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公開番号2023077759
公報種別公開特許公報(A)
公開日2023-06-06
出願番号2021191170
出願日2021-11-25
発明の名称光電変換素子及び光電変換装置
出願人キヤノン株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H01L 27/146 20060101AFI20230530BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】高速応答性に優れた光電変換素子及び光電変換装置を提供する。
【解決手段】第1及び第2面を有する半導体層に設けられた光電変換素子であって、第1導電型の第1半導体領域、第1半導体領域よりも第2面の側に配され第1半導体領域との間にpn接合を形成する第2導電型の第2半導体領域、第2半導体領域よりも第2面の側に配された第1導電型の第3半導体領域、第3半導体領域よりも第2面の側に配された第2導電型の第4半導体領域、第3半導体領域と第4半導体領域との間の深さに配された第2導電型の第5半導体領域、平面視において、第1、第2、第3及び第5半導体領域が配された領域を囲うように配された第2導電型の第6半導体領域を有する。第5半導体領域は、平面視における面積が第3半導体領域よりも小さく、平面視において第1半導体領域と重なっている。
【選択図】図7
特許請求の範囲【請求項1】
第1面と、前記第1面と対向する第2面とを有する半導体層に設けられた光電変換素子であって、
第1導電型の第1半導体領域と、
前記第1半導体領域よりも前記第2面の側に配され、前記第1半導体領域との間にpn接合を形成する第2導電型の第2半導体領域と、
前記第2半導体領域よりも前記第2面の側に配され、平面視において前記第1半導体領域及び前記第2半導体領域と重なる前記第1導電型の第3半導体領域と、
前記第3半導体領域よりも前記第2面の側に配され、平面視において前記第1半導体領域、前記第2半導体領域及び前記第3半導体領域が配された領域の全体と重なる前記第2導電型の第4半導体領域と、
前記第3半導体領域と前記第4半導体領域との間の深さに配された前記第2導電型の第5半導体領域と、
平面視において、前記第1半導体領域、前記第2半導体領域、前記第3半導体領域及び前記第5半導体領域が配された領域を囲うように配され、前記第4半導体領域に電気的に接続された前記第2導電型の第6半導体領域と、を有し、
前記第5半導体領域は、平面視における面積が前記第3半導体領域よりも小さく、平面視において前記第1半導体領域と重なっている
ことを特徴とする光電変換素子。
続きを表示(約 1,000 文字)【請求項2】
断面視における前記第5半導体領域の前記第1面の側の端部は、断面視における前記第3半導体領域の前記第2面の側の端部よりも前記第1面の側に位置している
ことを特徴とする請求項1記載の光電変換素子。
【請求項3】
前記第3半導体領域及び前記第5半導体領域が配された同じ深さにおいて、前記第1導電型のキャリアに対する前記第5半導体領域のポテンシャルは、前記第1導電型のキャリアに対する前記第5半導体領域のポテンシャルよりも高い
ことを特徴とする請求項2記載の光電変換素子。
【請求項4】
前記第3半導体領域と前記第5半導体領域とがpn接合を形成している
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の光電変換素子。
【請求項5】
前記第3半導体領域が設けられた深さにおいて前記第3半導体領域を囲うように配された前記第1導電型の第7半導体領域を更に有し、
前記第7半導体領域は、前記第3半導体領域と前記第4半導体領域との間の領域に延在し、前記第5半導体領域との間のpn接合を形成している
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の光電変換素子。
【請求項6】
前記第3半導体領域と前記第4半導体領域との間の深さに配された前記第2導電型の複数の第8半導体領域を更に有し、
前記複数の第8半導体領域は、平面視において、前記第5半導体領域と前記第6半導体領域との間に配されている
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の光電変換素子。
【請求項7】
前記第5半導体領域は、前記第4半導体領域と接している
ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の光電変換素子。
【請求項8】
前記第5半導体領域は、前記第4半導体領域から離間している
ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の光電変換素子。
【請求項9】
前記第5半導体領域の不純物濃度は、前記第4半導体領域の不純物濃度及び前記第6半導体領域の不純物濃度よりも低い
ことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の光電変換素子。
【請求項10】
平面視における前記第2半導体領域の面積は、平面視における前記第1半導体領域の面積よりも大きい
ことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の光電変換素子。
(【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、光電変換素子及び光電変換装置に関する。
続きを表示(約 2,900 文字)【背景技術】
【0002】
光電変換素子として、光子の入射により発生する電荷をアバランシェ降伏により増倍するAPD(Avalanche Photo Diode)やSPAD(Single Photon Avalanche Diode)が知られている。特許文献1及び特許文献2には、発生した電荷をアバランシェ増倍領域に収集しやすくするために、光電変換領域のNウェルに、アバランシェ増倍領域を形成するP型半導体領域に接するようにN型半導体領域を配置した光電変換素子が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2018-088488号公報
