WO2020121857A1 - 光検出装置及び光検出装置の製造方法 - Google Patents

光検出装置及び光検出装置の製造方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2020121857A1
WO2020121857A1 PCT/JP2019/046907 JP2019046907W WO2020121857A1 WO 2020121857 A1 WO2020121857 A1 WO 2020121857A1 JP 2019046907 W JP2019046907 W JP 2019046907W WO 2020121857 A1 WO2020121857 A1 WO 2020121857A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
apd
semiconductor layer
main surface
temperature compensating
semiconductor
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/046907
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
弘典 園部
Original Assignee
浜松ホトニクス株式会社
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 浜松ホトニクス株式会社 filed Critical 浜松ホトニクス株式会社
Priority to JP2020559152A priority Critical patent/JPWO2020121857A1/ja
Priority to EP19896585.7A priority patent/EP3896411A4/en
Priority to US17/311,803 priority patent/US20220020786A1/en
Priority to CN201980082009.2A priority patent/CN113167643B/zh
Publication of WO2020121857A1 publication Critical patent/WO2020121857A1/ja
Priority to JP2024071818A priority patent/JP2024096235A/ja

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor 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
    • H01L31/02Details
    • H01L31/02016Circuit arrangements of general character for the devices
    • H01L31/02019Circuit arrangements of general character for the devices for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/02027Circuit 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
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/1443Devices controlled by radiation with at least one potential jump or surface barrier
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J1/44Electric circuits
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/1446Devices controlled by radiation in a repetitive configuration
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor 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
    • H01L31/02Details
    • H01L31/0224Electrodes
    • H01L31/022408Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/022416Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier comprising ring electrodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor 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
    • H01L31/0248Semiconductor 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 characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0352Semiconductor 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 characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
    • H01L31/035272Semiconductor 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 characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/03529Shape of the potential jump barrier or surface barrier
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor 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
    • H01L31/08Semiconductor 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
    • H01L31/10Semiconductor 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
    • H01L31/101Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/102Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
    • H01L31/107Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiodes
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J1/44Electric circuits
    • G01J2001/444Compensating; Calibrating, e.g. dark current, temperature drift, noise reduction or baseline correction; Adjusting
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J1/44Electric circuits
    • G01J2001/4446Type of detector
    • G01J2001/446Photodiode
    • G01J2001/4466Avalanche

