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公開番号2025089421
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-12
出願番号2025048080,2023187257
出願日2025-03-24,2017-07-28
発明の名称光検出装置および光検出システム
出願人キヤノン株式会社
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類H10F 30/225 20250101AFI20250605BHJP()
要約【課題】トンネル効果によって生じる電荷は、電荷を検出する領域の面積に比例して多くなる。電荷を検出する領域の面積を小さくした場合には、光検出効率が下がってしまうおそれがある。
【解決手段】第4半導体領域のポテンシャルの高さが、第4半導体領域と第3半導体領域との間の部分におけるポテンシャルの高さよりも低く、第1半導体領域のポテンシャルの高さと第2半導体領域のポテンシャルの高さの差が、第4半導体領域のポテンシャルの高さと第4半導体領域と第3半導体領域との間の部分におけるポテンシャルの高さの差よりも大きい。第3半導体領域のポテンシャルの高さが、第4半導体領域のポテンシャルの高さよりも低く、第1半導体領域のポテンシャルの高さと第3半導体領域のポテンシャルの高さの差が、第2半導体領域のポテンシャルの高さと第4半導体領域のポテンシャルの高さの差よりも大きい。
【選択図】図1
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基板と、
前記半導体基板に複数のアバランシェダイオードが配された領域と、を有する光検出装置であって、
前記アバランシェダイオードは、
前記第１面に対して第１の深さに配された第１導電型の第１半導体領域と、
前記第１の深さよりも前記第１面に対して深い第２の深さに配された前記第１導電型と反対導電型である第２導電型の第２半導体領域と、
前記第２の深さよりも前記第１面に対して深い第３の深さに配された第３半導体領域と、
前記第１の深さに配され、前記第１半導体領域に隣り合って配された第４半導体領域と、
前記複数の前記アバランシェダイオードの各々の前記第３半導体領域の間に設けられた分離部と、を有し、
前記第１半導体領域と前記第２半導体領域は、アバランシェ増幅が生じる領域が形成されるように構成され、
前記第４半導体領域の前記第１導電型の電荷に対するポテンシャルの高さが、前記第４半導体領域と前記第３半導体領域との間の部分における前記第１導電型の電荷に対するポテンシャルの高さよりも低く、
前記第１半導体領域の前記第１導電型の電荷に対するポテンシャルの高さと前記第２半導体領域の前記第１導電型の電荷に対するポテンシャルの高さの差が、前記第４半導体領域の前記第１導電型の電荷に対するポテンシャルの高さと前記第４半導体領域と前記第３半導体領域との間の部分における前記第１導電型の電荷に対するポテンシャルの高さの差よりも大きいことを特徴とする光検出装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換を行う光検出装置および光検出システムに関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、アバランシェ（電子なだれ）倍増を利用し、単一光子レベルの微弱光を検出可能な光検出装置が知られている。
【０００３】
特許文献１では、光電変換部を構成する半導体領域のＰＮ接合領域において、単一光子に起因する光電荷がアバランシェ増幅を起こすＳＰＡＤ（ＳｉｎｇｌｅＰｈｏｔｏｎＡｖａｌａｎｃｈｅＤｉｏｄｅ）を開示している。
【０００４】
また、特許文献１のＳＰＡＤは、半導体基板の表面に高い不純物濃度のＰ型半導体領域が配され、Ｐ型半導体領域の下部にはＮ型半導体領域が配されている。Ｎ型半導体領域はＮ型のエピタキシャル層に含まれるように配される。Ｐ型半導体領域とＮ型半導体領域とはＰＮ接合を構成し、ＰＮ接合には高い逆バイアス電圧が印加されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
米国特許第９２０９３３６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載のＳＰＡＤにおいて、電荷を検出する領域はＰＮ接合領域となる。電荷を検出する領域には、強電界が生じているため、強電界によってＰＮ接合間にトンネル効果が生じるおそれがある。トンネル効果によって生じた電荷は、電荷を検出する領域で偽信号として検出され、ノイズとなるおそれがある。このトンネル効果によって生じる電荷は、電荷を検出する領域の面積に比例して多くなる。
【０００７】
一方で、電荷を検出する領域の面積を小さくした場合には、トンネル効果によって生じる電荷を抑制することが可能である。しかし、電荷を検出する領域の面積を小さくすると、光検出効率が下がってしまうおそれがある。
【０００８】
そこで、本発明はノイズを抑制しつつ、光検出効率の低下を抑制することが可能な光検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、第１面と、第１面と対向する第２面とを有する半導体基板と、アバランシェダイオードを含む画素が、半導体基板に複数配された画素部と、を有する光検出装置であって、アバランシェダイオードは、第１の深さに配された第１導電型の第１半導体領域と、第１半導体領域と接して配された第２半導体領域と、第１の深さよりも第１面に対して深い第２の深さに配された第３半導体領域と、第３半導体領域と接して配された第１導電型と反対導電型の第２導電型の第４半導体領域と、第２の深さよりも第１面に対して深い第３の深さに配された第５半導体領域と、を有し、平面視において、第１半導体領域は第３半導体領域の少なくとも一部と重なり、第２半導体領域は第４半導体領域の少なくとも一部と重なり、第３半導体領域および第４半導体領域は第５半導体領域と重なり、第３半導体領域の第１導電型の電荷に対するポテンシャルの高さが、第４半導体領域の第１導電型の電荷に対するポテンシャルの高さよりも低く、第１半導体領域の第１導電型の電荷に対するポテンシャルの高さと第３半導体領域の第１導電型の電荷に対するポテンシャルの高さの差が、第２半導体領域の第１導電型の電荷に対するポテンシャルの高さと第４半導体領域の第１導電型の電荷に対するポテンシャルの高さの差よりも大きいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ノイズを抑制しつつ、光検出効率の低下を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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