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公開番号2025105842
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-10
出願番号2025074129,2021103881
出願日2025-04-28,2021-06-23
発明の名称アバランシェフォトダイオードアレイ
出願人浜松ホトニクス株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H10F 39/18 20250101AFI20250703BHJP()
要約【課題】シンプルな構成によって、デッドエリアが削減され得ると共に、所望の電磁波又は粒子線の検出が実現され得るAPDアレイを提供する。
【解決手段】APDアレイ1において、複数のAPD15は、第一半導体層21と、複数の第二半導体層22と、増倍層40とを含んでいる。第一半導体層21は、半導体領域20よりも第二面12側に設けられている。複数の第二半導体層22は、第一面11に沿って配列されている。増倍層40は、半導体領域20内に設けられていると共に、第一面11と直交する方向において複数の第二半導体層22と第一半導体層21との間に設けられている。増倍層40の第三半導体層23と第四半導体層24との各々は、第一面11と直交する方向から見た場合に、複数の第二半導体層22と重なるように連続して設けられている。第三半導体層23は、第四半導体層24よりも第一面11側に設けられている。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
互いに対向する第一面と第二面とを有すると共に、前記第一面側に設けられた半導体領域を含んでいる半導体基板を備えており、
前記半導体基板は、前記第一面に沿って配列された複数のアバランシェフォトダイオードを有しており、
前記複数のアバランシェフォトダイオードは、
前記半導体領域よりも前記第二面側に設けられた第一導電型の第一半導体層と、
前記第一面に沿って配列されていると共に、前記第一面と直交する方向から見た場合に各々が前記半導体領域に囲われている第二導電型の複数の第二半導体層と、
前記半導体領域内に設けられていると共に、前記第一面と直交する方向において前記複数の第二半導体層と前記第一半導体層との間に設けられている増倍層と、を含んでおり、
前記第一面と直交する方向から見た場合に、前記複数の第二半導体層、及び、前記増倍層は、前記第一半導体層が位置している範囲内に設けられており、
前記増倍層は、互いに対向する第二導電型の第三半導体層と第一導電型の第四半導体層とを含んでおり、
前記第三半導体層は、前記第四半導体層よりも前記第一面側に設けられており、
前記第三半導体層と前記第四半導体層との各々は、前記第一面と直交する方向から見た場合に、前記複数の第二半導体層と重なるように連続して設けられており、
前記半導体基板は、前記第一面に直交する方向から見た場合に、前記複数の第二半導体層が配列されている領域の全体を囲む第二導電型の第五半導体層を含んでおり、
前記第一面に直交する方向から見た場合に、前記第三半導体層と前記第五半導体層とは、少なくとも一部において互いに重なっている、アバランシェフォトダイオードアレイ。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
前記第一半導体層の不純物濃度及び第四半導体層の不純物濃度は、前記半導体領域の不純物濃度よりも高く、
前記第一半導体層の不純物濃度は、前記第四半導体層の不純物濃度よりも高く、
各前記第二半導体層の不純物濃度は、前記第三半導体層の不純物濃度よりも高い、請求項１に記載のアバランシェフォトダイオードアレイ。
【請求項３】
前記第一面と直交する方向において、前記第一半導体層と前記第四半導体層との最短距離は、前記複数の第二半導体層と前記第三半導体層との最短距離よりも大きい、請求項１又は２に記載のアバランシェフォトダイオードアレイ。
【請求項４】
前記第三半導体層の不純物濃度は、前記第四半導体層の不純物濃度よりも高い、請求項１から３のいずれか一項に記載のアバランシェフォトダイオードアレイ。
【請求項５】
前記第一面に直交する方向における前記第一面からの任意の位置を“ｘ”とし、前記任意の位置“ｘ”における前記第三半導体層の不純物濃度を“ｆ（ｘ）”とし、前記任意の位置“ｘ”における前記第四半導体層の不純物濃度を“ｇ（ｘ）”とし、前記第一面に直交する方向における前記第三半導体層の厚さを“Ｌ
α
”とし、前記第一面に直交する方向における前記第四半導体層の厚さを“Ｌ
β
”とし、前記第一面に直交する方向における前記第一面と前記第三半導体層との最短距離を“Ａ”とし、前記第一面に直交する方向における前記第一面と前記第四半導体層との最短距離を“Ｂ”とした場合に、
TIFF
2025105842000005.tif
9
149
が満たされる、請求項１から４のいずれか一項に記載のアバランシェフォトダイオードアレイ。
【請求項６】
前記第一面に直交する方向から見て、各前記第二半導体層の縁は、接合終端延長領域によって覆われており、
各前記第二半導体層を覆う前記接合終端延長領域は、前記第二半導体層の不純物濃度よりも低い不純物濃度を有している第二導電型の半導体である、請求項１から５のいずれか一項に記載のアバランシェフォトダイオードアレイ。
【請求項７】
各前記第二半導体層のうち前記半導体領域に面する部分は、前記接合終端延長領域に覆われている、請求項６に記載のアバランシェフォトダイオードアレイ。
【請求項８】
各前記第二半導体層を覆う前記接合終端延長領域は、前記増倍層と離間している、請求項６又は７に記載のアバランシェフォトダイオードアレイ。
【請求項９】
前記第一面に直交する方向から見た場合に、前記第五半導体層の縁は、接合終端延長領域によって覆われており、
前記第五半導体層を覆っている前記接合終端延長領域は、前記第五半導体層の不純物濃度よりも低い不純物濃度を有している第二導電型の半導体である、請求項１から５のいずれか一項に記載のアバランシェフォトダイオードアレイ。