Definitions

  • the present invention relates to a photodetector and a method for manufacturing the photodetector.
  • Patent Document 1 A configuration is known in which a bias voltage applied to an avalanche photodiode is controlled in order to perform stable light detection with respect to temperature (for example, Patent Document 1).
  • Patent Document 1 a voltage according to the breakdown voltage of the temperature compensating diode is applied to the avalanche photodiode as a bias voltage.
  • APD the "avalanche photodiode" is referred to as "APD”.
  • Patent Document 1 in order to realize temperature compensation for the multiplication factor of the signal detection APD, an APD having the same temperature characteristics as the signal detection APD is used as the above-mentioned temperature compensation diode.
  • an inspection for selecting and combining APDs having a desired temperature characteristic with respect to the relationship between the amplification factor and the bias voltage is required. Therefore, it is difficult to reduce the manufacturing cost of the photodetector including the two APDs having desired temperature characteristics.
  • Photodetectors are used for various purposes. Therefore, it is required to secure the detection accuracy of the photodetector under the environment corresponding to each application. For example, when the photodetector is used for in-vehicle use, it is required to secure detection accuracy in a high temperature environment of 100° C. or higher. However, under such a high temperature environment, thermal carriers are generated in the semiconductor substrate forming the APD. When the generated carriers reach the APD, photon shot noise is generated in the detection result of the APD.
  • One aspect of the present invention is to provide a photodetector with improved detection accuracy while suppressing manufacturing costs. Another aspect of the present invention is to provide a method for manufacturing a photodetection device with improved detection accuracy while suppressing manufacturing cost. Yet another aspect of the present invention is to provide a photodetector with improved detection accuracy while suppressing manufacturing costs.
  • temperature compensation of the multiplication factor of the APD is performed by applying a voltage corresponding to the breakdown voltage applied to the temperature compensation diode to the APD as a bias voltage.
  • the photodetector includes a semiconductor substrate.
  • the semiconductor substrate has a first main surface and a second main surface facing each other.
  • the APD and the temperature compensating diode are formed apart from each other when viewed from the direction orthogonal to the first main surface.
  • the semiconductor substrate has a peripheral carrier absorption portion that absorbs carriers located in the periphery.
  • the peripheral carrier absorption portion surrounds the APD when viewed from the direction orthogonal to the first main surface. A part of the peripheral carrier absorption portion is located between the APD and the temperature compensating diode when viewed from the direction orthogonal to the first main surface.
  • the peripheral carrier absorption portion surrounds the APD when viewed from the direction orthogonal to the first main surface. Therefore, the carriers generated by the heat generated in the semiconductor substrate under the high temperature environment are prevented from reaching the APD, and the detection accuracy is improved.
  • the APD and the temperature compensating diode are formed on the same semiconductor substrate.
  • the temperature compensating diode and the APD having the same temperature characteristics with respect to the amplification factor and the bias voltage can be easily formed with higher accuracy than in the case where the temperature compensating diode and the APD are formed on different semiconductor substrates. Therefore, temperature compensation for the multiplication factor can be realized while suppressing the manufacturing cost.
  • the temperature compensation diode may emit light.
  • the temperature compensating diode emits light
  • the light emitted from the temperature compensating diode generates carriers in the semiconductor substrate. Therefore, when the temperature compensating diode and the APD are formed on the same semiconductor substrate, the carrier may affect the detection result of the APD.
  • the peripheral carrier absorption portion is located between the APD and the temperature compensation diode. Therefore, carriers generated by the temperature compensating diode emitting light are absorbed by the peripheral carrier absorption unit before reaching the APD. As a result, carriers caused by the temperature compensating diode are prevented from reaching the APD, and the detection accuracy is further improved.
  • an avalanche photodiode array including an avalanche photodiode may be formed on the first main surface side of the semiconductor substrate.
  • the peripheral carrier absorption part may surround the avalanche photodiode array when viewed from the direction orthogonal to the first main surface.
  • a part of the peripheral carrier absorption portion may be located between the avalanche photodiode array and the temperature compensating diode when viewed from the direction orthogonal to the first main surface.
  • the photodetector may include a first electrode, a second electrode, and a third electrode.
  • the first electrode may be connected to the APD and output a signal from the APD.
  • the second electrode may be connected to a temperature compensating diode.
  • the third electrode may be connected to the peripheral carrier absorption section. In this case, a desired potential can be applied to each of the APD, the temperature compensation diode, and the peripheral carrier absorption section. If a voltage is applied to the peripheral carrier absorbing portion, carriers generated due to the temperature compensating diode can be further absorbed.
  • a fourth electrode may be provided.
  • An APD, a temperature compensating diode, and a peripheral carrier absorbing portion may be connected in parallel to the fourth electrode. Since the APD and the temperature compensation diode are connected in parallel, a potential according to the breakdown voltage of the temperature compensation diode can be applied to the APD. Since the peripheral carrier absorption unit is also connected in parallel to the APD and the temperature compensation diode, a potential can be applied to the peripheral carrier absorption unit without providing a separate power supply. If a voltage is applied to the peripheral carrier absorbing portion, carriers generated due to the temperature compensating diode can be further absorbed.
  • the semiconductor substrate may include a semiconductor region of the first conductivity type.
  • the APD and the temperature compensating diode may each include a first semiconductor layer and a second semiconductor layer.
  • the first semiconductor layer may have a second conductivity type different from the first conductivity type.
  • the second semiconductor layer may be of the first conductivity type having an impurity concentration higher than that of the semiconductor region.
  • the second semiconductor layer may be located between the semiconductor region and the first semiconductor layer.
  • the temperature compensating diode has the same structure as the APD. Therefore, it is possible to easily form a temperature compensating diode whose temperature characteristics regarding the amplification factor and the bias voltage are very similar to those of the APD.
  • the peripheral carrier absorption part may include a third semiconductor layer of the second conductivity type.
  • carriers generated due to the temperature compensating diode can be further absorbed in the peripheral carrier absorbing portion.
  • the peripheral carrier absorption part may include a third semiconductor layer of the first conductivity type.
  • carriers generated due to the temperature compensating diode can be further absorbed in the peripheral carrier absorbing portion.
  • the impurity concentration in the second semiconductor layer of the temperature compensation diode may be higher than the impurity concentration in the second semiconductor layer of the APD. In this case, temperature compensation for the multiplication factor of the APD operating in the linear mode can be realized.
  • a semiconductor wafer having a first main surface and including a semiconductor region of the first conductivity type is prepared.
  • the semiconductor wafer by implanting ions into a first location and a second location that are separated from each other when viewed from a direction orthogonal to the first main surface, to each of the first location and the second location, A first semiconductor layer and a second semiconductor layer are formed.
  • the first semiconductor layer has a second conductivity type different from the first conductivity type.
  • the second semiconductor layer is located between the semiconductor region and the first semiconductor layer.
  • the second semiconductor layer is of the first conductivity type having a higher impurity concentration than the semiconductor region.
  • ions are further implanted into the second semiconductor layer at the first location.
  • the APD and the temperature compensating diode are formed on the same semiconductor substrate.
  • the temperature compensating diode and the APD having the same temperature characteristics with respect to the amplification factor and the bias voltage can be manufactured more easily and with higher accuracy than in the case where the temperature compensating diode and the APD are formed on different semiconductor substrates. In other words, temperature compensation for the multiplication factor can be realized while suppressing the manufacturing cost.
  • the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are formed in each of the first location and the second location by implanting ions in the first location and the second location. After that, ions are further implanted into the second semiconductor layer at the first location.
  • the temperature compensating diode and the APD that have the same temperature characteristics with respect to the amplification factor and the bias voltage but are set to desired breakdown voltages. If the temperature compensating diode and the APD are respectively set to desired breakdown voltages, detection accuracy can be improved.
  • the first semiconductor layer is formed at each of the first location and the second location by a single ion implantation process, and the second conductivity type is provided at the third location.
  • the third location may be separated from the first location and the second location when viewed in a direction orthogonal to the first principal surface.
  • the first semiconductor layer and the third semiconductor layer may be formed by implanting impurity ions of the second conductivity type into the first location, the second location and the third location.
  • the second semiconductor layer may be formed by implanting impurity ions of the first conductivity type into the first location and the second location.
  • the peripheral carrier absorption portion is formed without increasing the number of ion implantation steps. Therefore, the manufacturing cost is reduced.
  • a photodetector includes a semiconductor substrate.
  • the semiconductor substrate has a first main surface and a second main surface facing each other.
  • the semiconductor substrate has a first APD, a second APD, and a peripheral carrier absorption section.
  • the first APD has a light incident surface on the first main surface side.
  • the second APD is separated from the first APD when viewed from a direction orthogonal to the first main surface and is shielded from light.
  • the peripheral carrier absorption portion surrounds the first APD when viewed from the direction orthogonal to the first main surface.
  • the peripheral carrier absorption part absorbs carriers located in the periphery.
  • a part of the peripheral carrier absorption portion is located between the first APD and the second APD when viewed from the direction orthogonal to the first main surface.
  • the peripheral carrier absorption portion surrounds the APD when viewed from the direction orthogonal to the first main surface. Therefore, the carriers generated by the heat generated in the semiconductor substrate under the high temperature environment are prevented from reaching the APD, and the detection accuracy is improved.
  • the two APDs are formed on the same semiconductor substrate.
  • two APDs having a desired temperature characteristic can be formed more easily and with higher accuracy than when two APDs are formed on different semiconductor substrates. Therefore, it is possible to realize a photodetection device including two APDs having desired temperature characteristics while suppressing manufacturing costs.
  • the second APD may emit light.
  • the light emitted from the one APD generates carriers in the semiconductor substrate. Therefore, the carriers generated due to the second APD may affect the detection result of the first APD.
  • a part of the peripheral carrier absorption part is located between the first APD and the second APD. Therefore, the carriers generated by the second APD emitting light are absorbed by the peripheral carrier absorption unit before reaching the first APD. As a result, carriers caused by the second APD are prevented from reaching the first APD, and detection accuracy is improved.
  • the manufacturing cost can be suppressed and the detection accuracy can be improved.
  • One aspect of the present invention can provide a photodetection device with improved detection accuracy while suppressing manufacturing costs.
  • Another aspect of the present invention can provide a method for manufacturing a photodetection device with improved detection accuracy while suppressing manufacturing costs.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the photodetector according to this embodiment.
  • FIG. 2 is a plan view of the photodetector.
  • FIG. 3 is a schematic plan view of the semiconductor substrate.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the circuit configuration of the photodetector.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a photodetector according to a modified example of this embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic plan view of a semiconductor substrate according to a modified example of this embodiment.
  • FIG. 7 is a schematic plan view of a semiconductor substrate according to a modified example of this embodiment.
  • FIG. 8 is a schematic plan view of a semiconductor substrate according to a modified example of this embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the photodetector according to this embodiment.
  • FIG. 2 is a plan view of the photodetector.
  • FIG. 3 is a schematic plan view of the semiconductor substrate.
  • FIG. 9 is a schematic plan view of a semiconductor substrate according to a modified example of this embodiment.
  • FIG. 10 is a schematic plan view of a semiconductor substrate according to a modified example of this embodiment.
  • FIG. 11 is a schematic plan view of a semiconductor substrate according to a modified example of this embodiment.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining the circuit configuration of the photodetector according to the modified example of the present embodiment.
  • FIG. 13 is a flowchart for explaining the method of manufacturing a semiconductor substrate.
  • the photodetector 1 includes a semiconductor substrate 10.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of a photodetector.
  • FIG. 2 is a plan view of the photodetector.
  • FIG. 3 is a schematic plan view of a semiconductor substrate included in the photodetector.
  • the semiconductor substrate 10 has an APD 11 and a temperature compensating diode 12.
  • the APD 11 and the temperature compensating diode 12 have the same temperature characteristic with respect to the relationship between the amplification factor and the bias voltage.
  • the breakdown voltage of the APD 11 and the breakdown voltage of the temperature compensating diode 12 are different.
  • the breakdown voltage of the APD 11 is higher than the breakdown voltage of the temperature compensating diode 12.
  • the photodetector 1 by applying a breakdown voltage to the temperature compensating diode 12, a voltage corresponding to the breakdown voltage is applied to the APD 11 as a bias voltage.
  • the breakdown voltage of the temperature compensating diode 12 is applied to the APD 11 as a bias voltage.
  • the APD 11 and the temperature compensating diode 12 have the same temperature characteristic with respect to the relationship between the amplification factor and the bias voltage.
  • the breakdown voltage applied to the temperature compensating diode 12 changes. Due to the change in the breakdown voltage applied to the temperature compensating diode 12, the bias voltage applied to the APD 11 also changes according to the environmental temperature so that the amplification factor of the APD 11 is maintained. That is, in the photodetector 1, the temperature compensation diode 12 performs temperature compensation of the amplification factor of the APD 11.
  • the semiconductor substrate 10 has main surfaces 10a and 10b facing each other.
  • the APD 11 and the temperature compensating diode 12 are formed on the semiconductor substrate 10 so as to be separated from each other when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a.
  • the APD 11 has a light incident surface 11a on the main surface 10a side.
  • the temperature compensating diode 12 is a light-shielded APD.
  • the semiconductor substrate 10 has a peripheral carrier absorption portion 13 in addition to the APD 11 and the temperature compensation diode 12. A part of the peripheral carrier absorption portion 13 is located between the APD 11 and the temperature compensating diode 12 when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a.
  • the peripheral carrier absorption portion 13 surrounds the APD 11.
  • the peripheral carrier absorbing portion 13 is a region that absorbs carriers located in the periphery.
  • the semiconductor substrate 10 includes a semiconductor region 21 and semiconductor layers 31, 32, 33, 34 and 35.
  • the APD 11 and the temperature compensating diode 12 include a semiconductor region 21 and semiconductor layers 31, 32 and 35, respectively.
  • the peripheral carrier absorption part 13 includes a semiconductor region 21 and semiconductor layers 33 and 35.
  • the peripheral carrier absorption portion 13 absorbs carriers located in the periphery of the semiconductor layer 33. That is, the semiconductor layer 33 functions as a peripheral carrier absorption layer that absorbs peripheral carriers.
  • the peripheral carrier absorption portion 13 is a portion surrounded by the edges 13a and 13b of the peripheral carrier absorption layer in the semiconductor substrate 10 when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a.
  • the edges 13a and 13b are edges of the semiconductor layer 33. The edge 13b is located closer to the APD 11 side than the edge 13a.
  • the semiconductor region 21 and the semiconductor layers 32, 34, 35 are of the first conductivity type, and the semiconductor layers 31, 33 are of the second conductivity type.
  • the semiconductor impurities are added by, for example, a diffusion method or an ion implantation method.
  • the first conductivity type is P type and the second conductivity type is N type.
  • a group 13 element such as B is used as the P-type impurity, and a group 15 element such as N, P, or As is used as the N-type impurity.
  • the semiconductor region 21 is located on the main surface 10a side of the semiconductor substrate 10.
  • the semiconductor region 21 constitutes a part of the main surface 10a.
  • the semiconductor region 21 is, for example, P ⁇ type.
  • the semiconductor layer 31 constitutes a part of the main surface 10a.
  • the semiconductor layer 31 is in contact with the semiconductor region 21 and is surrounded by the semiconductor region 21 when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10 a.
  • the semiconductor layer 31 is, for example, N + type.
  • the semiconductor layer 31 constitutes a cathode in each of the APD 11 and the temperature compensating diode 12.
  • the semiconductor layer 32 is located between the semiconductor region 21 and the semiconductor layer 31. In other words, the semiconductor layer 32 is in contact with the semiconductor layer 31 on the main surface 10a side and is in contact with the semiconductor region 21 on the main surface 10b side.
  • the semiconductor layer 32 has a higher impurity concentration than the semiconductor region 21.
  • the semiconductor layer 32 is, for example, P-type.
  • the impurity concentration of the semiconductor layer 32 of the temperature compensating diode 12 is higher than the impurity concentration of the semiconductor layer 32 of the APD 11.
  • the semiconductor layer 32 constitutes an avalanche region in each of the APD 11 and the temperature compensating diode 12.
  • the semiconductor layer 33 constitutes a part of the main surface 10a.
  • the semiconductor layer 33 is in contact with the semiconductor region 21 and surrounded by the semiconductor region 21 when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10 a.
  • the peripheral carrier absorption portion 13 is composed of the semiconductor layer 33 and is in contact with only the semiconductor region 21 in the semiconductor substrate 10.
  • the peripheral carrier absorption portion 13 does not include a layer corresponding to the avalanche region.
  • the semiconductor layer 33 has the same impurity concentration as that of the semiconductor layer 31.
  • the semiconductor layer 33 is, for example, N + type.
  • the semiconductor layer 34 constitutes a part of the main surface 10a.
  • the semiconductor layer 34 is in contact with the semiconductor region 21 and is surrounded by the semiconductor region 21 when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10 a.
  • the semiconductor layer 34 has a higher impurity concentration than the semiconductor region 21 and the semiconductor layer 32.
  • the semiconductor layer 34 is, for example, a P + type.
  • the semiconductor layer 34 is connected to the semiconductor layer 35 at a portion not shown.
  • the semiconductor layer 34 constitutes the anode of the photodetector 1.
  • the semiconductor layer 34 constitutes, for example, the anode of the APD 11, the temperature compensating diode 12, and the peripheral carrier absorbing portion 13.
  • the semiconductor layer 35 is located closer to the main surface 10b of the semiconductor substrate 10 than the semiconductor region 21 is.
  • the semiconductor layer 35 constitutes the entire main surface 10b.
  • the semiconductor layer 35 is in contact with the semiconductor region 21 on the main surface 10a side.
  • the semiconductor layer 35 has a higher impurity concentration than the semiconductor region 21 and the semiconductor layer 32.
  • the semiconductor layer 35 is, for example, a P + type.
  • the semiconductor layer 35 constitutes the anode of the photodetector 1.
  • the semiconductor layer 35 constitutes, for example, the APD 11, the temperature compensating diode 12, and the anode of the peripheral carrier absorbing portion 13.
  • the photodetector 1 further includes an insulating film 41, electrodes 42, 43, 44, 45, a passivation film 46, and an antireflection film 47, which are provided on the main surface 10 a of the semiconductor substrate 10.
  • the insulating film 41 is stacked on the main surface 10a of the semiconductor substrate 10.
  • the insulating film 41 is, for example, a silicon oxide film.
  • the electrodes 42, 43, 44 and 45 are arranged on the insulating film 41, respectively.
  • the passivation film 46 is laminated on the insulating film 41 and the electrodes 42, 43, 44, 45.
  • the antireflection film 47 is laminated on the main surface 10 a of the semiconductor substrate 10.
  • the electrode 42 penetrates the insulating film 41 and is connected to the semiconductor layer 31 of the APD 11. A part of the electrode 42 is exposed from the passivation film 46 and constitutes the pad electrode 52 of the APD 11. The electrode 42 outputs the signal from the APD 11 at the pad electrode 52.
  • the electrode 43 penetrates the insulating film 41 and is connected to the semiconductor layer 31 of the temperature compensating diode 12. A part of the electrode 43 is exposed from the passivation film 46 and constitutes the pad electrode 53 of the temperature compensating diode 12, for example.
  • the electrode 44 penetrates the insulating film 41 and is connected to the semiconductor layer 33 of the peripheral carrier absorption portion 13. Part of the electrode 44 is exposed from the passivation film 46, and constitutes the pad electrode 54 of the peripheral carrier absorption portion 13, for example.
  • the electrode 45 penetrates the insulating film 41 and is connected to the semiconductor layer 34. That is, the electrode 45 is connected to the APD 11, the temperature compensation diode 12, and the peripheral carrier absorption unit 13. In other words, the APD 11, the temperature compensating diode 12, and the peripheral carrier absorbing portion 13 are connected to the electrode 45 in parallel with each other. A part of the electrode 45 is exposed from the passivation film 46 and constitutes, for example, a pad electrode 55.
  • the pad electrodes 52, 53, 54, 55 are arranged around the APD 11 as shown in FIG. 2 when the photodetector 1 is viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a.
  • the pad electrode 52 is a pad electrode for the cathode of the APD 11.
  • the pad electrode 53 is a pad electrode for the cathode of the temperature compensating diode 12.
  • the pad electrode 54 is a pad electrode for the cathode of the peripheral carrier absorption portion 13.
  • the pad electrode 55 is a pad electrode for the APD 11, the temperature compensating diode 12, and the anode of the peripheral carrier absorbing portion 13.
  • the APD 11, the temperature compensation diode 12, and the peripheral carrier absorption unit 13 are connected in parallel to each other to the pad electrode 55.
  • a reverse bias is applied to the APD 11, the temperature compensation diode 12, and the peripheral carrier absorption unit 13, a positive voltage is applied to the cathode pad electrode and a negative voltage is applied to the anode pad electrode.
  • the antireflection film 47 is laminated on the semiconductor layer 31 of the APD 11. A part of the antireflection film 47 is exposed from the passivation film 46. Therefore, the light transmitted through the antireflection film 47 can enter the semiconductor layer 31 of the APD 11.
  • the semiconductor layer 31 of the temperature compensation diode 12 and the semiconductor layer 33 of the peripheral carrier absorption portion 13 are covered with an insulating film 41 and shielded from light. Therefore, when the photodetector 1 is viewed from the main surface 10a side in the direction orthogonal to the main surface 10a, the semiconductor layer 31 of the APD 11 is visible as shown in FIG.
  • the semiconductor layer 31 of the temperature compensating diode 12 and the semiconductor layer 33 of the peripheral carrier absorption portion 13 are not visible.
  • FIG. 3 is a schematic plan view of the semiconductor substrate 10 viewed from the main surface 10a side in a direction orthogonal to the main surface 10a.
  • the semiconductor layer 31 of the APD 11 and the semiconductor layer 31 of the temperature compensating diode 12 are circular when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a.
  • the semiconductor layer 33 of the peripheral carrier absorption portion 13 has an annular shape when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a, and surrounds the semiconductor layer 31 while being separated from the semiconductor layer 31 of the APD 11.
  • a part of the semiconductor layer 33 is located between the semiconductor layer 31 of the APD 11 and the semiconductor layer 31 of the temperature compensating diode 12 when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a.
  • the peripheral carrier absorption portion 13 is located between the APD 11 and the temperature compensating diode 12 when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a.
  • the shortest distance between the APD 11 and the peripheral carrier absorbing portion 13 is the peripheral carrier absorbing portion. It is smaller than the shortest distance between the portion 13c of 13 and the temperature compensating diode 12.
  • the portion 13c is the portion of the edges 13a and 13b of the peripheral carrier absorption portion 13 that is closest to the APD 11 on the line segment that connects the APD 11 and the temperature compensation diode 12 with the shortest distance.
