Tm1은 전술된 제 1 수광부(APD1)의 증폭층의 두께에 해당하며, Tm2는 전술된 제 2 수광부(APD2)의 증폭층의 두께에 해당한다.
도 6에서 VB1은 Tm1에 대응되는 항복 전압을 나타내며, VB2는 Tm2에 대응되는 항복 전압을 나타낸다. 예를 들어, VB1은 전술된 제 1 수광부(APD1)의 항복 전압에 해당하며, VB2는 전술된 제 2 수광부(APD2)의 항복 전압에 해당한다.
이와 같이 아발란치 포토 다이오드의 항복 전압의 크기는 그 아발란치 포토 다이오드에 포함된 증폭층의 두께에 의해 조절 가능하다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 제 1 수광부(APD1)의 증폭층의 두께 및 제 2 수광부(APD2)의 증폭층의 두께가 모두 특성 곡선의 제 2 영역(A2) 내에서 조절될 때, 제 2 수광부(APD2)가 제 1 수광부(APD1)보다 더 큰 두께의 증폭층을 가질 경우 제 2 수광부(APD2)는 제 1 수광부(APD1)보다 더 큰 항복 전압을 가질 수 있다.
도 7a는 본 발명의 도 1의 수광부(APD)의 단면 구조를 나타낸 도면이고, 도 7b는 도 7a에 도시된 화살표 방향으로 수광부(APD)를 바라보았을 때의 제 1 증폭층(707a) 및 제 2 증폭층(707b)의 위치만을 나타낸 평면도이다.
수광부(APD)는, 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 기판(700), 제 1 도전층(701a; conducting layer), 제 2 도전층(701b), 제 1 광흡수층(702a; absorption layer), 제 2 광흡수층(702b), 제 1 그레이딩층(703a; grading layer), 제 2 그레이딩층(703b), 제 1 전기장 조절층(704a; field control layer), 제 2 전기장 조절층(704b), 제 1 윈도우층(705a; window layer), 제 2 윈도우층(705b), 제 1 애노드 전극(709a), 제 2 애노드 전극(709b), 제 1 캐소드 전극(710a), 제 2 캐소드 전극(710b), 절연막(715), 차단막(800) 및 반사 방지막(900)(anti-reflection layer)을 포함한다.
기판(700)은 소자 분리홈(750)에 의해 정의된 제 1 영역(A1) 및 제 2 영역(A2)을 갖는다. 소자 분리홈(750)은 기판(700)의 서로 마주보는 2개의 변들(11, 22) 사이에 위치할 수 있다. 기판(700)의 서로 마주보는 변들(11, 22)을 각각 제 1 변(11) 및 제 2 변(22)으로 정의하자. 제 1 변(11) 및 제 2 변(22)은 x축 방향으로 서로 마주본다. 제 1 영역(AA1)은 소자 분리홈(750)과 제 1 변(11) 사이에 위치하며, 제 2 영역(AA2)은 소자 분리홈(750)과 제 2 변(22) 사이에 위치한다.
도시되지 않았지만, 본 발명의 수광부(APD)는 소자 분리홈(750) 내에 매립된 소자 분리막을 더 포함할 수 있다. 소자 분리막은 절연 물질을 포함할 수 있다.
기판(700)은 n형 InP(Indium Phosphide)를 포함하는 기판일 수 있다. 또한 기판(700)은 InP를 포함하는 반 절연(semi-insulating) 기판일 수 있다.
제 1 수광부(APD1)는 기판(700)의 제 1 영역(AA1)에 위치하고, 그리고 제 2 수광부(APD2)는 기판(700)의 제 2 영역(AA2)에 위치한다.
제 1 수광부(APD1)는 제 1 도전층(701a), 제 1 광흡수층(702a), 제 1 그레이딩층(703a), 제 1 전기장 조절층(704a), 제 1 윈도우층(705a), 제 1 애노드 전극(709a) 및 제 1 캐소드 전극(710a)을 포함한다. 여기서, 제 1 윈도우층(705a)은 제 1 활성 영역(706a), 제 1 증폭층(707a; multiplication layer) 및 제 1 가드링(708a; guard ring)을 포함한다.
제 2 수광부(APD2)는 제 2 도전층(701b), 제 2 광흡수층(702b), 제 2 그레이딩층(703b), 제 2 전기장 조절층(704b), 제 2 윈도우층(705b), 제 2 애노드 전극(709b) 및 제 2 캐소드 전극(710b)을 포함한다. 여기서, 제 2 윈도우층(705b)은 제 2 활성 영역(706b), 제 2 증폭층(707b) 및 제 2 가드링(708b)을 포함한다.
제 1 도전층(701a) 및 제 2 도전층(701b)은 기판(700) 상에 위치한다. 예를 들어, 제 1 도전층(701a)은 기판(700)의 제 1 영역(AA1)에 위치하며, 제 2 도전층(701b)은 기판(700)의 제 2 영역(AA2)에 위치한다. 구체적으로, 제 1 도전층(701a)은 기판(700)의 제 1 영역(AA1)과 제 1 광흡수층(702a) 사이에 위치하며, 제 2 도전층(701b)은 기판(700)의 제 2 영역(AA2)과 제 2 광흡수층(702b) 사이에 위치한다.
제 1 도전층(701a) 및 제 2 도전층(701b)은 각각 n형 InP를 포함하는 도전층일 수 있다.
제 1 및 제 2 광흡수층(702a, 702b)은 외부로부터 제공된 광자(photon)를 캐리어(carrier), 예를 들어 전하(electron)로 변환한다.