特開2018-064086号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ToF(Time of Flight:飛行時間)方式の測距機能を備えた光電変換装置などの高速応答性が求められるセンサにおいては、光子の入射により発生した電荷の収集時間のばらつきを可能な限り小さくすることが求められる。しかしながら、特許文献1及び特許文献2に記載の光電変換素子は、光子の入射により発生した電荷の収集時間のばらつきを低減する観点から必ずしも好ましい構成であるとは言えなかった。
【0005】
本発明の目的は、高速応答性に優れた光電変換素子及び光電変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本明細書の一開示によれば、第1面と、前記第1面と対向する第2面とを有する半導体層に設けられた光電変換素子であって、第1導電型の第1半導体領域と、前記第1半導体領域よりも前記第2面の側に配され、前記第1半導体領域との間にpn接合を形成する第2導電型の第2半導体領域と、前記第2半導体領域よりも前記第2面の側に配され、平面視において前記第1半導体領域及び前記第2半導体領域と重なる前記第1導電型の第3半導体領域と、前記第3半導体領域よりも前記第2面の側に配され、平面視において前記第1半導体領域、前記第2半導体領域及び前記第3半導体領域が配された領域の全体と重なる前記第2導電型の第4半導体領域と、前記第3半導体領域と前記第4半導体領域との間の深さに配された前記第2導電型の第5半導体領域と、平面視において、前記第1半導体領域、前記第2半導体領域、前記第3半導体領域及び前記第5半導体領域が配された領域を囲うように配され、前記第4半導体領域に電気的に接続された前記第2導電型の第6半導体領域と、を有し、前記第5半導体領域は、平面視における面積が前記第3半導体領域よりも小さく、平面視において前記第1半導体領域と重なっている光電変換素子が提供される。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、高速応答性に優れた光電変換素子及び光電変換装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
本発明の第1実施形態による光電変換装置の概略構成を示すブロック図(その1)である。
本発明の第1実施形態による光電変換装置の概略構成を示すブロック図(その2)である。
本発明の第1実施形態による光電変換装置の画素の構成例を示すブロック図である。
本発明の第1実施形態による光電変換装置の構成例を示す斜視図である。
本発明の第1実施形態による光電変換装置における光電変換部の基本動作を説明する図である。
本発明の第1実施形態による光電変換装置における光電変換素子の構造を示す平面図である。
本発明の第1実施形態による光電変換装置における光電変換素子の構造を示す概略断面図である。
参考例による光電変換素子の内部のポテンシャル分布と電荷の移動経路とを説明する図である。
参考例による光電変換素子の内部で生じた電荷がアバランシェ増倍領域に達するまでに要する時間の頻度分布である。
本発明の第1実施形態による光電変換装置の光電変換素子の内部のポテンシャル分布と電荷の移動経路とを説明する図である。
本発明の第1実施形態による光電変換装置の光電変換素子の内部で生じた電荷がアバランシェ増倍領域に達するまでに要する時間の頻度分布(その1)である。
本発明の第1実施形態による光電変換装置の光電変換素子の内部で生じた電荷がアバランシェ増倍領域に達するまでに要する時間の頻度分布(その2)である。
本発明の第2実施形態による光電変換装置における光電変換素子の構造を示す概略断面図である。
本発明の第3実施形態による光電変換装置における光電変換素子の構造を示す平面図である。
本発明の第4実施形態による光電変換装置における光電変換素子の構造を示す概略断面図である。
本発明の第5実施形態による光電変換装置における光電変換素子の構造を示す平面図(その1)である。
本発明の第5実施形態による光電変換装置における光電変換素子の構造を示す平面図(その2)である。
本発明の第5実施形態による光電変換装置における光電変換素子の構造を示す概略断面図である。
本発明の第5実施形態の変形例による光電変換装置における光電変換素子の構造を示す概略断面図である。
本発明の第6実施形態による光検出システムの概略構成を示すブロック図である。
本発明の第7実施形態による距離画像センサの概略構成を示すブロック図である。
本発明の第8実施形態による内視鏡手術システムの構成例を示す概略図である。
本発明の第9実施形態による移動体の構成例を示す概略図である。
本発明の第9実施形態による光検出システムの概略構成を示すブロック図である。
本発明の第9実施形態による光検出システムの動作を示すフロー図である。
本発明の第10実施形態による光検出システムの概略構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
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。
【0010】
[第1実施形態]
本発明の第1実施形態による光電変換装置の概略構成について、図1乃至図4を用いて説明する。図1及び図2は、本実施形態による光電変換装置の概略構成を示すブロック図である。図3は、本実施形態による光電変換装置の画素の構成例を示すブロック図である。図4は、本実施形態による光電変換装置の構成例を示す斜視図である。
(【0011】以降は省略されています)

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