  • the portion 13c is the portion of the edge 13b of the peripheral carrier absorption portion 13 that is closest to the temperature compensating diode 12 when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a.
  • the distance L1 when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a, on the line segment connecting the semiconductor layer 31 of the APD 11 and the semiconductor layer 31 of the temperature compensating diode 12 with the shortest distance, the distance L1 is equal to the distance L2. Smaller than. As shown in FIGS. 1 and 3, the distance L1 is the shortest distance between the semiconductor layer 31 of the APD 11 and the peripheral carrier absorption portion 13 when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a. The distance L2 is the shortest distance between the portion 13c of the peripheral carrier absorption portion 13 and the semiconductor layer 31 of the temperature compensating diode 12 when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a.
  • L2/L1 is, for example, more than 1 and 50 or less. L2/L1 may be 20 or more and 50 or less.
  • the distance between the semiconductor layer 32 of the APD 11 and the semiconductor layer 32 of the temperature compensating diode 12 is the shortest distance on the line segment.
  • L3 is smaller than the distance L4.
  • the distance L3 is the shortest distance between the semiconductor layer 32 of the APD 11 and the peripheral carrier absorption portion 13 when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a.
  • the distance L4 is the shortest distance between the portion 13c of the peripheral carrier absorption portion 13 and the semiconductor layer 32 of the temperature compensating diode 12 when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a.
  • the photodetector 1 is used with the power supply 61 and the current limiting circuit 62 connected to the pad electrode 55.
  • the power supply 61 has a positive electrode side connected to the ground 63 and a negative electrode side connected to the pad electrode 55 via the current limiting circuit 62.
  • the pad electrodes 53 and 54 are connected to the grounds 64 and 65, respectively.
  • the grounds 64 and 65 may be connected to each other.
  • the pad electrode 52 is connected to a signal read circuit (not shown).
  • the pad electrode 55 is connected to the P + type semiconductor layer 34, and the semiconductor layer 34 is connected to the P + type semiconductor layer 35. Therefore, the anodes of the APD 11, the temperature compensating diode 12, and the peripheral carrier absorption portion 13 are connected to the pad electrode 55 in parallel with each other. As a result, the power supply 61 applies a negative potential to the anodes of the APD 11, the temperature compensating diode 12, and the peripheral carrier absorbing portion 13.
  • the difference between the potential applied to the pad electrode 53 and the potential applied to the pad electrode 55 is the breakdown voltage of the temperature compensating diode 12. Therefore, a potential corresponding to the breakdown voltage applied to the temperature compensating diode 12 is applied to the anode of the APD 11. As a result, a voltage corresponding to the breakdown voltage applied to the temperature compensating diode 12 is applied to the APD 11 as a bias voltage. Similarly, a voltage corresponding to the breakdown voltage applied to the temperature compensating diode 12 is also applied as a bias voltage to the anode of the peripheral carrier absorption unit 13.
  • the breakdown voltage of the temperature compensating diode 12 is applied to the pad electrode 55 by connecting the combination of the power supply 61 and the current limiting circuit 62 to the pad electrode 55. Therefore, the breakdown voltage of the temperature compensation diode 12 is applied as a bias voltage to the APD 11 and the peripheral carrier absorption unit 13.
  • the output voltage of the power supply 61 is equal to or higher than the operating voltage of the APD 11. In other words, the output voltage of the power supply 61 is equal to or higher than the upper limit of the temperature fluctuation of the breakdown voltage of the temperature compensating diode 12.
  • the output voltage of the power supply 61 is 300V or higher.
  • the current limiting circuit 62 is composed of, for example, a current mirror circuit or a resistor.
  • the multiplication factor of the APD 11 can be arbitrarily set according to the breakdown voltage difference between the temperature compensating diode 12 and the APD 11. If the amplification factor of the APD 11 is set to the optimum multiplication factor Mopt having a high S/N ratio, the detection accuracy can be improved.
  • the APD 11, the temperature compensating diode 12, and the anode of the peripheral carrier absorption portion 13 are integrally configured by the semiconductor layer 35.
  • the potential applied to the pad electrode 53 is 0 V and the breakdown voltage of the temperature compensating diode 12 is 130 V under the environmental temperature of 25° C.
  • the anode of the APD 11 and the peripheral carrier absorbing portion 13 are not affected.
  • a potential of -130V is applied to the anode. Therefore, when the breakdown voltage of the APD 11 is 150 V under the environmental temperature of 25° C., the APD 11 operates in a state where the potential difference between the anode and the cathode is 20 V lower than the breakdown voltage.
  • the APD 11 and the temperature compensating diode 12 have the same temperature characteristics with respect to the relationship between the amplification factor and the bias voltage. Therefore, as long as the temperature compensating diode 12 is in the breakdown state, the APD 11 operates while maintaining the amplification factor when a bias voltage 20 V lower than the breakdown voltage is applied under the environmental temperature of 25° C. .. In other words, in the photodetection device 1, the voltage that brings the temperature compensating diode 12 into the breakdown state is applied to the temperature compensating diode 12, so that the temperature compensation of the amplification factor of the APD 11 is realized.
  • the photodetector 1 may have a configuration in which the reach-through type APD 11 operates in the Geiger mode.
  • a quenching resistor is connected to the APD 11.
  • the semiconductor substrate 10 is configured such that the impurity concentration of the semiconductor layer 32 of the temperature compensating diode 12 is lower than the impurity concentration of the semiconductor layer 32 of the APD 11.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the photodetector according to this modification.
  • FIG. 6 is a schematic plan view of the semiconductor substrate shown in FIG.
  • This modification is generally similar to or the same as the above-described embodiment.
  • the present modification has been described with respect to the point that the semiconductor layer 31 of the temperature compensating diode 12 and the semiconductor layer 33 of the peripheral carrier absorption portion 13 are connected by the semiconductor layer of the same conductivity type as the semiconductor layers 31 and 33. It differs from the form.
  • differences between the above-described embodiment and the modified examples will be mainly described.
  • the semiconductor substrate 10A has a semiconductor layer 71 that connects the semiconductor layer 31 of the temperature compensation diode 12 and the semiconductor layer 33 of the peripheral carrier absorption portion 13.
  • the semiconductor layer 71 has the same conductivity type as the semiconductor layers 31 and 33.
  • the semiconductor layer 71 has the same second conductivity type as the semiconductor layers 31 and 33, and is located at the same height as the semiconductor layers 31 and 33 in the thickness direction of the semiconductor substrate 10.
  • the semiconductor layer 71 is, for example, N + type.
  • the semiconductor layer 31 of the APD 11 and the semiconductor layer 31 of the temperature compensating diode 12 are circular when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a.
  • the semiconductor layer 33 of the peripheral carrier absorption portion 13 has an annular shape when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a, and surrounds the semiconductor layer 31 while being separated from the semiconductor layer 31 of the APD 11.
  • a part of the semiconductor layer 33 is located between the semiconductor layer 31 of the APD 11 and the semiconductor layer 31 of the temperature compensating diode 12 when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a.
  • the peripheral carrier absorption portion 13 is located between the APD 11 and the temperature compensating diode 12 when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a.
  • the semiconductor layer 71 is located between the semiconductor layer 31 of the APD 11 and the semiconductor layer 31 of the temperature compensating diode 12 when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a, and the edge 13a of the peripheral carrier absorption part 13 and the temperature compensating diode 12 are provided. Is connected to the semiconductor layer 33.
  • the semiconductor layer 71 and the semiconductor layer 31 of the temperature compensating diode 12 are integrated so that the boundary cannot be recognized.
  • the semiconductor layer 71 and the semiconductor layer 33 of the peripheral carrier absorption portion 13 are integrated so that the boundary cannot be recognized.
  • FIGS. 7 to 10 are schematic plan views of a semiconductor substrate of a photodetector according to another modification. These variations are generally similar or the same as the embodiments described above. These modified examples are different from the above-described embodiments in that the photodetector has a semiconductor substrate on which an APD array including a plurality of APDs is formed. Hereinafter, differences between the above-described embodiment and the modified examples will be mainly described.
  • the semiconductor substrate 10B shown in FIG. 7 has an APD array 80 including a plurality of APDs 81, a temperature compensating diode 82, and a peripheral carrier absorbing portion 83 on the main surface 10a side.
  • the APD array 80 is formed on the semiconductor substrate 10B so as to be separated from the temperature compensating diode 82 and the peripheral carrier absorption portion 83 when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a.
  • Each APD 81 is formed on the semiconductor substrate 10B so as to be separated from each other when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a.
  • the plurality of APDs 81 and the temperature compensating diodes 82 have a rectangular shape of the same size, and are arranged in a line in one direction. In the semiconductor substrate 10B, the plurality of APDs 81 are arranged at equal intervals. The temperature compensating diode 82 is located at the end of the array of the plurality of APDs 81 and the temperature compensating diode 82.
  • the peripheral carrier absorption portion 83 surrounds the APD array 80 when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a.
  • a part of the peripheral carrier absorption portion 83 is located between the APD array 80 and the temperature compensating diode 82 when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a.
  • a part of the peripheral carrier absorption portion 83 is located between the temperature compensating diode 82 and the APD 81a closest to the temperature compensating diode 82 among the plurality of APDs 81 when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a. Is located in.
  • Each APD 81 and the temperature compensating diode 82 include the semiconductor region 21 and the semiconductor layers 31, 32 and 35 similarly to the APD 11 and the temperature compensating diode 12 in the above-described embodiment.
  • the peripheral carrier absorption portion 83 includes the semiconductor region 21 and the semiconductor layers 33 and 35.
  • the semiconductor layer 33 of the peripheral carrier absorption portion 83 has an annular shape when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a.
  • the peripheral carrier absorption portion 83 absorbs carriers located in the periphery of the semiconductor layer 33.
  • the peripheral carrier absorption portion 83 means a portion surrounded by the edges 83a and 83b of the peripheral carrier absorption layer in the semiconductor substrate 10B when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a.
  • the edges 83a and 83b are edges of the semiconductor layer 33.
  • the edge 83b is located closer to the APD 81 than the edge 83a.
  • the APD 81a, the temperature compensating diode 82, and the peripheral carrier absorbing section 83 have the same positional relationship as the APD 11, the temperature compensating diode 12, and the peripheral carrier absorbing section 13 in the above-described embodiment.
  • the distance L1 is equal to the distance L2. Smaller than.
  • the distance L1 is the shortest distance between the semiconductor layer 31 of the APD 81a and the peripheral carrier absorption portion 83 when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a.
  • the distance L2 is the shortest distance between the portion 83c of the peripheral carrier absorption portion 83 and the semiconductor layer 31 of the temperature compensating diode 82 when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a.
  • the portion 83c is the portion of the edges 83a and 83b of the peripheral carrier absorption portion 83 that is closest to the APD 81a on the line segment that connects the APD 81a and the temperature compensation diode 82 with the shortest distance.
  • L2/L1 is, for example, more than 1 and 50 or less. L2/L1 may be 20 or more and 50 or less.
  • the distance L3 is It is smaller than the distance L4.
  • the distance L3 is the shortest distance between the semiconductor layer 32 of the APD 81a and the peripheral carrier absorption portion 83 when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a.
  • the distance L4 is the shortest distance between the portion 83c of the peripheral carrier absorption portion 83 and the semiconductor layer 32 of the temperature compensation diode 82 when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a.
  • the semiconductor substrate 10C shown in FIG. 8 has an APD array 85 including a plurality of APDs 86, a temperature compensating diode 87, and peripheral carrier absorbing portions 88 and 89 on the main surface 10a side.
  • the APD array 85 is formed on the semiconductor substrate 10C so as to be separated from the temperature compensating diode 87 and the peripheral carrier absorbing portions 88 and 89 when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a.
  • Each APD 86 is formed on the semiconductor substrate 10C so as to be separated from each other when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a.
  • the plurality of APDs 86 and the temperature compensating diodes 87 have a rectangular shape of the same size and are arranged in one line in one direction.
  • the plurality of APDs 86 are arranged in two groups.
  • the temperature compensating diode 87 is arranged between the two groups when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a.
  • the temperature compensating diode 87 is sandwiched between two APD arrays 85a and 85b in each of which a plurality of APDs 86 are arranged.
  • the plurality of APDs 86 are arranged at equal intervals.
  • the APD array 85a and the APD array 85b are arranged in line symmetry with a straight line passing through the temperature compensating diode 87 as an axis in a direction parallel to the main surface 10a and orthogonal to the arrangement direction of the plurality of APDs 86.
  • the peripheral carrier absorbing parts 88 and 89 surround the plurality of APDs 86 for each of the groups described above when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a.
  • the peripheral carrier absorption unit 88 surrounds the APD array 85a.
  • the peripheral carrier absorption portion 89 surrounds the APD array 85b.
  • the peripheral carrier absorption portion 88 and the peripheral carrier absorption portion 89 are arranged in line symmetry with a straight line passing through the temperature compensating diode 87 as an axis in a direction parallel to the main surface 10a and orthogonal to the arrangement direction of the plurality of APDs 86.
  • the peripheral carrier absorption portions 88 and 89 have the annular semiconductor layer 33 when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a.
  • a part of the peripheral carrier absorption portion 88 is located between the APD array 85a and the temperature compensating diode 87 when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a.
  • a part of the peripheral carrier absorption portion 88 is a temperature compensation diode 87 and a temperature compensation diode of the plurality of APDs 86 included in the APD array 85a when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a. It is located between APD 86a closest to 87.
  • a part of the peripheral carrier absorption portion 89 is located between the APD array 85b and the temperature compensating diode 87 when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a.
  • a part of the peripheral carrier absorption portion 89 is viewed from a direction orthogonal to the main surface 10a, and the temperature compensation diode 87 and the temperature compensation diode among the plurality of APDs 86 included in the APD array 85b. It is located between APD 86b closest to 87.
  • Each APD 86 and the temperature compensating diode 87 include the semiconductor region 21 and the semiconductor layers 31, 32, and 35 similarly to the APD 11 and the temperature compensating diode 12 in the above-described embodiment.
  • the peripheral carrier absorption portions 88 and 89 include the semiconductor region 21 and the semiconductor layers 33 and 35.
  • the semiconductor layer 33 of the peripheral carrier absorption portions 88 and 89 is annular when viewed in the direction orthogonal to the main surface 10a.
  • the peripheral carrier absorbing portions 88 and 89 absorb carriers located in the periphery of the semiconductor layer 33.
  • the peripheral carrier absorption portion 88 means a portion surrounded by the edges 88a and 88b of the peripheral carrier absorption layer in the semiconductor substrate 10C when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a.
  • the peripheral carrier absorption portion 89 means a portion surrounded by the edges 89a and 89b of the peripheral carrier absorption layer in the semiconductor substrate 10C when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a.
  • the edges 88a, 88b, 89a, 89b are the edges of the semiconductor layer 33.
  • the edge 88b is located closer to the APD 86 side than the edge 88a.
  • the edge 89b is located closer to the APD 86 than the edge 89a.
  • the APD 86a, the temperature compensation diode 87, and the peripheral carrier absorption unit 88 have the same positional relationship as the APD 11, the temperature compensation diode 12, and the peripheral carrier absorption unit 13 in the above-described embodiment.
  • the APD 86b, the temperature compensation diode 87, and the peripheral carrier absorption unit 89 have the same positional relationship as the APD 11, the temperature compensation diode 12, and the peripheral carrier absorption unit 13.
  • the distance L1 is smaller than the distance L2. Is also small.
  • the distance L1 is the shortest distance between the semiconductor layer 31 of the APD 86a and the peripheral carrier absorption portion 88 when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a, and the semiconductor layer 31 and the periphery of the APD 86b. It is the shortest distance to the carrier absorption portion 89.
  • the distance L2 is the shortest distance between the portion 88c of the peripheral carrier absorption portion 88 and the semiconductor layer 31 of the temperature compensating diode 87 as viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a, and the portion of the peripheral carrier absorption portion 89.
  • 89c is the shortest distance between the temperature compensation diode 87 and the semiconductor layer 31.
  • the portion 88c is the portion of the edges 88a, 88b of the peripheral carrier absorption portion 88 that is closest to the APD 86a on the line segment that connects the APD 86a and the temperature compensation diode 87 with the shortest distance.
  • the portion 89c is the portion of the edges 89a, 89b of the peripheral carrier absorption portion 89 that is closest to the APD 86b on the line segment that connects the APD 86b and the temperature compensation diode 87 with the shortest distance.
  • L2/L1 is, for example, more than 1 and 50 or less. L2/L1 may be 20 or more and 50 or less.
  • the semiconductor substrate 10D shown in FIG. 9 has an APD array 90 including a plurality of APDs 91, a temperature compensating diode 92, and a peripheral carrier absorbing portion 93 on the main surface 10a side.
  • the APD array 90 is formed on the semiconductor substrate 10D so as to be separated from the temperature compensating diode 92 and the peripheral carrier absorbing portion 93 when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a.
  • Each APD 91 is formed on the semiconductor substrate 10D so as to be separated from each other when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a.
  • the plurality of APDs 91 have a rectangular shape of the same size and are arranged in one line in one direction. In the semiconductor substrate 10D, the plurality of APDs 91 are arranged at equal intervals.
  • the temperature compensating diode 92 and the APD array 90 are arranged in a direction orthogonal to the direction in which the plurality of APDs 91 are arranged and parallel to the main surface 10a.
  • the peripheral carrier absorption portion 93 surrounds the APD array 90 when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a.
  • a part of the peripheral carrier absorption portion 93 is located between the APD array 90 and the temperature compensating diode 92 when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a.
  • a part of the peripheral carrier absorption portion 93 is located between the temperature compensating diode 92 and the APD 91a closest to the temperature compensating diode 92 among the plurality of APDs 91 when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a. Is located in.
  • the APD 91a is an APD located in the center of the APD array 90 among the plurality of APDs 91.
  • Each APD 91 and the temperature compensating diode 92 include the semiconductor region 21 and the semiconductor layers 31, 32 and 35 similarly to the APD 11 and the temperature compensating diode 12 in the above-described embodiment.
  • the peripheral carrier absorption portion 93 includes the semiconductor region 21 and the semiconductor layers 33 and 35.
  • the semiconductor layer 33 of the peripheral carrier absorption portion 93 has a ring shape when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a.
  • the peripheral carrier absorbing portion 93 absorbs carriers located in the periphery of the semiconductor layer 33.
  • the peripheral carrier absorption portion 93 means a portion surrounded by the edges 93a and 93b of the peripheral carrier absorption layer in the semiconductor substrate 10D when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a.
  • the edges 93a and 93b are edges of the semiconductor layer 33.
  • the edge 93b is located closer to the APD 91 side than the edge 93a.
  • the APD 91a, the temperature compensating diode 92, and the peripheral carrier absorbing section 93 have the same positional relationship as the APD 11, the temperature compensating diode 12, and the peripheral carrier absorbing section 13 in the above-described embodiment.
  • the semiconductor substrate 10E shown in FIG. 10 has an APD array 95 including a plurality of APDs 96, a temperature compensating diode 97, and a peripheral carrier absorbing portion 98 on the main surface 10a side.
  • the APD array 95 is formed on the semiconductor substrate 10E so as to be separated from the temperature compensating diode 97 and the peripheral carrier absorbing portion 98 when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a.
  • Each APD 96 is formed on the semiconductor substrate 10E so as to be separated from each other when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a.
  • the plurality of APDs 96 have a rectangular shape of the same size and are two-dimensionally arranged in a matrix. In the semiconductor substrate 10E, the plurality of APDs 96 are arranged at equal intervals. The temperature compensating diode 97 and the APD array 95 are arranged in the column direction of the plurality of APDs 96.
  • the peripheral carrier absorption portion 98 surrounds the APD array 95 when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a.
  • a part of the peripheral carrier absorption portion 98 is located between the APD array 95 and the temperature compensating diode 97 when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a.
  • a part of the peripheral carrier absorption unit 98 is located between the temperature compensating diode 97 and the APD 96a closest to the temperature compensating diode 97 among the plurality of APDs 96 when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a. Is located in.
  • the APD 96a is the APD located in the center of the row closest to the temperature compensation diode 97 among the plurality of APDs 96.
  • Each APD 96 and the temperature compensating diode 97 include the semiconductor region 21 and the semiconductor layers 31, 32 and 35 similarly to the APD 11 and the temperature compensating diode 12 in the above-described embodiment.
  • the peripheral carrier absorption portion 98 includes the semiconductor region 21 and the semiconductor layers 33 and 35.
  • the peripheral carrier absorbing portion 98 absorbs carriers located in the periphery of the semiconductor layer 33.
  • the peripheral carrier absorption portion 98 means a portion surrounded by the edges 98a and 98b of the peripheral carrier absorption layer in the semiconductor substrate 10E when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a.
  • the edges 98a and 98b are edges of the semiconductor layer 33.
  • the edge 98b is located closer to the APD 96 than the edge 98a is.
  • the APD 96a, the temperature compensating diode 97, and the peripheral carrier absorbing unit 98 have the same positional relationship as the APD 11, the temperature compensating diode 12, and the peripheral carrier absorbing unit 13 in the above-described embodiment.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of the photodetector according to this modification.
  • This modification is generally similar to or the same as the above-described embodiment.
  • This modification is different from the above-described embodiment in that a so-called reverse APD is formed on the semiconductor substrate of the photodetector and that the APD of the semiconductor substrate operates in the Geiger mode.
  • the semiconductor substrate 10 shown in FIG. 1 has a so-called reach-through type APD, and the APD operates in a linear mode.
  • the semiconductor substrate 10F of the photodetector 1F according to the present modification has a so-called reverse type APD, and the APD operates in Geiger mode.
  • the above-described embodiment and the modified examples will be mainly described.
  • the semiconductor substrate 10F has an APD 101, a temperature compensating diode 102, and a peripheral carrier absorbing portion 103 corresponding to the APD 11, the temperature compensating diode 12, and the peripheral carrier absorbing portion 13 of the semiconductor substrate 10, respectively.
  • the APD 101 has a light incident surface 101a corresponding to the light incident surface 11a of the APD 11 on the main surface 10a side.
  • the semiconductor substrate 10F includes a semiconductor region 21 and semiconductor layers 31, 33, 34, 35 and 36.
  • the semiconductor substrate 10F differs from the semiconductor substrate 10 in that the semiconductor layer 36 is included instead of the semiconductor layer 32.
  • the APD 101 and the temperature compensating diode 102 include a semiconductor region 21 and semiconductor layers 31, 35 and 36, respectively. As shown in FIG. 11, the semiconductor layer 34 is in contact with the semiconductor layer 35.
  • the peripheral carrier absorption unit 103 includes the semiconductor region 21 and the semiconductor layers 33 and 35.
  • the peripheral carrier absorbing portion 103 absorbs carriers located in the periphery of the semiconductor layer 33. That is, the semiconductor layer 33 functions as a peripheral carrier absorption layer that absorbs peripheral carriers.
  • the peripheral carrier absorption portion 103 is a portion surrounded by the edges 103a and 103b of the peripheral carrier absorption layer in the semiconductor substrate 10F when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a.
  • the edges 103a and 103b are edges of the semiconductor layer 33.
  • the edge 103b is located closer to the APD 101 side than the edge 103a.
  • the semiconductor layer 36 is located between the semiconductor region 21 and the semiconductor layer 35.