제 1 광흡수층(702a)은 제 1 도전층(701a) 상에 위치하며, 제 2 광흡수층(702b)은 제 2 도전층(701b) 상에 위치한다. 구체적으로, 제 1 광흡수층(702a)은 제 1 도전층(701a)과 제 1 그레이딩층(703a) 사이에 위치하며, 제 2 광흡수층(702b)은 제 2 도전층(701b)과 제 2 그레이딩층(703b) 사이에 위치한다.
제 1 광흡수층(702a) 및 제 2 광흡수층(702b)은 각각 InGaAs(Indium Gallium Arsenide)를 포함하는 광흡수층일 수 있다. 이와 달리, 제 1 광흡수층(702a) 및 제 2 광흡수층(702b)은 각각 InGaAsP(Indium Gallium Arsenide Phosphide)를 포함하는 광흡수층일 수 있다.
제 1 그레이딩층(703a) 및 제 2 그레이딩층(703b)은, 제 1 및 제 2 광흡수층(702a, 702b)으로부터의 캐리어가 제 1 및 제 2 증폭층(707a, 707b)으로 잘 전달될 수 있도록, 광흡수층(702a, 702b)의 에너지 밴드갭(energy band gap)과 전기장 조절층(704a, 704b)의 에너지 밴드갭 사이의 에너지 밴드 갭을 갖는 물질로 구성된다.
제 1 그레이딩층(703a)은 제 1 광흡수층(702a) 상에 위치하며, 제 2 그레이딩층(703b)은 제 2 광흡수층(702b) 상에 위치한다. 구체적으로, 제 1 그레이딩층(703a)은 제 1 광흡수층(702a)과 제 1 전기장 조절층(704a) 사이에 위치하며, 제 2 그레이딩층(703b)은 제 2 광흡수층(702b)과 제 2 전기장 조절층(704b) 사이에 위치한다.
제 1 그레이딩층(703a)은 y축을 따라 수직으로 적층된 복수의 층들을 포함할 수 있다.
제 2 그레이딩층(703b)은 y축을 따라 수직으로 적층된 복수의 층들을 포함할 수 있다.
제 1 그레이딩층(703a) 및 제 2 그레이딩층(703b)은 각각 복수의 InGaAsP를 포함하는 그레이딩층일 수 있다.
제 1 전기장 조절층(704a)은 제 1 증폭층(707a)의 전기장을 조절하며, 제 2 전기장 조절층(704b)은 제 2 증폭층(707b)의 전기장을 조절한다.
제 1 전기장 조절층(704a)은 제 1 그레이딩층(703a) 상에 위치하며, 제 2 전기장 조절층(704b)은 제 2 그레이딩층(703b) 상에 위치한다. 구체적으로, 제 1 전기장 조절층(704a)은 제 1 그레이딩층(703a)과 제 1 윈도우층(705a) 사이에 위치하며, 제 2 전기장 조절층(704b)은 제 2 그레이딩층(703b)과 제 2 윈도우층(705b) 사이에 위치한다.
제 1 전기장 조절층(704a) 및 제 2 전기장 조절층(704b)은 각각 n형 InP를 포함하는 전기장 조절층일 수 있다.
제 1 증폭층(707a) 및 제 2 증폭층(707b)은 제 1 광흡수층(702a) 및 제 2 광흡수층(702b)으로부터 전달된 전하를 증폭한다.
제 1 증폭층(707a)은 제 1 전기장 조절층(704a) 상에 위치하며, 제 2 증폭층(707b)은 제 2 전기장 조절층(704b) 상에 위치한다. 구체적으로, 제 1 증폭층(707a)은 제 1 전기장 조절층(704a)과 제 1 활성 영역(706a) 사이에 위치하며, 제 2 증폭층(707b)은 제 2 전기장 조절층(704b)과 제 2 활성 영역(706b) 사이에 위치한다.
도 7a에 도시된 바와 같이, 제 2 증폭층(707b)의 두께(Tm2)는 제 1 증폭층(707a)의 두께(Tm1)보다 더 크다.
또한, 도 7b에 도시된 바와 같이, 평면적으로 제 1 증폭층(707a) 및 제 2 증폭층(707b)은 각각 원의 형상을 가질 수 있는 바, 이때 제 2 증폭층(707b)의 직경(d2)은 제 1 증폭층(707a)의 직경(d1)보다 더 클 수 있다. 한편, 제 1 증폭층(707a) 및 제 2 증폭층(707b)은 원의 형상 외에도 다른 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 제 1 증폭층(707a) 및 제 2 증폭층(707b)은 각각 타원의 형상을 가질 수 있다.
제 1 증폭층(707a)의 두께는 제 1 활성 영역(706a)의 확산 깊이, 또는 그 제 1 활성 영역(706a)으로의 이온 주입의 깊이 제어, 또는 에피층(epitaxial layer)의 두께 제어를 통해 제어될 수 있다.
제 2 증폭층(707b)의 두께는 제 2 활성 영역(706b)의 확산 깊이, 또는 그 제 2 활성 영역(706b)으로의 이온 주입의 깊이 제어, 또는 에피층(epitaxial layer)의 두께 제어를 통해 제어될 수 있다.
제 1 활성 영역(706a)의 확산 깊이 및 제 2 활성 영역(706b)의 깊이가 다르면 제 1 증폭층(707a)의 두께와 제 2 증폭층(707b)의 두께가 달라진다. 예를 들어, 제 2 활성 영역(706b)의 깊이가 제 1 활성 영역(706a)의 깊이보다 작을 경우, 제 2 증폭층(707b)의 두께는 제 1 증폭층(707a)의 두께보다 더 커진다.
