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公開番号2023038038
公報種別公開特許公報(A)
公開日2023-03-16
出願番号2021144928
出願日2021-09-06
発明の名称光電変換装置
出願人キヤノン株式会社
代理人個人,個人
主分類H01L 31/107 20060101AFI20230309BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】アバランシェ発光による光子がモスアイ構造のSi裏面で反射され、迷光としてクロストークを誘起する。
【解決手段】第1の面と、前記第1の面に対向する第2の面と、を有する半導体層に配された複数のアバランシェダイオードを有する光電変換装置であって、前記複数のアバランシェダイオードのそれぞれは、第1の深さに配された第1の導電型の第1の半導体領域と、前記第1の深さよりも前記第2の面に対して深い第2の深さに配された第2の導電型の第2の半導体領域と、を有し、前記半導体層は、前記第1の面に設けられた複数の凹凸構造を備え、前記複数の凹凸構造の実効周期はhc/E_ah:プランク定数[J・s]、c:光速[m/s]、E_a:基板のバンドギャップ[J]よりも小さいことを特徴とする光電変換装置。
【選択図】図6
特許請求の範囲【請求項１】
第１の面と、前記第１の面に対向する第２の面と、を有する半導体層に配された複数のアバランシェダイオードを有する光電変換装置であって、
前記複数のアバランシェダイオードのそれぞれは、第１の深さに配された第１の導電型の第１の半導体領域と、前記第１の深さよりも前記第２の面に対して深い第２の深さに配された第２の導電型の第２の半導体領域と、を有し、
前記半導体層は、前記第１の面に設けられた複数の凹凸構造を備え、
前記複数の凹凸構造の実効周期はｈｃ／Ｅ
ａ
（ｈ：プランク定数［Ｊ・ｓ］、ｃ：光速［ｍ／ｓ］、Ｅ
ａ
：基板のバンドギャップ［Ｊ］）よりも小さいことを特徴とする光電変換装置。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記複数の凹凸構造はトレンチ構造によって形成され、
前記トレンチ構造の幅はｈｃ／２Ｅ
ａ
（ｈ：プランク定数［Ｊ・ｓ］、ｃ：光速［ｍ／ｓ］、Ｅ
ａ
：基板のバンドギャップ［Ｊ］）よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項３】
第１の面と、前記第１の面に対向する第２の面と、を有する半導体層に配された複数のアバランシェダイオードを有する光電変換装置であって、
前記複数のアバランシェダイオードのそれぞれは第１の深さに配された第１の導電型の第１の半導体領域と、前記第１の深さよりも前記第２の面に対して深い第２の深さに配された第２の導電型の第２の半導体領域と、を有し、
前記半導体層は、前記第１の面に設けられた複数の凹凸構造を備え、
前記複数の凹凸構造の実効周期は１．１μｍよりも小さいことを特徴とする光電変換装置。
【請求項４】
前記複数の凹凸構造はトレンチ構造によって形成され、
前記トレンチ構造の幅は０．５５μｍよりも小さいことを特徴とする請求項３に記載の光電変換装置。
【請求項５】
前記第２の深さよりも第２の面に対して深い第３の深さに配された前記第２の導電型の第３の半導体領域を有することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の光電変換装置。
【請求項６】
前記第２の半導体領域と前記第３の半導体領域との間に前記第１の導電型の第４の半導体領域が設けられ、
前記第４の半導体領域における前記第１の導電型の不純物濃度は前記第１の半導体領域における前記第１の導電型の不純物濃度よりも低いことを特徴とする請求項５に記載の光電変換装置。
【請求項７】
前記第１の面に垂直な方向からの平面視において、
前記第４の半導体領域と重なる前記複数の凹凸構造の面積は前記第４の半導体領域と重ならない前記複数の凹凸構造の面積よりも大きいことを特徴とする請求項６に記載の光電変換装置。
【請求項８】
前記第１の深さに配され、前記第１の面からの平面視において前記第１の半導体領域を囲む第５の半導体領域が設けられ、
前記第５の半導体領域における不純物濃度は前記第１の半導体領域における不純物濃度よりも低いことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の光電変換装置。
【請求項９】
前記第１の半導体領域と前記第２の半導体領域とのポテンシャル差は前記第２の半導体領域と前記第５の半導体領域とのポテンシャル差よりも大きいことを特徴とする請求項８に記載の光電変換装置。
【請求項１０】
前記第１の面に垂直な方向からの平面視において、
前記第１の半導体領域と前記第２の半導体領域との間に形成される増倍領域は、前記複数の凹凸構造に内包されることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の光電変換装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換装置及び光電変換システムに関するものである。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