【請求項１０】
前記半導体基板は、前記第一面に直交する方向から見た場合に、前記複数の第二半導体層のうち互いに隣り合う前記第二半導体層の間に設けられた第一導電型の第六半導体層を含んでおり、
前記第六半導体層の不純物濃度は、前記半導体領域の不純物濃度よりも高い、請求項１から９のいずれか一項に記載のアバランシェフォトダイオードアレイ。
（【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、アバランシェフォトダイオードアレイに関する。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
複数のアバランシェフォトダイオードを有しているアバランシェフォトダイオードアレイが知られている（たとえば、特許文献１）。特許文献１に記載のアバランシェフォトダイオードアレイには、半導体基板において複数のアバランシェフォトダイオードが配列されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特表２０１９－５３０２１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
アバランシェフォトダイオードアレイを用いた光検出装置において、互いに隣り合うアバランシェフォトダイオードの間には、光を検出できないデッドエリアが存在していた。特許文献１の光検出装置は、マイクロレンズアレイを備え、マイクロレンズアレイがなければデッドエリアへ入射する光を、マイクロレンズによって屈折させ検出可能な領域に導くように構成されている。これによって、実質的に受光範囲が拡大され得る。
【０００５】
しかしながら、マイクロレンズアレイを用いる構成においては、マイクロレンズアレイの分だけ、コストが高く、製造プロセスの工程数が多い。したがって、このような構成において、コスト及び製造プロセスの工程数は削減され難い。さらに、マイクロレンズアレイを用いた構成では、マイクロレンズを透過する電磁波及び電子線などの粒子線に対して、デッドエリアの削減効果は望めない。このため、マイクロレンズアレイなどの部材が削減されたシンプルな構成でありながら、デッドエリアが削減され得ると共に、所望の電磁波又は粒子線の検出が実現され得るアバランシェフォトダイオードアレイが期待されている。
【０００６】
本発明の一つの態様は、シンプルな構成によって、デッドエリアが削減され得ると共に、所望の電磁波又は粒子線の検出が実現され得るアバランシェフォトダイオードアレイ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】
【０００７】
本発明の一つの態様におけるアバランシェフォトダイオードアレイは、半導体基板を備えている。半導体基板は、互いに対向する第一面と第二面とを有している。半導体基板は、第一面側に設けられた半導体領域を含んでいる。半導体基板は、複数のアバランシェフォトダイオードを有している。複数のアバランシェフォトダイオードは、第一面に沿って配列されている。複数のアバランシェフォトダイオードは、第一導電型の第一半導体層と、第二導電型の複数の第二半導体層と、増倍層とを含んでいる。第一半導体層は、半導体領域よりも第二面側に設けられている。複数の第二半導体層は、第一面に沿って配列されている。各第二半導体層は、第一面と直交する方向から見た場合に半導体領域に囲われている。増倍層は、半導体領域内に設けられていると共に、第一面と直交する方向において複数の第二半導体層と第一半導体層との間に設けられている。第一面と直交する方向から見た場合に、複数の第二半導体層、及び、増倍層は、第一半導体層が位置している範囲内に設けられている。増倍層は、互いに対向する第二導電型の第三半導体層と第二導電型の第四半導体層とを含んでいる。第三半導体層は、第四半導体層よりも第一面側に設けられている。第三半導体層と第四半導体層との各々は、第一面と直交する方向から見た場合に、複数の第二半導体層と重なるように連続して設けられている。
【０００８】
上記一つの態様において、複数のアバランシェフォトダイオードは、第一導電型の第一半導体層と、第二導電型の複数の第二半導体層と、増倍層とを含んでいる。増倍層の第三半導体層と第四半導体層との各々は、第一面と直交する方向から見た場合に、複数の第二半導体層と重なるように連続して設けられている。この場合、検出対象の電磁波又は粒子線の入射によって発生したキャリアが、複数の第二半導体層と重なるように連続して設けられた増倍層によって増倍される。増倍層において増倍されたキャリアは、各第二半導体層から出力される。この構成によれば、デッドエリアが削減され得る。複数の第二半導体層と別に増倍層が設けられているため、各第二半導体層における電界の集中が抑制されている。したがって、各第二半導体層においてエッジブレークダウンも抑制されている。このため、マイクロレンズアレイなどがないシンプルな構成において、デッドエリアが削減され、所望の電磁波又は粒子線が検出され得る。この構成によれば、感度層が比較的広く構成され得る。このため、特に、比較的広い感度層を要する電磁波又は粒子線の検出が実現され得る。
【０００９】
上記一つの態様において、第一半導体層の不純物濃度及び第四半導体層の不純物濃度は、半導体領域の不純物濃度よりも高くてもよい。第一半導体層の不純物濃度は、第四半導体層の不純物濃度よりも高くてもよい。各第二半導体層の不純物濃度は、第三半導体層の不純物濃度よりも高くてもよい。
【００１０】
上記一つの態様において、第一面と直交する方向において、第一半導体層と第四半導体層との最短距離は、複数の第二半導体層と第三半導体層との最短距離よりも大きくてもよい。この場合、第一半導体層と第四半導体層との間における感度層が比較的広く確保される。したがって、比較的広い感度層を要する電磁波又は粒子線の検出精度が向上し得る。
（【００１１】以降は省略されています）

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