제 1 수광부(APD1)의 제 1 정전 용량성 응답 신호(Cp1)와 제 2 수광부(APD2)의 제 2 정전 용량성 응답 신호(Cp2) 간의 편차를 최소화하기 위해서는, 제 1 전기장 조절층(704a)과 제 1 활성 영역(706a) 사이의 간격(이하, 제 1 간격)과 제 2 전기장 조절층(704b)과 제 2 활성 영역(706b) 사이의 간격(이하, 제 2 간격)이 거의 동일하게 유지되는 것이 바람직하다. 그러나, 전술된 바와 같이, 제 2 증폭층(707b)의 두께(Tm2)가 제 1 증폭층(707a)의 두께(Tm1)보다 더 클 경우 제 2 간격이 제 1 간격보다 더 커진다. 이에 따라, 제 2 수광부(APD2)의 정전 용량이 줄어들어 제 1 정전 용량성 응답 신호(Cp1)와 제 2 정전 용량성 응답 신호(Cp2) 간의 편차가 증가할 수 있다.
한편, 제 2 증폭층(707b)의 직경(d2)이 증가할 경우 전술된 제 2 수광부(APD2)의 정전 용량이 증가할 수 있다. 따라서, 제 2 증폭층(707b)의 두께(Tm2) 변화에 맞춰 그 제 2 증폭층(707b)의 직경(d2)이 증가하면, 제 2 간격이 제 1 간격보다 더 큼에도 불구하고 제 2 수광부(APD2)의 정전 용량과 제 1 수광부(APD1)의 정전 용량이 실질적으로 동일하게 유지될 수 있다. 결국, 제 2 증폭층(707b)의 두께(Tm2) 및 직경(d2)이 제 1 증폭층(707a)의 두께(Tm1) 및 직경(d2)보다 더 클 경우, 제 2 정전 용량성 응답 신호(Cp2)는 제 1 정전 용량성 응답 신호(Cp1)와 실질적으로 동일한 크기를 가질 수 있다.
제 1 증폭층(707a) 및 제 2 증폭층(707b)은 각각 n형 InP를 포함하는 증폭층일 수 있다.
제 1 활성 영역(706a)은 제 1 증폭층(707a) 상에 위치하며, 제 2 활성 영역(706b)은 제 2 증폭층(707b) 상에 위치한다.
제 1 활성 영역(706a) 및 제 2 활성 영역(706b)은 각각 p형 InP를 포함하는 활성 영역일 수 있다.
제 1 가드링(708a)은 제 1 활성 영역(706a)의 외곽에 전계가 집중되는 전기장의 피크를 감소시키며, 제 2 가드링(708b)은 제 2 활성 영역(706b)의 외곽에 전계가 집중되는 전기장의 피크를 감소시킨다.
제 1 가드링(708a)은 제 1 활성 영역(706a)을 둘러싼다. 이를 위해, 제 1 가드링(708a)은 제 1 활성 영역(706a)을 둘러싸는 폐곡선 또는 링(ring) 형상을 가질 수 있다.
제 2 가드링(708b)은 제 2 활성 영역(706b)을 둘러싼다. 이를 위해, 제 2 가드링(708b)은 제 2 활성 영역(706b)을 둘러싸는 폐곡선 또는 링 형상을 가질 수 있다.
절연막(715)은 제 1 윈도우층(705a), 제 2 윈도우층(705b) 및 소자 분리홈(750) 상에 위치한다.
절연막(715)은 제 1 활성 영역(706a), 제 2 활성 영역(706b), 제 1 윈도우층(705a) 및 제 2 윈도우층(705b)의 일부를 노출시키는 비아홀들을 갖는다.
제 1 애노드 전극(709a)은 제 1 활성 영역(706a)을 노출시키는 비아홀을 통해 제 1 활성 영역(706a)에 연결되며, 제 2 애노드 전극(709b)은 제 2 활성 영역(706b)을 노출시키는 비아홀을 통해 제 2 활성 영역(706b)에 연결된다.
제 1 캐소드 전극(710a)은 제 1 윈도우층(705a)을 노출시키는 비아홀을 통해 제 1 윈도우층(705a)에 연결되며, 제 2 캐소드 전극(710b)은 제 2 윈도우층(705b)을 노출시키는 비아홀을 통해 제 2 윈도우층(705b)에 연결된다.
기판(700)의 서로 마주보는 2개의 면들(10, 20)을 각각 제 1 면(10) 및 제 2 면(20)으로 정의하자. 제 1 면(10) 및 제 2 면(20)은 y축 방향으로 서로 마주본다. 전술된 제 1 도전층(701a) 및 제 2 도전층(701b)은 그 기판의 제 1 면(10) 상에 위치한다. 그리고, 차단막(800)은 그 기판(700)의 제 2 면(20) 상에 위치한다. 이때, 차단막(800)은 제 1 증폭층(707a)에 대응되게 위치한 투과홀(850)을 갖는다. 다시 말하여, 차단막(800)은 제 1 영역(AA1)에 대응되게 위치한 투과홀(850)을 갖는다.
차단막(800)은 제 2 증폭층(707b)에 중첩한다. 기판(700)의 제 2 영역(AA2)은 차단막(800)과 제 2 증폭층(707b) 사이에 위치한다.
이 차단막(800)으로 인해, 외부로부터의 광 또는 광자는 제 1 수광부(APD1) 및 제 2 수광부(APD2) 중 제 1 수광부(APD1)에만 입사될 수 있다.
반사 방지막(900)은 투과홀(850) 내에 위치한다. 외부로부터의 광 또는 광자는 투과홀(850) 내의 반사 방지막(900)을 통해 제 1 수광부(APD1)로 제공된다.
한편, 본 발명의 수광부(APD)는 제 1 애노드 전극(709a)과 제 1 활성 영역(706a) 사이에 위치한 오믹 콘택층(731a), 제 1 캐소드 전극(710a)과 제 1 윈도우층(705a) 사이에 위치한 오믹 콘택층(732a), 제 2 애노드 전극(709b)과 제 2 활성 영역(706b) 사이에 위치한 오믹 콘택층(731b) 및 제 2 캐소드 전극(710b)과 제 2 윈도우층(705b) 사이에 위치한 오믹 콘택층(732b) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
102: 게이트 신호 발생부 105: 판단부
APD: 수광부 APD1: 제 1 수광부
APD2: 제 2 수광부 103: 차동부
104: 판별부 GS: 게이트 신호
n1: 제 1 노드 n2: 제 2 노드
Vdc: 직류 전압 PS: 펄스
111: 펄스 발생부 112: 직류 전압원
R: 저항