  • the semiconductor layer 36 is in contact with the semiconductor region 21 on the main surface 10a side and is in contact with the semiconductor layer 35 on the main surface 10b side.
  • the impurity concentration of the semiconductor layer 36 of the temperature compensating diode 102 is lower than the impurity concentration of the semiconductor layer 36 of the APD 101.
  • the semiconductor region 21 and the semiconductor layers 31, 33, 36 are of the first conductivity type, and the semiconductor layers 34, 35 are of the second conductivity type.
  • the first conductivity type is the P type and the second conductivity type is the N type.
  • a group 13 element such as B is used as the P-type impurity, and a group 15 element such as N, P, or As is used as the N-type impurity.
  • the semiconductor layers 31 and 33 have a higher impurity concentration than the semiconductor region 21.
  • the semiconductor layer 36 has a higher impurity concentration than the semiconductor region 21 and a lower impurity concentration than the semiconductor layers 31 and 33.
  • semiconductor region 21 is of P ⁇ type
  • semiconductor layers 31 and 33 are of P + type
  • semiconductor layer 36 is of P type, for example.
  • the semiconductor layer 31 constitutes an anode in each of the APD 101 and the temperature compensation diode 102.
  • the semiconductor layer 34 has the same impurity concentration as the semiconductor layer 35.
  • the semiconductor layers 34 and 35 are, for example, N + type.
  • the semiconductor layers 34 and 35 form the cathode of the photodetector 1F.
  • the semiconductor layers 34 and 35 constitute, for example, the APD 101, the temperature compensating diode 102, and the cathode of the peripheral carrier absorbing portion 103.
  • a quenching resistor 105 is provided on a part of the electrode 42.
  • the quenching resistor 105 is electrically connected to the P + type semiconductor layer 31 in the APD 101.
  • the quenching resistor 105 is electrically connected to the pad electrode 52 on the side opposite to the semiconductor layer 31.
  • the pad electrode 52 is a pad electrode for the anode of the APD 101.
  • the pad electrode 53 is a pad electrode for the anode of the temperature compensating diode 102.
  • the pad electrode 54 is a pad electrode for the anode of the peripheral carrier absorption portion 103.
  • the pad electrode 55 is a pad electrode for the cathode of the APD 101, the temperature compensating diode 102, and the peripheral carrier absorbing portion 103.
  • the APD 101, the temperature compensating diode 102, and the peripheral carrier absorbing unit 103 are connected to the pad electrode 55 in parallel with each other.
  • a reverse bias is applied to the APD 101, the temperature compensation diode 102, and the peripheral carrier absorption unit 103, a positive voltage is applied to the anode pad electrode and a negative voltage is applied to the cathode pad electrode.
  • the shortest distance between the APD 101 and the peripheral carrier absorbing portion 103 is the peripheral carrier absorbing portion. It is smaller than the shortest distance between the portion 103c of 103 and the temperature compensating diode 102.
  • the portion 103c is the portion of the edges 103a and 103b of the peripheral carrier absorption portion 103 that is closest to the APD 101 on the line segment that connects the APD 101 and the temperature compensation diode 102 with the shortest distance.
  • the portion 103c is the portion of the edge 103b of the peripheral carrier absorption portion 103 that is closest to the temperature compensating diode 102 when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a.
  • the distance L1 when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a, on the line segment connecting the semiconductor layer 31 of the APD 101 and the semiconductor layer 31 of the temperature compensating diode 102 with the shortest distance, the distance L1 is equal to the distance L2. Smaller than.
  • the distance L1 is the shortest distance between the semiconductor layer 31 of the APD 101 and the peripheral carrier absorption portion 103 when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a.
  • the distance L2 is the shortest distance between the portion 103c of the peripheral carrier absorption portion 103 and the semiconductor layer 31 of the temperature compensating diode 92 when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a.
  • L2/L1 is, for example, more than 1 and 50 or less. L2/L1 may be 20 or more and 50 or less.
  • the distance between the semiconductor layer 36 of the APD 101 and the semiconductor layer 36 of the temperature compensating diode 102 is the shortest distance on the line segment.
  • L3 is smaller than the distance L4.
  • the distance L3 is the shortest distance between the semiconductor layer 36 of the APD 101 and the peripheral carrier absorption portion 103 when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a.
  • the distance L4 is the shortest distance between the portion 103c of the peripheral carrier absorption portion 103 and the semiconductor layer 36 of the temperature compensating diode 102 when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a.
  • the photodetector 1F is used with the power supply 61 and the current limiting circuit 62 connected to the pad electrode 55.
  • the power supply 61 has the negative electrode side connected to the ground 63 and the positive electrode side connected to the pad electrode 55 via the current limiting circuit 62.
  • the pad electrodes 53 and 54 are connected to the grounds 64 and 65, respectively.
  • the grounds 64 and 65 may be connected to each other.
  • the pad electrode 52 is connected to a signal read circuit (not shown).
  • the pad electrode 55 is connected to the N + type semiconductor layer 34, and the semiconductor layer 34 is connected to the N + type semiconductor layer 35. Therefore, the cathodes of the APD 101, the temperature compensating diode 102, and the peripheral carrier absorbing portion 103 are connected to the pad electrode 55 in parallel with each other. As a result, a positive potential is applied by the power supply 61 to the cathodes of the APD 101, the temperature compensation diode 102, and the peripheral carrier absorption unit 103.
  • the difference between the potential applied to the pad electrode 53 and the potential applied to the pad electrode 55 is the breakdown voltage of the temperature compensating diode 102. Therefore, a potential corresponding to the breakdown voltage applied to the temperature compensating diode 102 is applied to the cathode of the APD 101. As a result, a voltage corresponding to the breakdown voltage applied to the temperature compensating diode 102 is applied to the APD 101 as a bias voltage. Similarly, a voltage corresponding to the breakdown voltage applied to the temperature compensating diode 102 is also applied as a bias voltage to the cathode of the peripheral carrier absorption portion 103.
  • the breakdown voltage of the temperature compensating diode 102 is applied to the pad electrode 55 by connecting the combination of the power supply 61 and the current limiting circuit 62 to the pad electrode 55. Therefore, the breakdown voltage of the temperature compensation diode 102 is applied as a bias voltage to the APD 101 and the peripheral carrier absorption unit 103.
  • the output voltage of the power supply 61 is equal to or higher than the operating voltage of the APD 101. In other words, the output voltage of the power supply 61 is equal to or higher than the upper limit of the temperature fluctuation of the breakdown voltage of the temperature compensating diode 102.
  • the output voltage of the power supply 61 is 300V or higher.
  • the current limiting circuit 62 is composed of, for example, a current mirror circuit or a resistor.
  • the multiplication factor of APD 101 can be arbitrarily set according to the breakdown voltage difference between temperature compensating diode 102 and APD 101. If the amplification factor of the APD 101 is set to the optimum multiplication factor Mopt having a high S/N ratio, the detection accuracy can be improved.
  • the APD 101, the temperature compensating diode 102, and the cathode of the peripheral carrier absorption portion 103 are integrally formed by the semiconductor layer 35.
  • the cathode of the APD 101 and the peripheral carrier absorption portion 13 are A potential of +50 V is applied to the cathode.
  • the breakdown voltage of the APD 101 is 48 V under the environmental temperature of 25° C.
  • the APD 101 operates in a state where the potential difference between the anode and the cathode is 2 V higher than the breakdown voltage.
  • the APD 101 and the temperature compensating diode 102 have the same temperature characteristics with respect to the relationship between the amplification factor and the bias voltage. Therefore, as long as the temperature compensating diode 102 is in the breakdown state, the APD 101 operates while maintaining the amplification factor when a bias voltage 2 V higher than the breakdown voltage is applied under the environmental temperature of 25° C. .. In other words, in the photodetection device 1F, a voltage that brings the temperature compensating diode 102 into the breakdown state is applied to the temperature compensating diode 102, so that temperature compensation of the amplification factor of the APD 101 is realized.
  • the so-called reverse type APD 101 operates in Geiger mode.
  • the photodetector 1F may have a configuration in which the reverse type APD 101 operates in the linear mode. In the configuration where the APD 101 operates in the linear mode, the quenching resistor 105 is unnecessary.
  • the semiconductor substrate 10F is configured such that the impurity concentration of the semiconductor layer 36 of the temperature compensating diode 102 is higher than the impurity concentration of the semiconductor layer 36 of the APD 101.
  • the photodetector 1 is used for various purposes. For this reason, it is required to ensure the detection accuracy of the photodetector 1 under the environment according to each application. For example, when the photodetection device 1 is used for in-vehicle use, it is required to ensure detection accuracy in a high temperature environment of 100° C. or higher. However, under such a high temperature environment, carriers due to heat are generated in the semiconductor substrate 10 forming the APD 11. Therefore, if the generated carriers reach the APD 11, photon shot noise is generated in the detection result of the APD 11.
  • the peripheral carrier absorption portion 13 surrounds the APD 11 when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a. Therefore, the carriers generated in the semiconductor substrates 10 and 10A are prevented from reaching the APD 11 in a high temperature environment, and the detection accuracy is improved.
  • the peripheral carrier absorption portion 103 surrounds the APD 101 when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a. Therefore, carriers generated in the semiconductor substrate 10F are prevented from reaching the APD 101 in a high temperature environment, and the detection accuracy is improved.
  • the peripheral carrier absorption portion 83 surrounds the APD array 80 when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a.
  • the peripheral carrier absorption portion 88 surrounds the APD array 85a and the peripheral carrier absorption portion 89 surrounds the APD array 85b when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a.
  • the peripheral carrier absorption portion 93 surrounds the APD array 90 when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a.
  • the peripheral carrier absorption portion 98 surrounds the APD array 95 when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a.
  • the APDs 11, 81, 86, 91, 96, 101 and the temperature compensating diodes 12, 82, 87 are provided on the same semiconductor substrate 10, 10A, 10B, 10C, 10D, 10E, 10F. , 92, 97, 102 are formed respectively.
  • the temperature compensating diodes 12, 82, 87, 92, 97, 102 and the APDs 11, 81, 86, 91, 96, 101 are easily and highly accurately amplified as compared with the case where they are formed on different semiconductor substrates. Temperature compensating diodes 12, 82, 87, 92, 97, 102 and APDs 11, 81, 86, 91, 96, 101 having the same temperature characteristics in a wide temperature range with respect to the rate and the bias voltage are formed. Therefore, temperature compensation for the multiplication factor can be realized while suppressing the manufacturing cost.
  • the temperature compensating diodes 12, 82, 87, 92, 97, 102 may emit light.
  • the temperature compensating diodes 12, 82, 87, 92, 97, 102 emit light, the light emitted by the temperature compensating diodes 12, 82, 87, 92, 97, 102 generates carriers in the semiconductor substrate.
  • the carriers are APDs 11, 81, The detection results of 86, 91, 96, 101 may be affected.
  • the peripheral carrier absorption portion 13 is located between the APD 11 and the temperature compensation diode 12.
  • the shortest distance between the APD 11 and the peripheral carrier absorbing portion 13 is the peripheral carrier absorbing portion. It is smaller than the shortest distance between the portion 13c of 13 and the temperature compensating diode 12.
  • the peripheral carrier absorption portion 83 is located between the APD array 80 and the temperature compensation diode 82.
  • the peripheral carrier absorption portion 88 is located between the APD array 85a and the temperature compensation diode 87, and the peripheral carrier absorption portion 89 is located between the APD array 85b and the temperature compensation diode 87.
  • the peripheral carrier absorption portion 93 is located between the APD array 90 and the temperature compensating diode 92.
  • the peripheral carrier absorption portion 98 is located between the APD array 95 and the temperature compensation diode 97.
  • the peripheral carrier absorption portion 103 is located between the APD 101 and the temperature compensation diode 102.
  • the distance L1 between the semiconductor layer 31 of the APD 11 and the peripheral carrier absorption portion 13 is on the line segment connecting the APD 11 and the temperature compensation diode 12 at the shortest distance. Is smaller than the distance L2 between the portion 13c of the peripheral carrier absorption portion 13 and the semiconductor layer 31 of the temperature compensation diode 12.
  • the distance L3 between the semiconductor layer 32 of the APD 11 and the peripheral carrier absorption portion 13 is on the line segment connecting the APD 11 and the temperature compensation diode 12 with the shortest distance.
  • the distance L4 between the portion 13c of the peripheral carrier absorption portion 13 and the semiconductor layer 32 of the temperature compensation diode 12 is smaller than the distance L4 between the portion 13c of the peripheral carrier absorption portion 13 and the semiconductor layer 32 of the temperature compensation diode 12.
  • the semiconductor substrate 10F of the photodetector 1F the semiconductor layer 36 of the APD 101 and the peripheral carrier absorption on the line segment connecting the APD 101 and the temperature compensating diode 102 at the shortest distance when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a.
  • the distance L3 to the portion 103 is smaller than the distance L4 to the portion 103c of the peripheral carrier absorption portion 103 and the semiconductor layer 36 of the temperature compensating diode 102.
  • the carriers generated by the temperature-compensating diodes 12, 82, 87, 92, 97, 102 emitting light reach the peripheral carrier absorption unit before reaching the APD 11, 81, 86, 91, 96, 101. Absorbed at 13,83,88,89,93,98,103.
  • carriers caused by the temperature compensating diodes 12, 82, 87, 92, 97, 102 are suppressed from reaching the APDs 11, 81, 86, 91, 96, 101, and detection accuracy is improved. Therefore, in the photodetection devices 1 and 1F, temperature compensation for the multiplication factor is realized while suppressing the manufacturing cost, and the detection accuracy is improved.
  • L2/L1 is, for example, more than 1 and 50 or less.
  • L2/L1 may be 20 or more and 50 or less, and in this case, carriers caused by the temperature compensating diodes 12, 82, 87, 92, 97, 102 are APDs 11, 81, 86, 91, 96, 101. Is suppressed from reaching.
  • Photodetectors 1 and 1F include electrodes 42, 43, 44, and 45. As shown in FIGS. 1 and 11, for example, the electrode 42 is connected to the APDs 11 and 101 and outputs a signal from the APDs 11 and 101.
  • the electrode 43 is connected to the temperature compensating diodes 12 and 102, and the electrode 44 is connected to the peripheral carrier absorbing portions 13 and 103. In this case, a desired potential can be applied to each of the APDs 11 and 101, the temperature compensating diodes 12 and 102, and the peripheral carrier absorbing portions 13 and 103.
  • the electrodes 45 have APDs 11, 81, 86, 91, 96, 101, and temperature compensating diodes 12, 82, 87, 92, 97. , 102 and the peripheral carrier absorption parts 13, 83, 88, 89, 93, 98, 103 are connected in parallel with each other.
  • APD 11 and the temperature compensating diode 12 are connected in parallel, a potential according to the breakdown voltage of the temperature compensating diode 12 can be applied to the APD 11.
  • peripheral carrier absorption unit 13 Since the peripheral carrier absorption unit 13 is also connected in parallel to the APD 11 and the temperature compensation diode 12, it is possible to apply a potential to the peripheral carrier absorption unit 13 without providing a separate power supply.
  • a voltage is applied to the peripheral carrier absorbing parts 13, 83, 88, 89, 93, 98, 103, carriers generated due to the temperature compensating diodes 12, 82, 87, 92, 97, 102 are further absorbed. Can be done.
  • the semiconductor substrate 10 includes a first conductivity type semiconductor region 21.
  • the APD 11 and the temperature compensation diode 12 each include a semiconductor layer 31 and a semiconductor layer 32.
  • the semiconductor layer 31 is of the second conductivity type.
  • the semiconductor layer 32 is of the first conductivity type having a higher impurity concentration than the semiconductor region 21.
  • the semiconductor layer 32 is located between the semiconductor region 21 and the semiconductor layer 31.
  • the temperature compensating diodes 12, 82, 87, 92, 97 have the same configuration as the APDs 11, 81, 86, 91, 96. Therefore, the temperature compensating diodes 12, 82, 87, 92, 97 whose temperature characteristics regarding the amplification factor and the bias voltage closely resemble the APDs 11, 81, 86, 91, 96 can be easily formed.
  • the peripheral carrier absorption parts 13, 83, 88, 89, 93, 98 are the second The semiconductor layer 33 of conductivity type. Therefore, carriers generated due to the temperature compensating diodes 12, 82, 87, 92, 97 can be further absorbed in the peripheral carrier absorbing portions 13, 83, 88, 89, 93, 98.
  • the semiconductor substrate 10F includes a semiconductor region 21 of the first conductivity type.
  • the APD 101 and the temperature compensating diode 102 each include a semiconductor layer 35 and a semiconductor layer 36.
  • the semiconductor layer 35 is the second conductivity type.
  • the semiconductor layer 36 is of the first conductivity type having a higher impurity concentration than the semiconductor region 21.
  • the semiconductor layer 36 is located between the semiconductor region 21 and the semiconductor layer 35.
  • the temperature compensating diode 102 has the same configuration as the APD 101. Therefore, it is possible to easily form the temperature compensating diode 102 whose temperature characteristics regarding the amplification factor and the bias voltage are very similar to those of the APD 101.
  • the peripheral carrier absorption portion 103 includes the first conductivity type semiconductor layer 33. Therefore, carriers generated due to the temperature compensating diode 102 can be further absorbed in the peripheral carrier absorbing portion 103.
  • the impurity concentration in the semiconductor layer 32 of the temperature compensating diodes 12, 82, 87, 92 and 97 is the semiconductor layer 32 of the APD 11, 81, 86, 91 and 96. Higher than the impurity concentration in.
  • the breakdown voltage of the APD 11, 81, 86, 91, 96 is higher than the breakdown voltage of the temperature compensating diodes 12, 82, 87, 92, 97.
  • the semiconductor substrate 10F is configured such that the impurity concentration in the semiconductor layer 36 of the temperature compensating diode 102 is higher than the impurity concentration in the semiconductor layer 36 of the APD 101.
  • the breakdown voltage of the APD 101 is higher than the breakdown voltage of the temperature compensating diode 102.
  • the impurity concentration in the semiconductor layer 36 of the temperature compensating diode 102 may be lower than the impurity concentration in the semiconductor layer 36 of the APD 101.
  • the breakdown voltage of the APD 101 may be lower than the breakdown voltage of the temperature compensating diode 102.
  • temperature compensation for the multiplication factor of the APD 101 operating in the Geiger mode can be realized.
  • the diodes 12, 82, 87, 92, 97 are configured so that the impurity concentration in the semiconductor layer 32 is lower than the impurity concentration in the semiconductor layer 32 of the APDs 11, 81, 86, 91, 96.
  • the breakdown voltage of the APD 11, 81, 86, 91, 96 is smaller than the breakdown voltage of the temperature compensating diodes 12, 82, 87, 92, 97.
  • FIG. 13 is a flowchart showing a method of manufacturing the semiconductor substrate 10 of the photodetector 1.
  • a semiconductor wafer is prepared (step S1).
  • the semiconductor wafer is a substrate before being processed as the semiconductor substrate 10, and has main surfaces 10a and 10b facing each other.
  • the semiconductor wafer includes a semiconductor region of the first conductivity type corresponding to the semiconductor region 21.
  • the semiconductor region is provided on the main surface 10a side of the semiconductor wafer and constitutes the entire main surface 10a.
  • the semiconductor region of a semiconductor wafer is P ⁇ type.
  • the semiconductor layer of the first conductivity type having a higher impurity concentration than the semiconductor region of the semiconductor wafer is formed in the semiconductor wafer by adding impurities from the main surface 10b side.
  • the semiconductor layer 35 is a P + type.
  • the second conductivity type semiconductor layers 31, 33 and the second conductive type semiconductor layers 31 and 33 are formed.
  • One conductivity type semiconductor layers 32 and 34 are formed.
  • the semiconductor layers 31 and 33 are N + -type
  • the semiconductor layer 32 is P-type
  • the semiconductor layer 34 is P + -type.
  • the semiconductor layer 31 and the semiconductor layer 33 are formed by implanting impurity ions of the second conductivity type into different locations separated from each other in one ion implantation process.
  • the semiconductor layer 32 is formed by implanting impurity ions of the first conductivity type after the semiconductor layers 31 and 33 are formed.
  • the semiconductor layer 32 may be formed by implanting first conductivity type impurity ions before the semiconductor layers 31 and 33 are formed.
  • the semiconductor layers 31 and 32 are formed at positions overlapping each other when viewed from the direction orthogonal to the main surface 10a.
  • the semiconductor layer 32 is formed by implanting an impurity of the first conductivity type at a position deeper than the semiconductor layer 31 when viewed from the main surface 10a side.
  • the semiconductor layers 31 and 32 are formed in a plurality of locations separated from each other when viewed from a direction orthogonal to the main surface 10a in a region that becomes one semiconductor substrate 10.
  • the plurality of places include a place where the APD 11 is arranged and a place where the temperature compensating diode 12 is arranged.
  • the second conductivity type impurity is added to each part so that the semiconductor layer 31 has the same impurity concentration.
  • impurities of the first conductivity type are added to the respective portions so that the impurity concentration of the semiconductor layer 32 becomes equal.
  • step S3 impurities are further added to the semiconductor layer 32 only in a part of the above-mentioned plurality of portions by the ion implantation method.
  • the first conductivity type impurity is further implanted into the semiconductor layer 32 only at the location where the temperature compensation diode 12 is arranged. Therefore, in the photodetector 1, the impurity concentration in the semiconductor layer 32 of the temperature compensating diode 12 is higher than the impurity concentration in the semiconductor layer 32 of the APD 11.
  • the photodetecting device 1 is configured so that the breakdown voltage of the APD 11 is higher than the breakdown voltage of the temperature compensating diode 12.
  • the first conductivity type impurity may be further implanted into the semiconductor layer 32 only at the location where the APD 11 is disposed, not at the location where the temperature compensation diode 12 is disposed.
  • the impurity concentration in the semiconductor layer 32 of the temperature compensating diode 12 is lower than the impurity concentration in the semiconductor layer 32 of the APD 11.
  • the photodetector in this case is configured such that the breakdown voltage of the APD 11 is smaller than the breakdown voltage of the temperature compensating diode 12.
  • the semiconductor substrate 10 of the photodetector 1 is formed by the above steps.
  • the semiconductor layers 31, 32, 33, 34 are formed from the state where the semiconductor layer 35 has already been formed.
  • the semiconductor layer 35 may be formed after the semiconductor layers 31, 32, 33, 34 are formed.
  • the semiconductor layer 31 and the semiconductor layer 32 are formed at each of the different locations by implanting ions at different locations. After that, ions are further implanted into the semiconductor layer 32 at some positions. Therefore, it is possible to easily manufacture the temperature compensating diode 12 and the APD 11 that have the same temperature characteristics with respect to the multiplication factor and the bias voltage but are set to desired breakdown voltages.
  • the multiplication factor of the APD 11 can be arbitrarily set according to the breakdown voltage difference between the temperature compensating diode 12 and the APD 11. Therefore, if the temperature compensating diode 12 and the APD 11 are set to desired breakdown voltages, respectively, the detection accuracy can be improved.
  • the detection accuracy can be improved.
  • temperature compensation for the multiplication factor is realized while suppressing the manufacturing cost, and the detection accuracy is improved.
  • the semiconductor layer 31 and the semiconductor layer 33 are formed by a single ion implantation process. Therefore, the peripheral carrier absorption portion 13 is formed without increasing the number of ion implantation steps. Therefore, the manufacturing cost is reduced.
  • the manufacturing method described above can be applied not only to the manufacture of the semiconductor substrate 10 of the photodetection device 1 but also to the manufacture of the semiconductor substrates 10A, 10B, 10C, 10D, and 10E.
  • the manufacturing method described above can be applied not only to the manufacture of the photodetector 1 but also to the manufacture of the photodetector 1F.
  • the peripheral carrier absorption part may surround a plurality of APDs included in the APD array.
  • the peripheral carrier absorption unit may surround the plurality of APDs included in the APD array one by one. Any APD included in the APD array may be used as the temperature compensation diode. Also in this case, the carriers generated from the APD used as the temperature compensating diode are prevented from reaching other APDs.
  • the configuration in which the semiconductor substrate 10F includes the semiconductor layer 36 has been described.
  • the APD 101 of the semiconductor substrate 10F does not have to include the semiconductor layer 36, and in this case also functions as the APD.
  • the semiconductor substrate 10F does not include the semiconductor layer 36, for example, the semiconductor region 21 and the semiconductor layer 35 are in contact with each other without sandwiching the semiconductor layer 36.
  • Peripheral carrier absorption part 13a, 13b, 83a, 83b, 88a, 88b, 89a, 89b, 93a, 93b, 98a, 98b, 103a, 103b... Edge, 13c, 83c, 88c, 89c, 103c... Portion, 21... Semiconductor region, 31, 32, 33 , 36... Semiconductor layer, 42, 43, 44, 45... Electrode, 80, 85a, 85b, 90, 95... APD array, L1, L2, L3, L4... Distance.

Landscapes

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

Abstract

光検出装置1は、半導体基板10を備える。半導体基板10では、主面10aに直交する方向から見てAPD11と温度補償用ダイオード12とが互いに離間して形成されている。半導体基板10は、主面10aに直交する方向から見てAPD11を囲んでおり、かつ、周辺に位置するキャリアを吸収する周辺キャリア吸収部13を有する。周辺キャリア吸収部13の一部は、主面10aに直交する方向から見て、APD11と温度補償用ダイオード12との間に位置する。

Description

光検出装置及び光検出装置の製造方法
 本発明は、光検出装置及び光検出装置の製造方法に関する。
 温度に対して安定した光検出を行うために、アバランシェフォトダイオードに印加するバイアス電圧を制御する構成が知られている(たとえば、特許文献1)。特許文献1では、温度補償用ダイオードのブレークダウン電圧に応じた電圧が、アバランシェフォトダイオードにバイアス電圧として印加される。以下、本明細書では、「アバランシェフォトダイオード」を「APD」と称する。
特開平07-27607号公報
 特許文献1では、信号検出用のAPDの増倍率に対する温度補償を実現するために、信号検出用のAPDと同等の温度特性を有するAPDが、上述した温度補償用ダイオードとして用いられている。信号検出用のAPDと温度補償用ダイオードとしてのAPDとの温度特性が近いほど、光検出装置の温度補償の精度は向上し得る。しかしながら、所望の温度補償の精度を得るためには、増幅率とバイアス電圧との関係について所望の温度特性を有するAPDを選定し組み合せるための検査が必要であった。このため、所望の温度特性を有する2つのAPDを備えた光検出装置の製造コスト削減は、困難であった。
 光検出装置は、様々な用途に用いられている。このため、それぞれの用途に応じた環境下において光検出装置の検出精度を確保することが求められている。たとえば、車載用途で光検出装置が用いられる場合には、100℃以上の高温環境下における検出精度の確保が求められる。しかしながら、このような高温環境下では、APDを構成する半導体基板内で熱によるキャリアが発生する。発生したキャリアがAPDに到達すれば、APDの検出結果にフォトンショットノイズが生じる。
 本発明の一つの態様は、製造コストが抑えられながら、検出精度が向上された光検出装置を提供することを目的とする。本発明の別の態様は、製造コストが抑えられながら、検出精度が向上された光検出装置の製造方法を提供することを目的とする。本発明のさらに別の態様は、製造コストが抑えられながら、検出精度が向上された光検出装置を提供することを目的とする。
 本発明の一つの態様に係る光検出装置では、温度補償用ダイオードに印加されるブレークダウン電圧に応じた電圧をAPDにバイアス電圧として印加することで、APDの増倍率の温度補償が行われる。当該光検出装置は、半導体基板を備える。半導体基板は、互いに対向する第一主面及び第二主面を有する。半導体基板では、第一主面に直交する方向から見て、互いに離間してAPDと温度補償用ダイオードとが形成されている。半導体基板は、周辺に位置するキャリアを吸収する周辺キャリア吸収部を有する。周辺キャリア吸収部は、第一主面に直交する方向から見てAPDを囲んでいる。周辺キャリア吸収部の一部は、第一主面に直交する方向から見て、APDと温度補償用ダイオードとの間に位置する。
 上記一つの態様では、周辺キャリア吸収部が、第一主面に直交する方向から見てAPDを囲んでいる。このため、高温環境下において半導体基板内で発生した熱によるキャリアがAPDに到達することが抑制され、検出精度の向上も図られる。
 上記一つの態様では、APD及び温度補償用ダイオードは、同一の半導体基板に形成されている。この場合、温度補償用ダイオードとAPDとが異なる半導体基板に形成される場合よりも容易に高い精度で、増幅率とバイアス電圧とに関する温度特性が同等の温度補償用ダイオード及びAPDが形成され得る。したがって、製造コストが抑えられながら、増倍率に対する温度補償が実現され得る。
 温度補償用ダイオードにブレークダウン電圧が印加された場合、温度補償用ダイオードは発光するおそれがある。温度補償用ダイオードが発光すると、温度補償用ダイオードが発した光によって半導体基板内にキャリアが発生する。このため、同一の半導体基板に温度補償用ダイオードとAPDとが形成された状態では、当該キャリアがAPDの検出結果に影響を及ぼすおそれがある。
 上記一つの態様では、周辺キャリア吸収部がAPDと温度補償用ダイオードとの間に位置している。このため、温度補償用ダイオードが発光することで生じたキャリアは、APDに到達する前に周辺キャリア吸収部で吸収される。この結果、温度補償用ダイオードに起因するキャリアがAPDに到達することが抑制され、さらなる検出精度の向上も図られる。
 したがって、上記光検出装置では、製造コストが抑制されながら、増倍率に対する温度補償が実現され、検出精度の向上も図られる。
 上記一つの態様では、半導体基板の第一主面側には、アバランシェフォトダイオードを含むアバランシェフォトダイオードアレイが形成されていてもよい。周辺キャリア吸収部は、第一主面に直交する方向から見て、アバランシェフォトダイオードアレイを囲んでいてもよい。周辺キャリア吸収部の一部は、第一主面に直交する方向から見て、アバランシェフォトダイオードアレイと温度補償用ダイオードとの間に位置していてもよい。この場合、高温環境下において熱によるキャリアが半導体基板内で発生しても、発生したキャリアのAPDアレイへの到達が抑制される。温度補償用ダイオードからのキャリアがAPDアレイに到達することも抑制される。
 上記一つの態様では、光検出装置は、第一電極、第二電極、及び第三電極を備えてもよい。第一電極は、APDに接続され、かつ、当該APDからの信号を出力してもよい。第二電極は、温度補償用ダイオードに接続されていてもよい。第三電極は、周辺キャリア吸収部に接続されていてもよい。この場合、APD、温度補償用ダイオード、及び周辺キャリア吸収部の各々に所望の電位を印加できる。周辺キャリア吸収部に電圧が印加されれば、温度補償用ダイオードに起因して発生したキャリアが一層吸収され得る。
 上記一つの態様では、第四電極を備えてもよい。第四電極には、APD、温度補償用ダイオード、及び周辺キャリア吸収部が互いに並列に接続されていてもよい。APDと温度補償用ダイオードとが並列に接続されているため、温度補償用ダイオードのブレークダウン電圧に応じた電位がAPDに印加され得る。周辺キャリア吸収部も、APD及び温度補償用ダイオードに並列に接続されているため、別途電源を設けることなく周辺キャリア吸収部に電位を印加できる。周辺キャリア吸収部に電圧が印加されれば、温度補償用ダイオードに起因して発生したキャリアが一層吸収され得る。
 上記一つの態様では、半導体基板は、第一導電型の半導体領域を含んでもよい。APD及び温度補償用ダイオードは、それぞれ、第一半導体層と、第二半導体層とを含んでもよい。第一半導体層は、第一導電型と異なる第二導電型でもよい。第二半導体層は、半導体領域よりも不純物濃度が高い第一導電型でもよい。第二半導体層は、半導体領域と第一半導体層との間に位置していてもよい。この場合、温度補償用ダイオードは、APDと同様の構成である。このため、増幅率とバイアス電圧とに関する温度特性がAPDに酷似した温度補償用ダイオードを容易に形成できる。
 上記一つの態様では、周辺キャリア吸収部は、第二導電型の第三半導体層を含んでもよい。この場合、周辺キャリア吸収部で温度補償用ダイオードに起因して発生したキャリアが一層吸収され得る。
 上記一つの態様では、周辺キャリア吸収部は、第一導電型の第三半導体層を含んでもよい。この場合、周辺キャリア吸収部で温度補償用ダイオードに起因して発生したキャリアが一層吸収され得る。
 上記一つの態様では、温度補償用ダイオードの第二半導体層における不純物濃度は、APDの第二半導体層における不純物濃度より高くてもよい。この場合、リニアモードで動作するAPDの増倍率に対する温度補償が実現され得る。
 本発明の別の態様に係る光検出装置の製造方法では、第一主面を有すると共に第一導電型の半導体領域を含む半導体ウエハが準備される。当該半導体ウエハにおいて、第一主面と直交する方向から見て互いに離間した第一の箇所と第二の箇所とにイオンを注入することで、第一の箇所及び第二の箇所のそれぞれに、第一半導体層と第二半導体層とが形成される。第一半導体層は、第一導電型と異なる第二導電型である。第二半導体層は、半導体領域と第一半導体層との間に位置している。第二半導体層は、半導体領域よりも不純物濃度が高い第一導電型である。当該製造方法では、第一の箇所における第二半導体層にさらにイオンが注入される。
 上記別の態様では、同一の半導体基板にAPD及び温度補償用ダイオードが形成される。この場合、温度補償用ダイオードとAPDとが異なる半導体基板に形成される場合よりも容易に高い精度で、増幅率とバイアス電圧とに関する温度特性が同等の温度補償用ダイオード及びAPDが製造され得る。換言すれば、製造コストが抑えられながら、増倍率に対する温度補償が実現され得る。
 上記別の態様では、第一の箇所と第二の箇所とにイオンを注入することで第一の箇所及び第二の箇所のそれぞれに第一半導体層と第二半導体層とが形成される。その後、さらに第一の箇所の第二半導体層にイオンが注入される。この場合、増幅率とバイアス電圧とに関する温度特性が同等でありながら、それぞれ所望のブレークダウン電圧に設定された、温度補償用ダイオード及びAPDを容易に製造できる。温度補償用ダイオードとAPDとがそれぞれ所望のブレークダウン電圧に設定されれば、検出精度の向上が図られる。
 したがって、上記製造方法では、製造コストが抑制されながら、増倍率に対する温度補償が実現され、検出精度の向上が図られる。
 上記別の態様では、第一のイオン注入工程において、一回のイオン注入処理で第一の箇所及び第二の箇所のそれぞれに第一半導体層を形成すると共に第三の箇所に第二導電型の第三半導体層を形成する工程と、第一の箇所及び第二の箇所のそれぞれに第二半導体層を形成する工程とを有してもよい。第三の箇所は、第一主面と直交する方向から見て第一の箇所及び第二の箇所から離間していてもよい。第一半導体層及び第三半導体層は、第一の箇所及び第二の箇所と第三の箇所とに第二導電型の不純物イオンを注入することで形成されてもよい。第二半導体層は、第一の箇所及び第二の箇所に第一導電型の不純物イオンを注入することで形成されてもよい。この場合、イオン注入の工程を増加させることなく、周辺キャリア吸収部が形成される。したがって、製造コストが削減される。
 本発明のさらに別の態様に係る光検出装置は、半導体基板を備える。半導体基板は、互いに対向する第一主面及び第二主面を有する。半導体基板は、第一APDと、第二APDと、周辺キャリア吸収部とを有する。第一APDは、第一主面側に光入射面を有する。第二APDは、第一主面に直交する方向から見て第一APDから離間していると共に遮光されている。周辺キャリア吸収部は、第一主面に直交する方向から見て、第一APDを囲んでいる。周辺キャリア吸収部は、周辺に位置するキャリアを吸収する。周辺キャリア吸収部の一部は、第一主面に直交する方向から見て、第一APDと第二APDとの間に位置する。
 上記さらに別の態様では、周辺キャリア吸収部が、第一主面に直交する方向から見てAPDを囲んでいる。このため、高温環境下において半導体基板内で発生した熱によるキャリアがAPDに到達することが抑制され、検出精度の向上も図られる。
 上記さらに別の態様では、2つのAPDは、同一の半導体基板に形成されている。この場合、2つのAPDが異なる半導体基板に形成される場合よりも容易に高い精度で、所望の温度特性を有する2つのAPDが形成され得る。したがって、製造コストが抑えられながら、所望の温度特性を有する2つAPDを備えた光検出装置が実現され得る。
 第二APDにブレークダウン電圧が印加された場合、第二APDは発光するおそれがある。同一の半導体基板に2つのAPDが形成された状態で一方のAPDが発光すると、当該一方のAPDから発せられた光によって半導体基板内にキャリアが発生する。このため、第二APDに起因して発生したキャリアが第一APDの検出結果に影響を及ぼすおそれがある。
 上記一つの態様では、周辺キャリア吸収部の一部が第一APDと第二APDとの間に位置している。このため、第二APDが発光することで生じたキャリアは、第一APDに到達する前に周辺キャリア吸収部で吸収される。この結果、第二APDに起因するキャリアが第一APDに到達することが抑制され、検出精度の向上も図られる。
 したがって、上記光検出装置では、製造コストが抑制されながら、検出精度の向上も図られる。
 本発明の一つの態様は、製造コストが抑えられながら、検出精度が向上された光検出装置を提供できる。本発明の別の態様は、製造コストが抑えられながら、検出精度が向上された光検出装置の製造方法を提供できる。本発明のさらに別の態様は、製造コストが抑えられながら、検出精度が向上された光検出装置を提供できる。
図1は、本実施形態に係る光検出装置の概略断面図である。 図2は、光検出装置の平面図である。 図3は、半導体基板の概略平面図である。 図4は、光検出装置の回路構成を説明するための図である。 図5は、本実施形態の変形例に係る光検出装置の概略断面図である。 図6は、本実施形態の変形例に係る半導体基板の概略平面図である。 図7は、本実施形態の変形例に係る半導体基板の概略平面図である。 図8は、本実施形態の変形例に係る半導体基板の概略平面図である。 図9は、本実施形態の変形例に係る半導体基板の概略平面図である。 図10は、本実施形態の変形例に係る半導体基板の概略平面図である。 図11は、本実施形態の変形例に係る半導体基板の概略平面図である。 図12は、本実施形態の変形例に係る光検出装置の回路構成を説明するための図である。 図13は、半導体基板の製造方法を説明するためのフローチャートである。
 以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有している要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
 まず、図1から図3を参照して、本実施形態に係る光検出装置を説明する。光検出装置1は、半導体基板10を備える。図1は、光検出装置の概略断面図である。図2は、光検出装置の平面図である。図3は、光検出装置に含まれる半導体基板の概略平面図である。
 半導体基板10は、APD11及び温度補償用ダイオード12を有する。APD11及び温度補償用ダイオード12は、増幅率とバイアス電圧との関係について同等の温度特性を有する。本実施形態では、APD11のブレークダウン電圧と温度補償用ダイオード12のブレークダウン電圧とは異なる。本実施形態では、APD11のブレークダウン電圧の方が、温度補償用ダイオード12のブレークダウン電圧よりも高い。
 光検出装置1では、温度補償用ダイオード12にブレークダウン電圧が印加されることで、当該ブレークダウン電圧に応じた電圧がAPD11にバイアス電圧として印加される。本実施形態では、温度補償用ダイオード12のブレークダウン電圧がAPD11にバイアス電圧として印加される。APD11及び温度補償用ダイオード12は、増幅率とバイアス電圧との関係について同等の温度特性を有する。この場合、環境温度が変化すると、温度補償用ダイオード12に印加されるブレークダウン電圧が変化する。温度補償用ダイオード12に印加されるブレークダウン電圧の当該変化によって、APD11に印加されるバイアス電圧もAPD11の増幅率が維持されるように環境温度に応じて変化する。すなわち、光検出装置1では、温度補償用ダイオード12によって、APD11の増幅率の温度補償が行われる。
 図1に示されているように、半導体基板10は、互いに対向する主面10a,10bを有する。APD11及び温度補償用ダイオード12は、主面10aに直交する方向から見て、互いに離間して半導体基板10に形成されている。APD11は、主面10a側に光入射面11aを有する。温度補償用ダイオード12は、遮光されたAPDである。
 半導体基板10は、APD11及び温度補償用ダイオード12に加えて、周辺キャリア吸収部13を有する。周辺キャリア吸収部13の一部は、主面10aに直交する方向から見て、APD11と温度補償用ダイオード12との間に位置している。周辺キャリア吸収部13は、APD11を囲んでいる。周辺キャリア吸収部13は、周辺に位置するキャリアを吸収する領域である。
 次に、図1を参照して、本実施形態における光検出装置の構成についてさらに詳細に説明する。半導体基板10は、半導体領域21及び半導体層31,32,33,34,35を含む。APD11及び温度補償用ダイオード12は、それぞれ、半導体領域21及び半導体層31,32,35を含む。
 周辺キャリア吸収部13は、半導体領域21及び半導体層33,35を含む。周辺キャリア吸収部13は、半導体層33において周辺に位置するキャリアを吸収する。すなわち、半導体層33は、周辺のキャリアを吸収する周辺キャリア吸収層として機能する。本実施形態において、周辺キャリア吸収部13は、主面10aに直交する方向から見て、半導体基板10において周辺キャリア吸収層の縁13a,13bに囲まれた部分である。本実施形態では、縁13a,13bは、半導体層33の縁である。縁13bは、縁13aよりもAPD11側に位置する。
 半導体領域21及び半導体層32,34,35は第一導電型であり、半導体層31,33は第二導電型である。半導体の不純物は、たとえば拡散法又はイオン注入法によって添加される。本実施形態では、第一導電型はP型であり、第二導電型はN型である。半導体基板10がSiをベースとする場合、P型不純物としてはBなどの13族元素が用いられ、N型不純物としてはN、P又はAsなどの15族元素が用いられる。
 半導体領域21は、半導体基板10の主面10a側に位置している。半導体領域21は、主面10aの一部を構成している。半導体領域21は、たとえばP型である。
 半導体層31は、主面10aの一部を構成している。半導体層31は、主面10aに直交する方向から見て、半導体領域21に接し、半導体領域21に囲まれている。半導体層31は、たとえばN型である。本実施形態では、半導体層31は、APD11及び温度補償用ダイオード12のそれぞれにおいてカソードを構成する。
 半導体層32は、半導体領域21と半導体層31との間に位置している。換言すれば、半導体層32は、主面10a側で半導体層31に接し、主面10b側で半導体領域21に接している。半導体層32は、半導体領域21よりも不純物濃度が高い。半導体層32は、たとえばP型である。本実施形態では、温度補償用ダイオード12の半導体層32の不純物濃度は、APD11の半導体層32の不純物濃度よりも高い。半導体層32は、APD11及び温度補償用ダイオード12のそれぞれにおいてアバランシェ領域を構成する。
 半導体層33は、主面10aの一部を構成している。半導体層33は、主面10aに直交する方向から見て、半導体領域21に接し、半導体領域21に囲まれている。本実施形態では、周辺キャリア吸収部13は、半導体層33からなり、半導体基板10において半導体領域21のみと接している。周辺キャリア吸収部13は、アバランシェ領域に相当する層を含んでいない。本実施形態では、半導体層33は、半導体層31と同一の不純物濃度である。半導体層33は、たとえばN型である。
 半導体層34は、主面10aの一部を構成している。半導体層34は、主面10aに直交する方向から見て、半導体領域21に接し、半導体領域21に囲まれている。本実施形態では、半導体層34は、半導体領域21及び半導体層32よりも不純物濃度が高い。半導体層34は、たとえばP型である。半導体層34は、図示されていない部分で半導体層35に接続されている。半導体層34は、光検出装置1のアノードを構成する。半導体層34は、たとえば、APD11、温度補償用ダイオード12、及び周辺キャリア吸収部13のアノードを構成する。
 半導体層35は、半導体領域21よりも半導体基板10の主面10b側に位置している。半導体層35は、主面10bの全面を構成している。半導体層35は、主面10a側で半導体領域21に接している。本実施形態では、半導体層35は、半導体領域21及び半導体層32よりも不純物濃度が高い。半導体層35は、たとえばP型である。半導体層35は、光検出装置1のアノードを構成する。半導体層35は、たとえば、APD11、温度補償用ダイオード12、及び周辺キャリア吸収部13のアノードを構成する。
 光検出装置1は、半導体基板10の主面10a上に設けられた、絶縁膜41と、電極42,43,44,45と、パッシベーション膜46と、反射防止膜47とをさらに備える。絶縁膜41は、半導体基板10の主面10a上に積層されている。絶縁膜41は、たとえばシリコン酸化膜である。電極42,43,44,45は、それぞれ絶縁膜41上に配置されている。パッシベーション膜46は、絶縁膜41及び電極42,43,44,45上に積層されている。反射防止膜47は、半導体基板10の主面10a上に積層されている。
 電極42は、絶縁膜41を貫通して、APD11の半導体層31に接続されている。電極42の一部は、パッシベーション膜46から露出しており、APD11のパッド電極52を構成する。電極42は、パッド電極52においてAPD11からの信号を出力する。電極43は、絶縁膜41を貫通して、温度補償用ダイオード12の半導体層31に接続されている。電極43の一部は、パッシベーション膜46から露出しており、たとえば、温度補償用ダイオード12のパッド電極53を構成する。
 電極44は、絶縁膜41を貫通して、周辺キャリア吸収部13の半導体層33に接続されている。電極44の一部は、パッシベーション膜46から露出しており、たとえば、周辺キャリア吸収部13のパッド電極54を構成する。電極45は、絶縁膜41を貫通して、半導体層34に接続されている。すなわち、電極45は、APD11、温度補償用ダイオード12、及び周辺キャリア吸収部13に対して接続されている。換言すれば、APD11、温度補償用ダイオード12、及び周辺キャリア吸収部13は、電極45に対して互いに並列に接続されている。電極45の一部は、パッシベーション膜46から露出しており、たとえば、パッド電極55を構成する。
 本実施形態では、パッド電極52,53,54,55は、主面10aに直交する方向から光検出装置1を見た場合、図2に示されているように、APD11の周辺に配置されている。本実施形態では、パッド電極52は、APD11のカソード用のパッド電極である。パッド電極53は、温度補償用ダイオード12のカソード用のパッド電極である。パッド電極54は、周辺キャリア吸収部13のカソード用のパッド電極である。パッド電極55は、APD11、温度補償用ダイオード12及び周辺キャリア吸収部13のアノード用のパッド電極である。
 パッド電極55には、APD11、温度補償用ダイオード12、及び周辺キャリア吸収部13が互いに並列に接続されている。APD11、温度補償用ダイオード12、及び周辺キャリア吸収部13に逆方向バイアスをかける場合には、カソード用のパッド電極に正電圧が印加され、アノード用のパッド電極には負電圧が印加される。
 反射防止膜47は、APD11の半導体層31上に積層されている。反射防止膜47の一部は、パッシベーション膜46から露出している。このため、APD11の半導体層31には、反射防止膜47を透過した光が入射し得る。温度補償用ダイオード12の半導体層31及び周辺キャリア吸収部13の半導体層33は、絶縁膜41で覆われており遮光されている。したがって、主面10aに直交する方向において主面10a側から光検出装置1を見た場合、図2に示されているように、APD11の半導体層31は、視認できる。温度補償用ダイオード12の半導体層31及び周辺キャリア吸収部13の半導体層33は、視認できない。
 図3は、主面10aに直交する方向において主面10a側から見た半導体基板10を概略平面図である。図3に示されているように、APD11の半導体層31及び温度補償用ダイオード12の半導体層31は、主面10aに直交する方向から見て円形状である。周辺キャリア吸収部13の半導体層33は、主面10aに直交する方向から見て、円環状であり、APD11の半導体層31から離間して当該半導体層31を囲んでいる。半導体層33の一部は、主面10aに直交する方向から見て、APD11の半導体層31と温度補償用ダイオード12の半導体層31との間に位置している。換言すれば、周辺キャリア吸収部13は、主面10aに直交する方向から見て、APD11と温度補償用ダイオード12との間に位置している。
 主面10aに直交する方向から見て、APD11と温度補償用ダイオード12との間を最短距離で結ぶ線分上において、APD11と周辺キャリア吸収部13との間の最短距離は、周辺キャリア吸収部13の部分13cと温度補償用ダイオード12との間の最短距離よりも小さい。部分13cは、APD11と温度補償用ダイオード12との間を最短距離で結ぶ線分上において、周辺キャリア吸収部13の縁13a,13bのうちAPD11に最も近い部分である。換言すれば、部分13cは、主面10aに直交する方向から見て、周辺キャリア吸収部13の縁13bのうち温度補償用ダイオード12に最も近い部分である。
 より詳細には、主面10aに直交する方向から見て、APD11の半導体層31と温度補償用ダイオード12の半導体層31との間を最短距離で結ぶ線分上において、距離L1は、距離L2よりも小さい。図1及び図3に示されているように、距離L1は、主面10aに直交する方向から見た場合における、APD11の半導体層31と周辺キャリア吸収部13との間の最短距離である。距離L2は、主面10aに直交する方向から見た場合における、周辺キャリア吸収部13の部分13cと温度補償用ダイオード12の半導体層31との最短距離である。L2/L1は、たとえば1超50以下である。L2/L1は、20以上50以下であってもよい。
 図1に示されているように、主面10aに直交する方向から見て、APD11の半導体層32と温度補償用ダイオード12の半導体層32との間を最短距離で結ぶ線分上において、距離L3は、距離L4よりも小さい。距離L3は、主面10aに直交する方向から見た場合における、APD11の半導体層32と周辺キャリア吸収部13との間の最短距離である。距離L4は、主面10aに直交する方向から見た場合における、周辺キャリア吸収部13の部分13cと温度補償用ダイオード12の半導体層32との間の最短距離である。
 次に、図4を参照して、本実施形態における光検出装置の動作について説明する。光検出装置1は、電源61及び電流制限回路62をパッド電極55に接続した状態で使用される。電源61は、正極側がグラウンド63に接続され、負極側が電流制限回路62を介してパッド電極55に接続される。パッド電極53,54は、それぞれグラウンド64,65に接続される。グラウンド64,65は、互いに接続されていてもよい。パッド電極52は、不図示の信号読出回路に接続される。
 本実施形態では、パッド電極55はP型の半導体層34に接続されており、半導体層34はP型の半導体層35に接続されている。したがって、APD11、温度補償用ダイオード12、及び周辺キャリア吸収部13のアノードは、パッド電極55に対して互いに並列に接続されている。この結果、APD11、温度補償用ダイオード12、及び周辺キャリア吸収部13のアノードに、電源61よってマイナスの電位が印加される。
 パッド電極53に印加される電位とパッド電極55に印加される電位との差分は、温度補償用ダイオード12のブレークダウン電圧である。このため、APD11のアノードには、温度補償用ダイオード12に印加されるブレークダウン電圧に応じた電位が印加される。この結果、APD11には、温度補償用ダイオード12に印加されるブレークダウン電圧に応じた電圧がバイアス電圧として印加される。同様に、周辺キャリア吸収部13のアノードにも、温度補償用ダイオード12に印加されるブレークダウン電圧に応じた電圧がバイアス電圧として印加される。
 本実施形態では、電源61と電流制限回路62との組み合わせがパッド電極55に接続されることによって、パッド電極55に温度補償用ダイオード12のブレークダウン電圧が印加される。したがって、温度補償用ダイオード12のブレークダウン電圧が、APD11及び周辺キャリア吸収部13にバイアス電圧として印加される。本実施形態では、電源61の出力電圧は、APD11の動作電圧以上である。換言すれば、電源61の出力電圧は、温度補償用ダイオード12のブレークダウン電圧の温度変動の上限以上である。たとえば、電源61の出力電圧は、300V以上である。電流制限回路62は、たとえばカレントミラー回路又は抵抗などで構成される。この場合、たとえば、温度補償用ダイオード12とAPD11とのブレークダウン電圧差に応じて、APD11の増倍率が任意に設定され得る。APD11の増幅率がS/N比の高い最適増倍率Moptに設定されれば、検出精度の向上を図られる。
 本実施形態では、APD11、温度補償用ダイオード12、及び周辺キャリア吸収部13のアノードは、半導体層35で一体に構成されている。たとえば、25℃の環境温度下において、パッド電極53に印加される電位が0Vであり、かつ、温度補償用ダイオード12のブレークダウン電圧が130Vである場合、APD11のアノード及び周辺キャリア吸収部13のアノードには-130Vの電位が印加される。したがって、APD11のブレークダウン電圧が25℃の環境温度下において150Vである場合、APD11はアノードとカソードとの電位差がブレークダウン電圧よりも20V低い状態で動作する。
 APD11と温度補償用ダイオード12とは、増幅率とバイアス電圧との関係について同等の温度特性を有する。このため、APD11は、温度補償用ダイオード12がブレークダウン状態となっている限り、25℃の環境温度下においてブレークダウン電圧よりも20V低いバイアス電圧がされた場合の増幅率を維持して動作する。換言すれば、光検出装置1では、温度補償用ダイオード12をブレークダウン状態とする電圧が温度補償用ダイオード12に印加されることで、APD11の増幅率について温度補償が実現される。
 本実施形態では、いわゆるリーチスルー型のAPD11がリニアモードで動作する構成を説明した。光検出装置1は、リーチスルー型のAPD11がガイガーモードで動作する構成であってもよい。APD11がガイガーモードで動作する構成では、APD11にクエンチング抵抗が接続される。半導体基板10は、温度補償用ダイオード12の半導体層32の不純物濃度がAPD11の半導体層32の不純物濃度よりも低くなるように構成される。
 次に、図5及び図6を参照して、本実施形態の変形例に係る光検出装置について説明する。図5は、本変形例に係る光検出装置の概略断面図である。図6は、図5に示されている半導体基板の概略平面図である。本変形例は、概ね、上述した実施形態と類似又は同じである。本変形例は、温度補償用ダイオード12の半導体層31と周辺キャリア吸収部13の半導体層33とが半導体層31,33と同一の導電型の半導体層で接続されている点に関して、上述した実施形態と相違する。以下、上述した実施形態と変形例との相違点を主として説明する。
 半導体基板10Aは、温度補償用ダイオード12の半導体層31と周辺キャリア吸収部13の半導体層33とを接続する半導体層71を有する。半導体層71は、半導体層31,33と同一の導電型を有する。半導体基板10Aでは、半導体層71は、半導体層31,33と同じ第二導電型であり、半導体基板10の厚み方向において半導体層31,33と同一の高さに位置している。半導体層71は、たとえばN型である。
 半導体基板10Aにおいても、APD11の半導体層31及び温度補償用ダイオード12の半導体層31は、主面10aに直交する方向から見て円形状である。周辺キャリア吸収部13の半導体層33は、主面10aに直交する方向から見て、円環状であり、APD11の半導体層31から離間して当該半導体層31を囲んでいる。半導体層33の一部は、主面10aに直交する方向から見て、APD11の半導体層31と温度補償用ダイオード12の半導体層31との間に位置している。換言すれば、周辺キャリア吸収部13は、主面10aに直交する方向から見て、APD11と温度補償用ダイオード12との間に位置している。
 半導体層71は、主面10aに直交する方向から見て、APD11の半導体層31と温度補償用ダイオード12の半導体層31との間において、周辺キャリア吸収部13の縁13aと温度補償用ダイオード12の半導体層33とを接続している。実際の半導体基板10Aでは、半導体層71と温度補償用ダイオード12の半導体層31とは、境界が認識できない程度に一体化されている。同様に、半導体層71と周辺キャリア吸収部13の半導体層33とは、境界が認識できない程度に一体化されている。
 次に、図7から図10を参照して、本実施形態の別の変形例に係る光検出装置について説明する。図7から図10は、それぞれ別の変形例に係る光検出装置の半導体基板の概略平面図である。これらの変形例は、概ね、上述した実施形態と類似又は同じである。これらの変形例は、光検出装置が複数のAPDを含むAPDアレイが形成された半導体基板を有する点に関して、上述した実施形態と相違する。以下、上述した実施形態と変形例との相違点を主として説明する。
 まず、図7に示されている半導体基板10Bについて説明する。半導体基板10Bは、主面10a側に、複数のAPD81を含むAPDアレイ80と、温度補償用ダイオード82と、周辺キャリア吸収部83とを有する。APDアレイ80は、主面10aに直交する方向から見て、温度補償用ダイオード82及び周辺キャリア吸収部83から離間して半導体基板10Bに形成されている。各APD81は、主面10aに直交する方向から見て、互いに離間して半導体基板10Bに形成されている。
 半導体基板10Bにおいて、複数のAPD81及び温度補償用ダイオード82は、同等の大きさの矩形状を呈しており、一方向に一列で配列されている。半導体基板10Bでは、複数のAPD81は等間隔で配列されている。温度補償用ダイオード82は、複数のAPD81及び温度補償用ダイオード82の配列の端に位置する。
 周辺キャリア吸収部83は、主面10aに直交する方向から見て、APDアレイ80を囲んでいる。周辺キャリア吸収部83の一部は、主面10aに直交する方向から見て、APDアレイ80と温度補償用ダイオード82との間に位置している。具体的には、周辺キャリア吸収部83の一部は、主面10aに直交する方向から見て、温度補償用ダイオード82と、複数のAPD81のうち温度補償用ダイオード82に最も近いAPD81aとの間に位置している。
 各APD81及び温度補償用ダイオード82は、上述した実施系形態におけるAPD11及び温度補償用ダイオード12と同様に、半導体領域21及び半導体層31,32,35を含む。周辺キャリア吸収部83は、半導体領域21及び半導体層33,35を含む。周辺キャリア吸収部83の半導体層33は、主面10aに直交する方向から見て、環状である。周辺キャリア吸収部83は、半導体層33において周辺に位置するキャリアを吸収する。
 周辺キャリア吸収部83は、主面10aに直交する方向から見て、半導体基板10Bにおいて周辺キャリア吸収層の縁83a,83bに囲まれた部分を意味する。半導体基板10Bにおいて、縁83a,83bは、半導体層33の縁である。縁83bは、縁83aよりもAPD81側に位置する。
 APD81aと温度補償用ダイオード82と周辺キャリア吸収部83とは、上述した実施形態におけるAPD11と温度補償用ダイオード12と周辺キャリア吸収部13と同様の配置関係を有している。具体的には、主面10aに直交する方向から見て、APD81aの半導体層31と温度補償用ダイオード82の半導体層31との間を最短距離で結ぶ線分上において、距離L1は、距離L2よりも小さい。半導体基板10Bでは、距離L1は、主面10aに直交する方向から見た場合における、APD81aの半導体層31と周辺キャリア吸収部83との間の最短距離である。距離L2は、主面10aに直交する方向から見た場合における、周辺キャリア吸収部83の部分83cと温度補償用ダイオード82の半導体層31との最短距離である。
 部分83cは、APD81aと温度補償用ダイオード82との間を最短距離で結ぶ線分上において、周辺キャリア吸収部83の縁83a,83bのうちAPD81aに最も近い部分である。L2/L1は、たとえば1超50以下である。L2/L1は、20以上50以下であってもよい。
 半導体基板10と同様に、主面10aに直交する方向から見て、APD81aの半導体層32と温度補償用ダイオード82の半導体層32との間を最短距離で結ぶ線分上において、距離L3は、距離L4よりも小さい。半導体基板10Bでは、距離L3は、主面10aに直交する方向から見た場合における、APD81aの半導体層32と周辺キャリア吸収部83との間の最短距離である。距離L4は、主面10aに直交する方向から見た場合における、周辺キャリア吸収部83の部分83cと温度補償用ダイオード82の半導体層32との間の最短距離である。
 次に、図8に示されている半導体基板10Cについて説明する。半導体基板10Cは、主面10a側に、複数のAPD86を含むAPDアレイ85と、温度補償用ダイオード87と、周辺キャリア吸収部88,89とを有する。APDアレイ85は、主面10aに直交する方向から見て、温度補償用ダイオード87及び周辺キャリア吸収部88,89から離間して半導体基板10Cに形成されている。各APD86は、主面10aに直交する方向から見て、互いに離間して半導体基板10Cに形成されている。
 半導体基板10Cにおいて、複数のAPD86及び温度補償用ダイオード87は、同等の大きさの矩形状を呈しており、一方向に一列で配列されている。半導体基板10Cでは、複数のAPD86は、2つグループに分かれて配列されている。温度補償用ダイオード87は、主面10aに直交する方向から見て、上記2つのグループの間に配置されている。換言すれば、温度補償用ダイオード87は、それぞれ複数のAPD86が配列された2つのAPDアレイ85a,85bに挟まれている。APDアレイ85a及びAPDアレイ85bのそれぞれにおいて、複数のAPD86は等間隔で配列されている。APDアレイ85aとAPDアレイ85bとは、主面10aに平行かつ複数のAPD86の配列方向に直交する方向に温度補償用ダイオード87を通る直線を軸として線対称に配置されている。
 周辺キャリア吸収部88,89は、主面10aに直交する方向から見て、上述したグループごとに複数のAPD86を囲んでいる。換言すれば、周辺キャリア吸収部88は、APDアレイ85aを囲んでいる。周辺キャリア吸収部89は、APDアレイ85bを囲む。周辺キャリア吸収部88と周辺キャリア吸収部89とは、主面10aに平行かつ複数のAPD86の配列方向に直交する方向に温度補償用ダイオード87を通る直線を軸として線対称に配置されている。周辺キャリア吸収部88,89は、主面10aに直交する方向から見て、環状の半導体層33を有する。
 周辺キャリア吸収部88の一部は、主面10aに直交する方向から見て、APDアレイ85aと温度補償用ダイオード87との間に位置している。具体的には、周辺キャリア吸収部88の一部は、主面10aに直交する方向から見て、温度補償用ダイオード87と、APDアレイ85aに含まれている複数のAPD86のうち温度補償用ダイオード87に最も近いAPD86aとの間に位置している。周辺キャリア吸収部89の一部は、主面10aに直交する方向から見て、APDアレイ85bと温度補償用ダイオード87との間に位置している。具体的には、周辺キャリア吸収部89の一部は、主面10aに直交する方向から見て、温度補償用ダイオード87と、APDアレイ85bに含まれている複数のAPD86のうち温度補償用ダイオード87に最も近いAPD86bとの間に位置している。
 各APD86及び温度補償用ダイオード87は、上述した実施系形態におけるAPD11及び温度補償用ダイオード12と同様に、半導体領域21及び半導体層31,32,35を含む。周辺キャリア吸収部88,89は、半導体領域21及び半導体層33,35を含む。周辺キャリア吸収部88,89の半導体層33は、主面10aに直交する方向から見て、環状である。周辺キャリア吸収部88,89は、半導体層33において周辺に位置するキャリアを吸収する。
 半導体基板10Cにおいて、周辺キャリア吸収部88は、主面10aに直交する方向から見て、半導体基板10Cにおいて周辺キャリア吸収層の縁88a,88bに囲まれた部分を意味する。周辺キャリア吸収部89は、主面10aに直交する方向から見て、半導体基板10Cにおいて周辺キャリア吸収層の縁89a,89bに囲まれた部分を意味する。半導体基板10Cにおいて、縁88a,88b,89a,89bは、半導体層33の縁である。縁88bは、縁88aよりもAPD86側に位置する。縁89bは、縁89aよりもAPD86側に位置する。
 APD86aと温度補償用ダイオード87と周辺キャリア吸収部88とは、上述した実施形態におけるAPD11と温度補償用ダイオード12と周辺キャリア吸収部13と同様の配置関係を有している。APD86bと温度補償用ダイオード87と周辺キャリア吸収部89とは、APD11と温度補償用ダイオード12と周辺キャリア吸収部13と同様の配置関係を有している。
 たとえば、主面10aに直交する方向から見て、APD86a,86bの半導体層31と温度補償用ダイオード87の半導体層31との間を最短距離で結ぶ線分上において、距離L1は、距離L2よりも小さい。半導体基板10Cでは、距離L1は、主面10aに直交する方向から見た場合における、APD86aの半導体層31と周辺キャリア吸収部88との間の最短距離であると共に、APD86bの半導体層31と周辺キャリア吸収部89との間の最短距離である。距離L2は、主面10aに直交する方向から見た場合における、周辺キャリア吸収部88の部分88cと温度補償用ダイオード87の半導体層31との最短距離であると共に、周辺キャリア吸収部89の部分89cと温度補償用ダイオード87の半導体層31との最短距離である。
 部分88cは、APD86aと温度補償用ダイオード87との間を最短距離で結ぶ線分上において、周辺キャリア吸収部88の縁88a,88bのうちAPD86aに最も近い部分である。部分89cは、APD86bと温度補償用ダイオード87との間を最短距離で結ぶ線分上において、周辺キャリア吸収部89の縁89a,89bのうちAPD86bに最も近い部分である。L2/L1は、たとえば1超50以下である。L2/L1は、20以上50以下であってもよい。
 次に、図9に示されている半導体基板10Dについて説明する。半導体基板10Dは、主面10a側に、複数のAPD91を含むAPDアレイ90と、温度補償用ダイオード92と、周辺キャリア吸収部93とを有する。APDアレイ90は、主面10aに直交する方向から見て、温度補償用ダイオード92及び周辺キャリア吸収部93から離間して半導体基板10Dに形成されている。各APD91は、主面10aに直交する方向から見て、互いに離間して半導体基板10Dに形成されている。
 半導体基板10Dにおいて、複数のAPD91は、同等の大きさの矩形状を呈しており、一方向に一列で配列されている。半導体基板10Dでは、複数のAPD91は等間隔で配列されている。温度補償用ダイオード92とAPDアレイ90とは、複数のAPD91が配列されている方向に直交すると共に主面10aに平行な方向において並んでいる。
 周辺キャリア吸収部93は、主面10aに直交する方向から見て、APDアレイ90を囲んでいる。周辺キャリア吸収部93の一部は、主面10aに直交する方向から見て、APDアレイ90と温度補償用ダイオード92との間に位置している。具体的には、周辺キャリア吸収部93の一部は、主面10aに直交する方向から見て、温度補償用ダイオード92と、複数のAPD91のうち温度補償用ダイオード92に最も近いAPD91aとの間に位置している。APD91aは、複数のAPD91のうちAPDアレイ90の中央に位置するAPDである。
 各APD91及び温度補償用ダイオード92は、上述した実施系形態におけるAPD11及び温度補償用ダイオード12と同様に、半導体領域21及び半導体層31,32,35を含む。周辺キャリア吸収部93は、半導体領域21及び半導体層33,35を含む。周辺キャリア吸収部93の半導体層33は、主面10aに直交する方向から見て、環状である。周辺キャリア吸収部93は、半導体層33において周辺に位置するキャリアを吸収する。
 周辺キャリア吸収部93は、主面10aに直交する方向から見て、半導体基板10Dにおいて周辺キャリア吸収層の縁93a,93bに囲まれた部分を意味する。縁93a,93bは、半導体層33の縁である。縁93bは、縁93aよりもAPD91側に位置する。APD91aと温度補償用ダイオード92と周辺キャリア吸収部93とは、上述した実施形態におけるAPD11と温度補償用ダイオード12と周辺キャリア吸収部13と同様の配置関係を有している。
 次に、図10に示されている半導体基板10Eについて説明する。半導体基板10Eは、主面10a側に、複数のAPD96を含むAPDアレイ95と、温度補償用ダイオード97と、周辺キャリア吸収部98とを有する。APDアレイ95は、主面10aに直交する方向から見て、温度補償用ダイオード97及び周辺キャリア吸収部98から離間して半導体基板10Eに形成されている。各APD96は、主面10aに直交する方向から見て、互いに離間して半導体基板10Eに形成されている。
 半導体基板10Eにおいて、複数のAPD96は、同等の大きさの矩形状を呈しており、行列状に2次元配列されている。半導体基板10Eでは、複数のAPD96は等間隔で配列されている。温度補償用ダイオード97とAPDアレイ95とは、複数のAPD96の列方向において並んでいる。
 周辺キャリア吸収部98は、主面10aに直交する方向から見て、APDアレイ95を囲んでいる。周辺キャリア吸収部98の一部は、主面10aに直交する方向から見て、APDアレイ95と温度補償用ダイオード97との間に位置している。具体的には、周辺キャリア吸収部98の一部は、主面10aに直交する方向から見て、温度補償用ダイオード97と、複数のAPD96のうち温度補償用ダイオード97に最も近いAPD96aとの間に位置している。APD96aは、複数のAPD96のうち、温度補償用ダイオード97に最も近い行の中央に位置するAPDである。
 各APD96及び温度補償用ダイオード97は、上述した実施系形態におけるAPD11及び温度補償用ダイオード12と同様に、半導体領域21及び半導体層31,32,35を含む。周辺キャリア吸収部98は、半導体領域21及び半導体層33,35を含む。周辺キャリア吸収部98は、半導体層33において周辺に位置するキャリアを吸収する。
 周辺キャリア吸収部98は、主面10aに直交する方向から見て、半導体基板10Eにおいて周辺キャリア吸収層の縁98a,98bに囲まれた部分を意味する。縁98a,98bは、半導体層33の縁である。縁98bは、縁98aよりもAPD96側に位置する。APD96aと温度補償用ダイオード97と周辺キャリア吸収部98とは、上述した実施形態におけるAPD11と温度補償用ダイオード12と周辺キャリア吸収部13と同様の配置関係を有している。
 次に、図11を参照して、本実施形態の別の変形例に係る光検出装置について説明する。図11は、本変形例に係る光検出装置の概略断面図である。本変形例は、概ね、上述した実施形態と類似又は同じである。本変形例は、光検出装置の半導体基板にいわゆるリバース型のAPDが形成されている点、及び、半導体基板のAPDがガイガーモードで動作する点に関して、上述した実施形態と相違する。図1に示されている半導体基板10は、いわゆるリーチスルー型のAPDを有すると共に当該APDがリニアモードで動作する。これに対して、本変形例に係る光検出装置1Fの半導体基板10Fはいわゆるリバース型のAPDを有すると共に当該APDがガイガーモードで動作する。以下、上述した実施形態と変形例との相違点を主として説明する。
 半導体基板10Fは、半導体基板10のAPD11、温度補償用ダイオード12、及び周辺キャリア吸収部13にそれぞれ対応する、APD101、温度補償用ダイオード102、及び周辺キャリア吸収部103を有する。APD101は、主面10a側に、APD11の光入射面11aに対応する光入射面101aを有する。半導体基板10Fは、半導体領域21及び半導体層31,33,34,35,36を含む。半導体基板10Fは、半導体層32の代わりに半導体層36を含む点で半導体基板10と異なっている。APD101及び温度補償用ダイオード102は、それぞれ、半導体領域21及び半導体層31,35,36を含む。図11に示されているように、半導体層34は、半導体層35に接している。
 周辺キャリア吸収部103は、半導体領域21及び半導体層33,35を含む。周辺キャリア吸収部103は、半導体層33において周辺に位置するキャリアを吸収する。すなわち、半導体層33は、周辺のキャリアを吸収する周辺キャリア吸収層として機能する。本変形例において、周辺キャリア吸収部103は、主面10aに直交する方向から見て、半導体基板10Fにおいて周辺キャリア吸収層の縁103a,103bに囲まれた部分である。本実施形態では、縁103a,103bは、半導体層33の縁である。縁103bは、縁103aよりもAPD101側に位置する。
 半導体基板10Fでは、半導体層36は、半導体領域21と半導体層35との間に位置している。換言すれば、半導体層36は、主面10a側で半導体領域21に接し、主面10b側で半導体層35に接している。本変形例では、温度補償用ダイオード102の半導体層36の不純物濃度は、APD101の半導体層36の不純物濃度よりも低い。
 半導体基板10Fでは、半導体領域21及び半導体層31,33,36は第一導電型であり、半導体層34,35は第二導電型である。本変形例においても、第一導電型はP型であり、第二導電型はN型である。半導体基板10FがSiをベースとする場合、P型不純物としてはBなどの13族元素が用いられ、N型不純物としてはN、P又はAsなどの15族元素が用いられる。
 半導体基板10Fでは、半導体層31,33は、半導体領域21よりも不純物濃度が高い。半導体層36は、半導体領域21よりも不純物濃度が高く、半導体層31,33よりも不純物濃度が低い。具体的には、半導体領域21はたとえばP型であり、半導体層31,33はたとえばP型であり、半導体層36はたとえばP型である。本変形例では、半導体層31は、APD101及び温度補償用ダイオード102のそれぞれにおいてアノードを構成する。
 半導体基板10Fでは、半導体層34は、半導体層35と同一の不純物濃度である。半導体層34,35は、たとえばN型である。半導体層34,35は、光検出装置1Fのカソードを構成する。半導体層34,35は、たとえば、APD101、温度補償用ダイオード102、及び周辺キャリア吸収部103のカソードを構成する。
 本変形例では、電極42の一部にクエンチング抵抗105が設けられている。クエンチング抵抗105は、APD101におけるP型の半導体層31に電気的に接続されている。クエンチング抵抗105は、半導体層31と反対側でパッド電極52に電気的に接続されている。本変形例では、パッド電極52は、APD101のアノード用のパッド電極である。パッド電極53は、温度補償用ダイオード102のアノード用のパッド電極である。パッド電極54は、周辺キャリア吸収部103のアノード用のパッド電極である。パッド電極55は、APD101、温度補償用ダイオード102及び周辺キャリア吸収部103のカソード用のパッド電極である。
 パッド電極55には、APD101、温度補償用ダイオード102、及び周辺キャリア吸収部103が互いに並列に接続されている。APD101、温度補償用ダイオード102、及び周辺キャリア吸収部103に逆方向バイアスをかける場合には、アノード用のパッド電極に正電圧が印加され、カソード用のパッド電極には負電圧が印加される。
 主面10aに直交する方向から見て、APD101と温度補償用ダイオード102との間を最短距離で結ぶ線分上において、APD101と周辺キャリア吸収部103との間の最短距離は、周辺キャリア吸収部103の部分103cと温度補償用ダイオード102との間の最短距離よりも小さい。部分103cは、APD101と温度補償用ダイオード102との間を最短距離で結ぶ線分上において、周辺キャリア吸収部103の縁103a,103bのうちAPD101に最も近い部分である。換言すれば、部分103cは、主面10aに直交する方向から見て、周辺キャリア吸収部103の縁103bのうち温度補償用ダイオード102に最も近い部分である。
 より詳細には、主面10aに直交する方向から見て、APD101の半導体層31と温度補償用ダイオード102の半導体層31との間を最短距離で結ぶ線分上において、距離L1は、距離L2よりも小さい。距離L1は、主面10aに直交する方向から見た場合における、APD101の半導体層31と周辺キャリア吸収部103との間の最短距離である。距離L2は、主面10aに直交する方向から見た場合における、周辺キャリア吸収部103の部分103cと温度補償用ダイオード92の半導体層31との最短距離である。L2/L1は、たとえば1超50以下である。L2/L1は、20以上50以下であってもよい。
 図11に示されているように、主面10aに直交する方向から見て、APD101の半導体層36と温度補償用ダイオード102の半導体層36との間を最短距離で結ぶ線分上において、距離L3は、距離L4よりも小さい。距離L3は、主面10aに直交する方向から見た場合における、APD101の半導体層36と周辺キャリア吸収部103との間の最短距離である。距離L4は、主面10aに直交する方向から見た場合における、周辺キャリア吸収部103の部分103cと温度補償用ダイオード102の半導体層36との間の最短距離である。
 次に、図12を参照して、半導体基板10Fを備えた光検出装置の動作について説明する。光検出装置1Fは、光検出装置1と同様に、電源61及び電流制限回路62をパッド電極55に接続した状態で使用される。光検出装置1Fでは、電源61は、負極側がグラウンド63に接続され、正極側が電流制限回路62を介してパッド電極55に接続される。パッド電極53,54は、それぞれグラウンド64,65に接続される。グラウンド64,65は、互いに接続されていてもよい。パッド電極52は、不図示の信号読出回路に接続される。
 本変形例では、パッド電極55はN型の半導体層34に接続されており、半導体層34はN型の半導体層35に接続されている。したがって、APD101、温度補償用ダイオード102、及び周辺キャリア吸収部103のカソードは、パッド電極55に対して互いに並列に接続されている。この結果、APD101、温度補償用ダイオード102、及び周辺キャリア吸収部103のカソードに、電源61によってプラスの電位が印加される。
 パッド電極53に印加される電位とパッド電極55に印加される電位との差分は、温度補償用ダイオード102のブレークダウン電圧である。このため、APD101のカソードには、温度補償用ダイオード102に印加されるブレークダウン電圧に応じた電位が印加される。この結果、APD101には、温度補償用ダイオード102に印加されるブレークダウン電圧に応じた電圧がバイアス電圧として印加される。同様に、周辺キャリア吸収部103のカソードにも、温度補償用ダイオード102に印加されるブレークダウン電圧に応じた電圧がバイアス電圧として印加される。
 本変形例では、電源61と電流制限回路62との組み合わせがパッド電極55に接続されることによって、パッド電極55に温度補償用ダイオード102のブレークダウン電圧が印加される。したがって、温度補償用ダイオード102のブレークダウン電圧が、APD101及び周辺キャリア吸収部103にバイアス電圧として印加される。本変形例では、電源61の出力電圧は、APD101の動作電圧以上である。換言すれば、電源61の出力電圧は、温度補償用ダイオード102のブレークダウン電圧の温度変動の上限以上である。たとえば、電源61の出力電圧は、300V以上である。電流制限回路62は、たとえばカレントミラー回路又は抵抗などで構成される。この場合、たとえば、温度補償用ダイオード102とAPD101とのブレークダウン電圧差に応じて、APD101の増倍率が任意に設定され得る。APD101の増幅率がS/N比の高い最適増倍率Moptに設定されれば、検出精度の向上を図られる。
 本変形例では、APD101、温度補償用ダイオード102、及び周辺キャリア吸収部103のカソードは、半導体層35で一体に構成されている。たとえば、25℃の環境温度下において、パッド電極53に印加される電位が0Vであり、かつ、温度補償用ダイオード12のブレークダウン電圧が50Vである場合、APD101のカソード及び周辺キャリア吸収部13のカソードには+50Vの電位が印加される。APD101のブレークダウン電圧が25℃の環境温度下において48Vである場合、APD101はアノードとカソードとの電位差がブレークダウン電圧よりも2V高い状態で動作する。
 APD101と温度補償用ダイオード102は、増幅率とバイアス電圧との関係について同等の温度特性を有する。このため、APD101は、温度補償用ダイオード102がブレークダウン状態となっている限り、25℃の環境温度下においてブレークダウン電圧よりも2V高いバイアス電圧がされた場合の増幅率を維持して動作する。換言すれば、光検出装置1Fでは、温度補償用ダイオード102をブレークダウン状態とする電圧が温度補償用ダイオード102に印加されることで、APD101の増幅率について温度補償が実現される。
 本変形例では、いわゆるリバース型のAPD101がガイガーモードで動作する構成を説明した。光検出装置1Fは、リバース型のAPD101がリニアモードで動作する構成であってもよい。APD101がリニアモードで動作する構成では、クエンチング抵抗105は不要である。半導体基板10Fは、温度補償用ダイオード102の半導体層36の不純物濃度がAPD101の半導体層36の不純物濃度よりも高くなるように構成される。
 次に、上述した実施形態及び変形例における光検出装置の作用効果について説明する。光検出装置1は、様々な用途に用いられている。このため、それぞれの用途に応じた環境下において光検出装置1の検出精度を確保することが求められている。たとえば、車載用途で光検出装置1が用いられる場合には、100℃以上の高温環境下における検出精度の確保が求められる。しかしながら、このような高温環境下では、APD11を構成する半導体基板10内で熱によるキャリアが発生する。このため、発生したキャリアがAPD11に到達すれば、APD11の検出結果にフォトンショットノイズが生じる。
 光検出装置1の半導体基板10,10Aでは、周辺キャリア吸収部13が、主面10aに直交する方向から見てAPD11を囲んでいる。このため、高温環境下において半導体基板10,10A内で発生したキャリアがAPD11に到達することが抑制され、検出精度の向上も図られる。半導体基板10Fでは、周辺キャリア吸収部103が、主面10aに直交する方向から見て、APD101を囲んでいる。このため、高温環境下において半導体基板10F内で発生したキャリアがAPD101に到達することが抑制され、検出精度の向上も図られる。
 半導体基板10Bでは、周辺キャリア吸収部83が、主面10aに直交する方向から見て、APDアレイ80を囲んでいる。半導体基板10Cでは、主面10aに直交する方向から見て、周辺キャリア吸収部88がAPDアレイ85aを囲んでおり、周辺キャリア吸収部89がAPDアレイ85bを囲んでいる。半導体基板10Dでは、周辺キャリア吸収部93が、主面10aに直交する方向から見て、APDアレイ90を囲んでいる。半導体基板10Eでは、周辺キャリア吸収部98が、主面10aに直交する方向から見て、APDアレイ95を囲んでいる。このため、高温環境下において半導体基板10B,10C,10D,10E内で発生したキャリアがそれぞれAPDアレイ80,85a,85b,90,95に到達することが抑制され、検出精度の向上も図られる。
 従来、互いに同等の温度特性を有するAPDと温度補償用ダイオードとを備えた光検出装置を製造する場合、増幅率とバイアス電圧との関係について所望の温度特性を有するAPDを選定し組み合せるための検査が必要であった。このため、コスト削減は、困難であった。この点、光検出装置1,1Fでは、同一の半導体基板10,10A,10B,10C,10D,10E,10FにAPD11,81,86,91,96,101及び温度補償用ダイオード12,82,87,92,97,102がそれぞれ形成されている。この場合、温度補償用ダイオード12,82,87,92,97,102とAPD11,81,86,91,96,101とがそれぞれ異なる半導体基板に形成される場合よりも容易に高い精度で、増幅率とバイアス電圧とについて広い温度範囲で温度特性がそれぞれ同等の温度補償用ダイオード12,82,87,92,97,102及びAPD11,81,86,91,96,101が形成される。したがって、製造コストが抑えられながら、増倍率に対する温度補償が実現され得る。
 温度補償用ダイオード12,82,87,92,97,102にブレークダウン電圧が印加された場合、温度補償用ダイオード12,82,87,92,97,102は発光するおそれがある。温度補償用ダイオード12,82,87,92,97,102が発光すると、温度補償用ダイオード12,82,87,92,97,102が発した光によって半導体基板内にキャリアが発生する。このため、同一の半導体基板に温度補償用ダイオード12,82,87,92,97,102とAPD11,81,86,91,96,101とが形成された状態では、当該キャリアがAPD11,81,86,91,96,101の検出結果に影響を及ぼすおそれがある。
 上記光検出装置1の半導体基板10,10Aでは、周辺キャリア吸収部13がAPD11と温度補償用ダイオード12との間に位置している。主面10aに直交する方向から見て、APD11と温度補償用ダイオード12との間を最短距離で結ぶ線分上において、APD11と周辺キャリア吸収部13との間の最短距離は、周辺キャリア吸収部13の部分13cと温度補償用ダイオード12との最短距離よりも小さい。
 同様に、半導体基板10Bでは、周辺キャリア吸収部83がAPDアレイ80と温度補償用ダイオード82との間に位置している。半導体基板10Cでは、周辺キャリア吸収部88がAPDアレイ85aと温度補償用ダイオード87との間に位置しており、周辺キャリア吸収部89がAPDアレイ85bと温度補償用ダイオード87との間に位置している。半導体基板10Dでは、周辺キャリア吸収部93がAPDアレイ90と温度補償用ダイオード92との間に位置している。半導体基板10Eでは、周辺キャリア吸収部98がAPDアレイ95と温度補償用ダイオード97との間に位置している。半導体基板10Fでは、周辺キャリア吸収部103がAPD101と温度補償用ダイオード102との間に位置している。
 たとえば、主面10aに直交する方向から見て、APD11と温度補償用ダイオード12との間を最短距離で結ぶ線分上で、APD11の半導体層31と周辺キャリア吸収部13との間の距離L1は、周辺キャリア吸収部13の部分13cと温度補償用ダイオード12の半導体層31との間の距離L2よりも小さい。主面10aに直交する方向から見て、APD11と温度補償用ダイオード12との間を最短距離で結ぶ線分上において、APD11の半導体層32と周辺キャリア吸収部13との間の距離L3は、周辺キャリア吸収部13の部分13cと温度補償用ダイオード12の半導体層32との間の距離L4よりも小さい。光検出装置1Fの半導体基板10Fでは、主面10aに直交する方向から見て、APD101と温度補償用ダイオード102との間を最短距離で結ぶ線分上において、APD101の半導体層36と周辺キャリア吸収部103との間の距離L3は、周辺キャリア吸収部103の部分103cと温度補償用ダイオード102の半導体層36との間の距離L4よりも小さい。
 これらの構成では、温度補償用ダイオード12,82,87,92,97,102が発光することで生じたキャリアは、APD11,81,86,91,96,101に到達する前に周辺キャリア吸収部13,83,88,89,93,98,103で吸収される。この結果、温度補償用ダイオード12,82,87,92,97,102に起因するキャリアがAPD11,81,86,91,96,101に到達することが抑制され、検出精度の向上も図られる。したがって、上記光検出装置1,1Fでは、製造コストが抑制されながら、増倍率に対する温度補償が実現され、検出精度の向上も図られる。L2/L1は、たとえば1超50以下である。L2/L1は、20以上50以下であってもよく、この場合、更に温度補償用ダイオード12,82,87,92,97,102に起因するキャリアがAPD11,81,86,91,96,101に到達することが抑制される。
 光検出装置1,1Fは、電極42,43,44,45を備える。図1及び図11に示されているように、たとえば、電極42は、APD11,101に接続され、かつ、当該APD11,101からの信号を出力する。電極43は、温度補償用ダイオード12,102に接続されており、電極44は、周辺キャリア吸収部13,103に接続されている。この場合、APD11,101、温度補償用ダイオード12,102、及び周辺キャリア吸収部13,103の各々に所望の電位を印加できる。このように、周辺キャリア吸収部13,83,88,89,93,98,103に電圧が印加されれば、温度補償用ダイオード12,82,87,92,97,102に起因して発生したキャリアが一層吸収され得る。
 半導体基板10,10A,10B,10C,10D,10E,10Fのそれぞれにおいて、電極45には、APD11,81,86,91,96,101と、温度補償用ダイオード12,82,87,92,97,102と、周辺キャリア吸収部13,83,88,89,93,98,103とが互いに並列に接続されている。たとえば、APD11と温度補償用ダイオード12とが並列に接続されているため、温度補償用ダイオード12のブレークダウン電圧に応じた電位がAPD11に印加され得る。周辺キャリア吸収部13も、APD11及び温度補償用ダイオード12に並列に接続されているため、別途電源を設けることなく周辺キャリア吸収部13に電位を印加できる。周辺キャリア吸収部13,83,88,89,93,98,103に電圧が印加されれば、温度補償用ダイオード12,82,87,92,97,102に起因して発生したキャリアが一層吸収され得る。
 図1に示されているように、半導体基板10は、第一導電型の半導体領域21を含んでいる。APD11及び温度補償用ダイオード12は、それぞれ、半導体層31と半導体層32とを含んでいる。半導体層31は、第二導電型である。半導体層32は、半導体領域21よりも不純物濃度が高い第一導電型である。半導体層32は、半導体領域21と半導体層31との間に位置している。このように、温度補償用ダイオード12,82,87,92,97は、APD11,81,86,91,96と同様の構成である。このため、増幅率とバイアス電圧とに関する温度特性がAPD11,81,86,91,96に酷似した温度補償用ダイオード12,82,87,92,97を容易に形成できる。
 リーチスルー型のAPD11,81,86,91,96をそれぞれ有する半導体基板10,10A,10B,10C,10D,10Eでは、周辺キャリア吸収部13,83,88,89,93,98は、第二導電型の半導体層33を含んでいる。このため、周辺キャリア吸収部13,83,88,89,93,98で温度補償用ダイオード12,82,87,92,97に起因して発生したキャリアが一層吸収され得る。
 半導体基板10Fは、第一導電型の半導体領域21を含んでいる。APD101及び温度補償用ダイオード102は、それぞれ、半導体層35と半導体層36とを含んでいる。半導体基板10Fでは、半導体層35は、第二導電型である。半導体層36は、半導体領域21よりも不純物濃度が高い第一導電型である。半導体層36は、半導体領域21と半導体層35との間に位置している。このように、温度補償用ダイオード102は、APD101と同様の構成である。このため、増幅率とバイアス電圧とに関する温度特性がAPD101に酷似した温度補償用ダイオード102を容易に形成できる。
 リバース型のAPD101を有する半導体基板10Fでは、周辺キャリア吸収部103は、第一導電型の半導体層33を含んでいる。このため、周辺キャリア吸収部103で温度補償用ダイオード102に起因して発生したキャリアが一層吸収され得る。
 半導体基板10,10A,10B,10C,10D,10Eでは、温度補償用ダイオード12,82,87,92,97の半導体層32における不純物濃度は、APD11,81,86,91,96の半導体層32における不純物濃度より高い。この場合、光検出装置1では、たとえば、APD11,81,86,91,96のブレークダウン電圧の方が温度補償用ダイオード12,82,87,92,97のブレークダウン電圧よりも大きくなる。この結果、リニアモードで動作するAPD11,81,86,91,96の増倍率に対する温度補償が実現される。なお、半導体基板10FのAPD101をリニアモードで動作させる場合、半導体基板10Fは、温度補償用ダイオード102の半導体層36における不純物濃度がAPD101の半導体層36における不純物濃度より高くなるように構成される。この場合、光検出装置1Fにおいて、たとえば、APD101のブレークダウン電圧の方が温度補償用ダイオード102のブレークダウン電圧よりも大きくなる。
 半導体基板10Fでは、温度補償用ダイオード102の半導体層36における不純物濃度は、APD101の半導体層36における不純物濃度より低くてもよい。この場合、光検出装置1Fは、たとえば、APD101のブレークダウン電圧の方が温度補償用ダイオード102のブレークダウン電圧よりも小さくなり得る。この結果、ガイガーモードで動作するAPD101の増倍率に対する温度補償が実現され得る。なお、半導体基板10,10A,10B,10C,10D,10EのAPD11,81,86,91,96をガイガーモードで動作させる場合、半導体基板10,10A,10B,10C,10D,10Eは、温度補償用ダイオード12,82,87,92,97の半導体層32における不純物濃度がAPD11,81,86,91,96の半導体層32における不純物濃度より低くなるように構成される。この場合、光検出装置1において、たとえば、APD11,81,86,91,96のブレークダウン電圧の方が温度補償用ダイオード12,82,87,92,97のブレークダウン電圧よりも小さくなる。
 次に、図13を参照して、光検出装置の製造方法の一例について説明する。図13は、光検出装置1のうち半導体基板10の製造方法を示すフローチャートである。
 まず、半導体ウエハを準備する(ステップS1)。半導体ウエハは、半導体基板10として加工される前の基板であり、互いに対向する主面10a,10bを有する。半導体ウエハは、半導体領域21に対応する第一導電型の半導体領域を含む。当該半導体領域は、半導体ウエハの主面10a側に設けられ、主面10aの全面を構成する。たとえば、半導体ウエハの半導体領域は、P型である。本実施形態では、半導体ウエハには、主面10b側から不純物を添加することによって、半導体ウエハの半導体領域よりも不純物濃度が高い第一導電型の半導体層35が形成されている。たとえば、半導体層35は、P型である。
 続いて、第一のイオン注入工程(ステップS2)として、イオン注入法により、主面10a側に不純物イオンを注入して不純物を添加することで、第二導電型の半導体層31,33及び第一導電型の半導体層32,34を形成する。たとえば、半導体層31,33はN型であり、半導体層32はP型であり、半導体層34はP型である。本実施形態では、半導体層31及び半導体層33は、一回のイオン注入処理で、互いに離間した異なる箇所に第二導電型の不純物イオンを注入することによって形成される。半導体層32は、半導体層31,33が形成された後に、第一導電型の不純物イオンを注入することで形成される。半導体層32は、半導体層31,33が形成される前に、第一導電型の不純物イオンを注入することで形成されてもよい。
 半導体層31,32は、主面10aに直交する方向から見て、互いに重なる位置に形成される。半導体層32は、主面10a側から見て半導体層31よりも深い位置に第一導電型の不純物を注入することで形成される。半導体層31,32は、1つの半導体基板10となる領域内において、主面10aと直交する方向から見て互いに離間した複数の箇所に形成される。当該複数の箇所は、APD11を配置する箇所と温度補償用ダイオード12を配置する箇所とを含む。第一のイオン注入工程では、半導体層31の不純物濃度が同等となるように、第二導電型の不純物が各箇所に添加される。同様に、半導体層32の不純物濃度が同等となるように、第一導電型の不純物が各箇所に添加される。
 続いて、第二のイオン注入工程(ステップS3)として、イオン注入方法により、上述した複数の箇所のうち一部の箇所のみに、半導体層32にさらに不純物を添加する。本実施形態では、温度補償用ダイオード12を配置する箇所のみにおいて、半導体層32にさらに第一導電型の不純物が注入される。このため、光検出装置1では、温度補償用ダイオード12の半導体層32における不純物濃度は、APD11の半導体層32における不純物濃度より高い。この場合、光検出装置1は、APD11のブレークダウン電圧が温度補償用ダイオード12のブレークダウン電圧よりも大きくなるように構成される。
 第二のイオン注入工程では、温度補償用ダイオード12を配置する箇所ではなく、APD11を配置する箇所のみにおいて、半導体層32にさらに第一導電型の不純物が注入されてもよい。この場合、光検出装置1では、温度補償用ダイオード12の半導体層32における不純物濃度は、APD11の半導体層32における不純物濃度より低い。この場合の光検出装置は、APD11のブレークダウン電圧は、温度補償用ダイオード12のブレークダウン電圧よりも小さくなるように構成される。
 以上の工程によって、光検出装置1の半導体基板10が形成される。本実施形態では、既に半導体層35が形成された状態から半導体層31,32,33,34を形成した。しかし、半導体層31,32,33,34が形成された後に、半導体層35が形成されてもよい。
 上記製造方法では、異なる複数の箇所にイオンを注入することで各箇所に半導体層31と半導体層32とが形成される。その後、さらに一部の箇所の半導体層32にイオンが注入される。このため、増倍率とバイアス電圧とに関する温度特性が同等でありながら、それぞれ所望のブレークダウン電圧に設定された、温度補償用ダイオード12及びAPD11が容易に製造され得る。この場合、たとえば、温度補償用ダイオード12とAPD11とのブレークダウン電圧差に応じて、APD11の増倍率が任意に設定され得る。このため、温度補償用ダイオード12とAPD11とがそれぞれ所望のブレークダウン電圧に設定されれば、検出精度の向上が図られる。たとえば、温度補償用ダイオード12とAPD11とのブレークダウン電圧差に応じて、APD11の増倍率がS/N比の高い最適増倍率Moptに設定されれば、検出精度の向上が図られる。このように、上記製造方法では、製造コストが抑制されながら、増倍率に対する温度補償が実現され、検出精度の向上が図られる。
 本実施形態では、第一のイオン注入工程において、一回のイオン注入処理で半導体層31と半導体層33とを形成する。このため、イオン注入の工程を増加させることなく、周辺キャリア吸収部13が形成される。したがって、製造コストが削減される。
 以上、本発明の実施形態及び変形例について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態及び変形例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
 たとえば、上述した製造方法は、光検出装置1の半導体基板10の製造だけでなく、半導体基板10A,10B,10C,10D,10Eの製造にも適用できる。上述した製造方法は、光検出装置1の製造だけでなく、光検出装置1Fの製造にも適用できる。
 半導体基板10B,10C,10D,10Eにおいて、周辺キャリア吸収部は、APDアレイに含まれる複数のAPDをそれぞれ囲んでいてもよい。換言すれば、周辺キャリア吸収部は、APDアレイに含まれる複数のAPDを、一つずつ囲んでいてもよい。APDアレイに含まれる任意のAPDが温度補償用ダイオードとして用いられてもよい。この場合も、温度補償用ダイオードとして用いられるAPDから発生したキャリアの他のAPDへの到達が抑制される。
 上述した変形例では、半導体基板10Fが、半導体層36を含んでいる構成について説明した。しかし、半導体基板10FのAPD101は、半導体層36を含んでいなくてもよく、この場合もAPDとして機能する。半導体基板10Fが半導体層36を含まない構成では、たとえば、半導体領域21と半導体層35とが半導体層36を挟まずに互いに接する。
 1,1F…光検出装置、10,10A,10B,10C,10D,10E,10F…半導体基板、10a,10b…主面、11,81,81a,86,86a,91,91a,96,96a,101…APD、11a,101a…光入射面、12,82,87,92,97,102…温度補償用ダイオード、13,83,88,89,93,98,103…周辺キャリア吸収部、13a,13b,83a,83b,88a,88b,89a,89b,93a,93b,98a,98b,103a,103b…縁、13c,83c,88c,89c,103c…部分、21…半導体領域、31,32,33,36…半導体層、42,43,44,45…電極、80,85a,85b,90,95…APDアレイ、L1,L2,L3,L4…距離。