光電変換素子の受光面に凹凸構造を設け、入射光を屈折させることにより、光電変換素子内における入射光の光路長を長くして量子効率を向上させる光電変換装置がある。特許文献１には、基板の光入射面側にモスアイ構造と呼ばれる凹凸構造を有する単一光子アバランシェフォトダイオード（ＳＰＡＤ）について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２１－００２５４２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の構造においてアバランシェ発光による光子がモスアイ構造のＳｉ裏面で反射され、迷光としてクロストークを誘起するという課題があった。
【０００５】
本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、アバランシェフォトダイオードを用いた光電変換装置におけるクロストークの低減を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一つの側面は、第１の面と、前記第１の面に対向する第２の面と、を有する半導体層に配された複数のアバランシェダイオードを有する光電変換装置であって、前記複数のアバランシェダイオードのそれぞれは、第１の深さに配された第１の導電型の第１の半導体領域と、前記第１の深さよりも前記第２の面に対して深い第２の深さに配された第２の導電型の第２の半導体領域と、を有し、前記半導体層は、前記第１の面に設けられた複数の凹凸構造を備え、前記複数の凹凸構造の実効周期はｈｃ／Ｅ
ａ
（ｈ：プランク定数［Ｊ・ｓ］、ｃ：光速［ｍ／ｓ］、Ｅ
ａ
：基板のバンドギャップ［Ｊ］）よりも小さいことを特徴とする光電変換装置である。
【０００７】
本発明の別の側面は、第１の面と、前記第１の面に対向する第２の面と、を有する半導体層に配された複数のアバランシェダイオードを有する光電変換装置であって、前記複数のアバランシェダイオードのそれぞれは第１の深さに配された第１の導電型の第１の半導体領域と、前記第１の深さよりも前記第２の面に対して深い第２の深さに配された第２の導電型の第２の半導体領域と、を有し、前記半導体層は、前記第１の面に設けられた複数の凹凸構造を備え、前記複数の凹凸構造の実効周期は１．１μｍよりも小さいことを特徴とする光電変換装置である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、アバランシェフォトダイオードを用いた光電変換装置のクロストークを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
実施形態にかかる光電変換装置の概略図である。
実施形態にかかる光電変換装置のＰＤ基板の概略図である。
実施形態にかかる光電変換装置の回路基板の概略図である。
実施形態にかかる光電変換装置の画素回路の構成例である。
実施形態にかかる光電変換装置の画素回路の駆動を示す模式図である。
第１の実施形態にかかる光電変換素子の断面図である。
第１の実施形態にかかる光電変換素子のポテンシャル図である。
第１の実施形態にかかる光電変換素子のトレンチ構造の断面図である。
第１の実施形態にかかる光電変換素子の平面図である。
第１の実施形態にかかる光電変換素子の比較例である。
第１の実施形態にかかる光電変換素子の断面である。
第２の実施形態にかかる光電変換素子の平面図である。
第２の実施形態の変形例にかかる光電変換素子の平面図である。
第３の実施形態にかかる光電変換装置の平面図である。
第３の実施形態にかかる光電変換素子の平面図である。
第３の実施形態にかかる光電変換素子の断面図である。
第３の実施形態にかかる光電変換素子の断面図である。
第４の実施形態にかかる光電変換素子の断面図である。
第４の実施形態にかかる光電変換素子の平面図である。
第４の実施形態にかかる光電変換素子の比較例である。
第５の実施形態にかかる光電変換素子の断面図である。
第６の実施形態にかかる光電変換素子のトレンチ構造の断面図である。
第７の実施形態にかかる光電変換素子の断面図である。
第７の実施形態にかかる光電変換素子の平面図である。
第８の実施形態にかかる光電変換システムの機能ブロック図である。
第９の実施形態にかかる光電変換システムの機能ブロック図である。
第１０の実施形態にかかる光電変換システムの機能ブロック図である。
第１１の実施形態にかかる光電変換システムの機能ブロック図である。
第１２の実施形態にかかる光電変換システムの機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、本発明を限定するものではない。各図面が示す部材の大きさや位置関係は、説明を明確にするために誇張していることがある。以下の説明において、同一の構成については同一の番号を付して説明を省略することがある。
（【００１１】以降は省略されています）

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