Claims (15)

  1. 게이트 신호를 공급받아 제 1 신호를 출력하는 제 1 수광부;
    상기 게이트 신호를 공급받아 제 2 신호를 출력하는 제 2 수광부; 및
    상기 제 1 수광부로부터의 제 1 신호와 상기 제 2 수광부로부터의 제 2 신호를 근거로 광자의 수신 여부를 판단하는 판단부를 포함하며;
    상기 제 1 수광부 및 제 2 수광부 중 상기 제 1 수광부에만 선택적으로 광자가 입사되며;
    상기 제 1 수광부 및 제 2 수광부 중 상기 제 1 수광부만 선택적으로 가이거 모드로 동작하도록 상기 제 2 수광부의 항복 전압은 상기 제 1 수광부의 항복 전압보다 더 큰 광자 검출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 수광부의 항복 전압은 상기 제 1 수광부의 항복 전압보다 2V 내지 10V 더 큰 광자 검출 장치
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 수광부의 증폭층과 상기 제 2 수광부의 증폭층은 서로 다른 두께를 갖는 광자 검출 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 수광부의 증폭층은 상기 제 1 수광부의 증폭층보다 더 큰 두께를 갖는 광자 검출 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 수광부의 증폭층은 상기 제 1 수광부의 증폭층보다 5% 내지 50% 더 큰 두께를 갖는 광자 검출 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 수광부의 증폭층과 상기 제 2 수광부의 증폭층은 서로 다른 직경을 갖는 광자 검출 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 수광부의 증폭층은 상기 제 1 수광부의 증폭층보다 더 큰 직경을 갖는 광자 검출 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 수광부 및 상기 제 2 수광부가 동일 기판상에 형성되는 것을 특징으로 하는 광자 검출 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 수광부 및 상기 제 2 수광부는 상기 기판의 제 1 면 상에 위치하는 광자 검출 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 기판의 제 1 면과 마주보는 상기 기판의 제 2 면 상에 위치한 차단막을 더 포함하는 광자 검출 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 차단막은 상기 제 1 수광부에 대응되게 위치한 투과홀을 갖는 광자 검출 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 투과홀 내에 위치한 반사 방지막을 더 포함하는 광자 검출 장치.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 기판의 제 1 면은 상기 제 1 수광부와 상기 제 2 수광부 사이의 소자 분리홈에 의해 구분된 제 1 영역 및 제 2 영역을 포함하며;
    상기 제 1 수광부는 상기 제 1 영역에 위치하고, 상기 제 2 수광부는 상기 제 2 영역에 위치하는 광자 검출 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 게이트 신호에 의한 상기 제 1 수광부의 정전 용량성 응답 특성은 상기 게이트 신호에 의한 상기 제 2 수광부의 정전 용량성 응답 특성과 실질적으로 동일한 광자 검출 장치.