Claims (12)

  1.  光検出装置であって、
     互いに対向する第一主面及び第二主面を有すると共に、前記第一主面に直交する方向から見て互いに離間してアバランシェフォトダイオードと温度補償用ダイオードとが形成された半導体基板を備え、
     前記半導体基板は、前記第一主面に直交する方向から見て前記アバランシェフォトダイオードを囲んでおり、かつ、周辺に位置するキャリアを吸収する周辺キャリア吸収部を有し、
     前記周辺キャリア吸収部の一部は、前記第一主面に直交する方向から見て、前記アバランシェフォトダイオードと前記温度補償用ダイオードとの間に位置し、
     前記温度補償用ダイオードに印加されるブレークダウン電圧に応じた電圧を前記アバランシェフォトダイオードにバイアス電圧として印加することで、前記アバランシェフォトダイオードの増倍率の温度補償が行われる。
  2.  請求項1に記載の光検出装置であって、
     前記半導体基板の前記第一主面側には、前記アバランシェフォトダイオードを含むアバランシェフォトダイオードアレイが形成されており、
     前記周辺キャリア吸収部は、前記第一主面に直交する方向から見て、前記アバランシェフォトダイオードアレイを囲んでおり、
     前記周辺キャリア吸収部の一部は、前記第一主面に直交する方向から見て、前記アバランシェフォトダイオードアレイと前記温度補償用ダイオードとの間に位置している。
  3.  請求項1又は2に記載の光検出装置であって、
     前記アバランシェフォトダイオードに接続され、かつ、当該アバランシェフォトダイオードからの信号を出力する第一電極と、
     前記温度補償用ダイオードに接続された第二電極と、
     前記周辺キャリア吸収部に接続された第三電極と、を備える。
  4.  請求項3に記載の光検出装置であって、
     前記アバランシェフォトダイオード、前記温度補償用ダイオード、及び前記周辺キャリア吸収部が互いに並列に接続された第四電極を備える。
  5.  請求項1~4のいずれか一項に記載の光検出装置であって、
     前記半導体基板は、第一導電型の半導体領域を含み、
     前記アバランシェフォトダイオード及び前記温度補償用ダイオードは、それぞれ、前記第一導電型と異なる第二導電型の第一半導体層と、前記半導体領域と前記第一半導体層との間に配置されていると共に前記半導体領域よりも不純物濃度が高い前記第一導電型の第二半導体層とを含む。
  6.  請求項5に記載の光検出装置であって、
     前記周辺キャリア吸収部は、前記第二導電型の第三半導体層を含む。
  7.  請求項5に記載の光検出装置であって、
     前記周辺キャリア吸収部は、前記第一導電型の第三半導体層を含む。
  8.  請求項6又は7に記載の光検出装置であって、
     前記温度補償用ダイオードの前記第二半導体層における不純物濃度は、前記アバランシェフォトダイオードの前記第二半導体層における不純物濃度より高い。
  9.  請求項6~8のいずれか一項に記載の光検出装置であって、
     前記温度補償用ダイオードの前記第二半導体層における不純物濃度は、前記アバランシェフォトダイオードの前記第二半導体層における不純物濃度より低い。
  10.  請求項1~9のいずれか一項に記載の光検出装置の製造方法であって、
     前記第一主面を有すると共に第一導電型の半導体領域を含む半導体ウエハを準備する工程と、
     前記半導体ウエハにおいて、前記第一主面と直交する方向から見て互いに離間した第一の箇所と第二の箇所とにイオンを注入することで、前記第一の箇所及び前記第二の箇所のそれぞれに、前記第一導電型と異なる第二導電型の第一半導体層と、前記半導体領域と前記第一半導体層との間に位置していると共に前記半導体領域よりも不純物濃度が高い前記第一導電型の第二半導体層とを形成する第一のイオン注入工程と、
     前記第一の箇所における前記第二半導体層にさらにイオンを注入する第二のイオン注入工程と、を有する。
  11.  請求項10に記載の光検出装置の製造方法であって、
     前記第一のイオン注入工程は、
      前記第一の箇所及び前記第二の箇所と、前記第一主面と直交する方向から見て前記第一の箇所及び前記第二の箇所から離間した第三の箇所とに前記第二導電型の不純物イオンを注入することで、一回のイオン注入処理で前記第一の箇所及び前記第二の箇所のそれぞれに前記第一半導体層を形成すると共に前記第三の箇所に前記第二導電型の第三半導体層を形成する工程と、
      前記第一の箇所及び前記第二の箇所に前記第一導電型の不純物イオンを注入することで、前記第一の箇所及び前記第二の箇所のそれぞれに前記第二半導体層を形成する工程と、を含む。
  12.  光検出装置であって、
     互いに対向する第一主面及び第二主面を有する半導体基板を備え、
     前記半導体基板は、
      前記第一主面側に光入射面を有する第一アバランシェフォトダイオードと、
      前記第一主面に直交する方向から見て、前記第一アバランシェフォトダイオードから離間していると共に遮光されている第二アバランシェフォトダイオードと、
      前記第一主面に直交する方向から見て、前記第一アバランシェフォトダイオードを囲んでおり、かつ、周辺に位置するキャリアを吸収する周辺キャリア吸収部と、を有し、
     前記周辺キャリア吸収部の一部は、前記第一主面に直交する方向から見て、前記第一アバランシェフォトダイオードと前記第二アバランシェフォトダイオードとの間に位置する。
PCT/JP2019/046907 2018-12-12 2019-11-29 光検出装置及び光検出装置の製造方法 WO2020121857A1 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020559152A JPWO2020121857A1 (ja) 2018-12-12 2019-11-29 光検出装置及び光検出装置の製造方法
EP19896585.7A EP3896411A4 (en) 2018-12-12 2019-11-29 PHOTODETECTOR AND METHOD OF MAKING A PHOTODETECTOR
US17/311,803 US20220020786A1 (en) 2018-12-12 2019-11-29 Photodetector and method for manufacturing photodetector
CN201980082009.2A CN113167643B (zh) 2018-12-12 2019-11-29 光检测装置及光检测装置的制造方法
JP2024071818A JP2024096235A (ja) 2018-12-12 2024-04-25 光検出装置及び光検出装置の製造方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018232895 2018-12-12
JP2018-232895 2018-12-12

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020121857A1 true WO2020121857A1 (ja) 2020-06-18

Family

ID=71075682

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2019/046907 WO2020121857A1 (ja) 2018-12-12 2019-11-29 光検出装置及び光検出装置の製造方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20220020786A1 (ja)
EP (1) EP3896411A4 (ja)
JP (2) JPWO2020121857A1 (ja)
CN (1) CN113167643B (ja)
WO (1) WO2020121857A1 (ja)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3988908A4 (en) * 2018-12-12 2022-12-14 Hamamatsu Photonics K.K. PHOTOSENSOR AND METHOD FOR MAKING THE PHOTOSENSOR
US11901379B2 (en) * 2018-12-12 2024-02-13 Hamamatsu Photonics K.K. Photodetector
JP7455520B2 (ja) 2018-12-12 2024-03-26 浜松ホトニクス株式会社 光検出装置
US12113088B2 (en) 2018-12-12 2024-10-08 Hamamatsu Photonics K.K. Light detection device

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5062389A (ja) * 1973-10-01 1975-05-28
JPS60178673A (ja) * 1984-02-24 1985-09-12 Nec Corp アバランシフオトダイオ−ド
JPS61289677A (ja) * 1985-06-18 1986-12-19 Nippon Kogaku Kk <Nikon> 半導体光検出装置
JPS62239727A (ja) * 1986-04-11 1987-10-20 Nec Corp アバランシエホトダイオ−ドの利得制御方式
US4948989A (en) * 1989-01-31 1990-08-14 Science Applications International Corporation Radiation-hardened temperature-compensated voltage reference
JPH04256376A (ja) * 1991-02-08 1992-09-11 Hamamatsu Photonics Kk アバランシェホトダイオード及びその製造方法
JPH06224463A (ja) * 1993-01-22 1994-08-12 Mitsubishi Electric Corp 半導体受光装置
JPH0727607A (ja) 1993-07-09 1995-01-31 Hamamatsu Photonics Kk アバランシェフォトダイオードのバイアス回路
JP2004303878A (ja) * 2003-03-31 2004-10-28 Nippon Sheet Glass Co Ltd 受光素子アレイ

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1503088A (en) * 1976-07-22 1978-03-08 Standard Telephones Cables Ltd Avalanche photodetector
SE417145B (sv) * 1979-05-30 1981-02-23 Asea Ab Lavinfotodiodanordning med en lavindiod och med organ for styrning av diodens multiplikationsfaktor
WO2020121854A1 (ja) * 2018-12-12 2020-06-18 浜松ホトニクス株式会社 光検出装置
EP3988908A4 (en) * 2018-12-12 2022-12-14 Hamamatsu Photonics K.K. PHOTOSENSOR AND METHOD FOR MAKING THE PHOTOSENSOR
JP7455520B2 (ja) * 2018-12-12 2024-03-26 浜松ホトニクス株式会社 光検出装置
US12113088B2 (en) * 2018-12-12 2024-10-08 Hamamatsu Photonics K.K. Light detection device
WO2021084840A1 (ja) * 2019-10-29 2021-05-06 パナソニックIpマネジメント株式会社 フォトセンサ及びそれを用いた距離測定システム

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5062389A (ja) * 1973-10-01 1975-05-28
JPS60178673A (ja) * 1984-02-24 1985-09-12 Nec Corp アバランシフオトダイオ−ド
JPS61289677A (ja) * 1985-06-18 1986-12-19 Nippon Kogaku Kk <Nikon> 半導体光検出装置
JPS62239727A (ja) * 1986-04-11 1987-10-20 Nec Corp アバランシエホトダイオ−ドの利得制御方式
US4948989A (en) * 1989-01-31 1990-08-14 Science Applications International Corporation Radiation-hardened temperature-compensated voltage reference
JPH04256376A (ja) * 1991-02-08 1992-09-11 Hamamatsu Photonics Kk アバランシェホトダイオード及びその製造方法
JPH06224463A (ja) * 1993-01-22 1994-08-12 Mitsubishi Electric Corp 半導体受光装置
JPH0727607A (ja) 1993-07-09 1995-01-31 Hamamatsu Photonics Kk アバランシェフォトダイオードのバイアス回路
JP2004303878A (ja) * 2003-03-31 2004-10-28 Nippon Sheet Glass Co Ltd 受光素子アレイ

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3896411A4

Also Published As

Publication number Publication date
EP3896411A1 (en) 2021-10-20
JPWO2020121857A1 (ja) 2021-11-04
EP3896411A4 (en) 2022-10-05
CN113167643B (zh) 2024-05-28
CN113167643A (zh) 2021-07-23
JP2024096235A (ja) 2024-07-12
US20220020786A1 (en) 2022-01-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2020121857A1 (ja) 光検出装置及び光検出装置の製造方法
WO2020121858A1 (ja) 光検出装置及び光検出装置の製造方法
JP5791461B2 (ja) 光検出装置
JP6282368B2 (ja) 光検出装置
JP6681509B1 (ja) 光検出装置
US9899434B1 (en) Light-receiving device having avalanche photodiodes of different types
WO2020121851A1 (ja) 光検出装置
US20230358607A1 (en) Photodetector device
JP6975110B2 (ja) 光検出素子、光検出システム、ライダー装置及び車
JP5927334B2 (ja) 光検出装置
JP5911629B2 (ja) 光検出装置
JP2016197730A (ja) 半導体光検出素子
JP5822688B2 (ja) 受発光素子
JP6186038B2 (ja) 半導体光検出素子
JP2008117952A (ja) 半導体装置
US20090250780A1 (en) High fill-factor laser-treated semiconductor device on bulk material with single side contact scheme
JP6244403B2 (ja) 半導体光検出素子
JP6282307B2 (ja) 半導体光検出素子
WO2020121852A1 (ja) 光検出装置
JP5989872B2 (ja) 光検出装置の接続構造
JPH03290979A (ja) フォトダイオード
JP2016164992A (ja) 半導体光検出素子

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19896585

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020559152

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2019896585

Country of ref document: EP

Effective date: 20210712