  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 게이트 신호는 상기 제 1 수광부의 항복 전압보다 크고 상기 제 2 수광부의 항복 전압보다 작은 광자 검출 장치.






KR1020170114816A 2017-09-07 2017-09-07 광자 검출 장치 KR102394731B1 (ko)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170114816A KR102394731B1 (ko) 2017-09-07 2017-09-07 광자 검출 장치
US16/645,346 US11619545B2 (en) 2017-09-07 2018-07-11 Detection of photon by pairing avalanche photodiodes with different threshold voltages
JP2020535944A JP7004824B2 (ja) 2017-09-07 2018-07-11 光子検出装置及び光子検出方法
EP18854799.6A EP3678195A4 (en) 2017-09-07 2018-07-11 PHOTON DETECTION DEVICE AND PHOTON DETECTION METHOD
PCT/KR2018/007849 WO2019050146A1 (ko) 2017-09-07 2018-07-11 광자 검출 장치 및 광자 검출 방법
CN201880058409.5A CN111406325B (zh) 2017-09-07 2018-07-11 光子检测装置和光子检测方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170114816A KR102394731B1 (ko) 2017-09-07 2017-09-07 광자 검출 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190027686A KR20190027686A (ko) 2019-03-15
KR102394731B1 true KR102394731B1 (ko) 2022-05-04

Family

ID=65634348

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170114816A KR102394731B1 (ko) 2017-09-07 2017-09-07 광자 검출 장치

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11619545B2 (ko)
EP (1) EP3678195A4 (ko)
JP (1) JP7004824B2 (ko)
KR (1) KR102394731B1 (ko)
CN (1) CN111406325B (ko)
WO (1) WO2019050146A1 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7162204B2 (ja) * 2019-03-28 2022-10-28 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 光検出器
KR102283699B1 (ko) * 2019-11-28 2021-07-30 주식회사 우리로 단일 광자 검출장치, 단일 광자 검출장치에 이용되는 아발란치 포토다이오드 및 이의 제조방법
CN113884280B (zh) * 2021-12-08 2022-03-22 武汉市聚芯微电子有限责任公司 一种单光子光电器件的测量方法、装置
CN114300567A (zh) * 2021-12-29 2022-04-08 上海集成电路研发中心有限公司 雪崩光电二极管及其制备方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101672509B1 (ko) * 2015-06-05 2016-11-03 에스케이텔레콤 주식회사 단일광자검출장치 및 그 장치에 채용되는 수광소자

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06224463A (ja) * 1993-01-22 1994-08-12 Mitsubishi Electric Corp 半導体受光装置
JPH07322431A (ja) 1994-03-29 1995-12-08 Fuji Electric Co Ltd ガス絶縁開閉装置
JP4132860B2 (ja) 2002-02-15 2008-08-13 独立行政法人科学技術振興機構 光子検出器とそれを用いた量子通信装置及び量子計算機
KR100464452B1 (ko) * 2002-04-15 2005-01-03 삼성전자주식회사 애벌런치 포토다이오드 및 그 제조방법
JP2004264097A (ja) 2003-02-28 2004-09-24 Mitsubishi Electric Corp 光子検出装置
JP4755854B2 (ja) 2005-06-02 2011-08-24 富士通株式会社 半導体受光装置及びその製造方法
US8072595B1 (en) 2005-08-29 2011-12-06 Optech Ventures, Llc Time correlation system and method
WO2007102430A1 (ja) * 2006-03-06 2007-09-13 Nihon University 光通信波長帯高速単一光子検出器
US7964435B2 (en) * 2007-03-07 2011-06-21 Princeton Lightware, Inc. Method for dopant diffusion
US10636929B2 (en) * 2009-04-30 2020-04-28 Massachusetts Institute Of Technology Cross-talk suppression in Geiger-mode avalanche photodiodes
KR101333806B1 (ko) 2009-12-04 2013-11-29 한국전자통신연구원 단기 전압 스파이크 제거 방법 및 그 장치
US8598505B2 (en) 2009-12-04 2013-12-03 Electronic and Telcommunications Research Institute Method and apparatus for cancellation of transient voltage spike
US8754356B2 (en) * 2010-10-06 2014-06-17 Electronics And Telecommunications Research Institute Single photon detector and photon number resolving detector
US9012860B2 (en) 2012-05-15 2015-04-21 Princeton Lightwave, Inc. Dual-SPAD-based single-photon receiver
GB2513408B (en) * 2013-04-26 2017-12-13 Toshiba Res Europe Limited A photon detector and a photon detection method
JP2016062996A (ja) * 2014-09-16 2016-04-25 株式会社東芝 光検出器
KR101685494B1 (ko) 2014-10-24 2016-12-13 한국과학기술연구원 단일 광자 검출 장치 및 단일 광자 검출 방법
EP3564711A4 (en) * 2016-12-27 2020-07-15 Shimadzu Corporation PHOTODETECTOR
US10580909B2 (en) * 2017-08-29 2020-03-03 Sensl Technologies Ltd. Semiconductor photomultiplier with improved operating voltage range

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101672509B1 (ko) * 2015-06-05 2016-11-03 에스케이텔레콤 주식회사 단일광자검출장치 및 그 장치에 채용되는 수광소자

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019050146A1 (ko) 2019-03-14
US20210050461A1 (en) 2021-02-18
KR20190027686A (ko) 2019-03-15
JP7004824B2 (ja) 2022-01-21
CN111406325A (zh) 2020-07-10
EP3678195A1 (en) 2020-07-08
JP2020533611A (ja) 2020-11-19
EP3678195A4 (en) 2021-06-09
CN111406325B (zh) 2023-11-14
US11619545B2 (en) 2023-04-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102394731B1 (ko) 광자 검출 장치
US6683294B1 (en) Avalanche photo-diodes
US11402263B2 (en) Optical sensor and method of operating an optical sensor
JP2012531753A (ja) 半導体アバランシェ増幅による低レベル信号検出
US10431707B2 (en) Monolithically integrated photodetector and receiver
Ferraro et al. Position sensing and high bandwidth data communication using impact ionization engineered APD arrays
Berger MSM photodiodes
US4518255A (en) Temperature tracking range finder
WO2019204438A1 (en) Crosstalk mitigation circuit for lidar pixel receivers
US5296698A (en) Lateral photo-sensing device, opt-electronic integrated circuit using the lateral photo-sensing device and photo-logic device using the lateral photo-sensing device
KR102368114B1 (ko) 서로 다른 2개의 모드로 동작되는 단일광자 검출소자 중 어느 하나로 동작할 수 있는 아발란치 포토 다이오드
Berger Metal-semiconductor-metal photodetectors
Singh et al. Impulse response measurement in the HgCdTe avalanche photodiode
WO2021100088A1 (ja) アバランシェフォトダイオード
KR102054165B1 (ko) 단일 광자 검출장치, 단일 광자 검출장치에 이용되는 아발란치 포토다이오드 및 이에 연결되는 회로 기판
KR102314915B1 (ko) 암전류의 발생을 최소화한 단일광자 검출장치 및 시스템
US20230062555A1 (en) Avalanche photodiode gain compensation for wide dynamic range
KR102283699B1 (ko) 단일 광자 검출장치, 단일 광자 검출장치에 이용되는 아발란치 포토다이오드 및 이의 제조방법
US20210043791A1 (en) Lateral interband type ii engineered (lite) detector
JP2011176094A (ja) フォトダイオード
Linga et al. Advanced SWIR APDs for multimode applications
KR20220153360A (ko) 에벌런치 광 검출기
JPS6244827B2 (ko)
Tang et al. A Hybrid Quenching and Active Reset Circuit for High-Speed SPAD Detectors
US7485950B2 (en) Impact ionization amplification apparatus method and system

Legal Events

Date Code Title Description
N231 Notification of change of applicant
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant