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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024086953
(43)【公開日】2024-06-28
(54)【発明の名称】光検出装置及び光検出装置の製造方法
(51)【国際特許分類】
H01L 31/107 20060101AFI20240621BHJP
H01L 31/10 20060101ALI20240621BHJP
G01J 1/42 20060101ALI20240621BHJP
G01J 1/44 20060101ALI20240621BHJP
【ＦＩ】
H01L31/10 B
H01L31/10 G
G01J1/42 H
G01J1/44 F
G01J1/44 D
【審査請求】有
【請求項の数】14
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2024067739
(22)【出願日】2024-04-18
(62)【分割の表示】P 2020559153の分割
【原出願日】2019-11-29
(31)【優先権主張番号】P 2018232892
(32)【優先日】2018-12-12
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000236436
【氏名又は名称】浜松ホトニクス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100088155
【弁理士】
【氏名又は名称】長谷川 芳樹
(74)【代理人】
【識別番号】100113435
【弁理士】
【氏名又は名称】黒木 義樹
(74)【代理人】
【識別番号】100140442
【弁理士】
【氏名又は名称】柴山 健一
(74)【代理人】
【識別番号】100206966
【弁理士】
【氏名又は名称】崎山 翔一
(72)【発明者】
【氏名】園部 弘典
(57)【要約】
【課題】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。
【解決手段】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と温度補償用ダイオード１２との間に、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。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の縁１３ａ，１３ｂのうちＡＰＤ１１に最も近い部分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。
【選択図】図１
【解決手段】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と温度補償用ダイオード１２との間に、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。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の縁１３ａ，１３ｂのうちＡＰＤ１１に最も近い部分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。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項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と前記温度補償用ダイオードとの間に、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を最短距離で結ぶ線分上において、
前記アバランシェフォトダイオードと前記周辺キャリア吸収部との間の最短距離は、前記周辺キャリア吸収部の縁のうち前記アバランシェフォトダイオードに最も近い部分と、前記温度補償用ダイオードとの間の最短距離よりも小さく、
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。
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と前記温度補償用ダイオードとの間に、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を最短距離で結ぶ線分上において、
前記アバランシェフォトダイオードと前記周辺キャリア吸収部との間の最短距離は、前記周辺キャリア吸収部の縁のうち前記アバランシェフォトダイオードに最も近い部分と、前記温度補償用ダイオードとの間の最短距離よりも小さく、
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。
【請求項2】
請求項１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。
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。
【請求項3】
請求項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、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。
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。
【請求項4】
請求項１～３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含む。
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含む。
【請求項5】
請求項４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。
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。
【請求項6】
請求項４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。
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。
【請求項7】
請求項４～６のいずれか一項に記載の光検出装置であって、
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を最短距離で結ぶ線分上において、
前記アバランシェフォトダイオードの前記第一半導体層と前記周辺キャリア吸収部との間の最短距離は、前記周辺キャリア吸収部の前記部分と前記温度補償用ダイオードの前記第一半導体層との間の最短距離よりも小さい。
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を最短距離で結ぶ線分上において、
前記アバランシェフォトダイオードの前記第一半導体層と前記周辺キャリア吸収部との間の最短距離は、前記周辺キャリア吸収部の前記部分と前記温度補償用ダイオードの前記第一半導体層との間の最短距離よりも小さい。
【請求項8】
請求項４～７のいずれか一項に記載の光検出装置であって、
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を最短距離で結ぶ線分上において、
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と前記周辺キャリア吸収部との間の最短距離は、前記周辺キャリア吸収部の前記部分と前記温度補償用ダイオードの前記第二半導体層との間の最短距離よりも小さい。
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を最短距離で結ぶ線分上において、
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と前記周辺キャリア吸収部との間の最短距離は、前記周辺キャリア吸収部の前記部分と前記温度補償用ダイオードの前記第二半導体層との間の最短距離よりも小さい。
【請求項9】
請求項４～８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高い。
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。
【請求項10】
請求項４～８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。
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。
【請求項11】
請求項１～１０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と前記温度補償用ダイオードとの間に位置している。
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と前記温度補償用ダイオードとの間に位置している。
【請求項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、前記第一及び第二アバランシェフォトダイオードの間に位置し、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を最短距離で結ぶ線分上において、
前記第一アバランシェフォトダイオードと前記周辺キャリア吸収部との間の最短距離は、前記周辺キャリア吸収部の縁のうち前記第一アバランシェフォトダイオードに最も近い部分と、前記第二アバランシェフォトダイオードとの間の最短距離よりも小さい。
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、前記第一及び第二アバランシェフォトダイオードの間に位置し、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を最短距離で結ぶ線分上において、
前記第一アバランシェフォトダイオードと前記周辺キャリア吸収部との間の最短距離は、前記周辺キャリア吸収部の縁のうち前記第一アバランシェフォトダイオードに最も近い部分と、前記第二アバランシェフォトダイオードとの間の最短距離よりも小さい。
【請求項13】
光検出装置の製造方法であって、
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不純物イオンを注入し、前記第一主面及び当該第一主面に対向する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ている半導体基板を形成する工程と、有し、
前記光検出装置は、前記半導体基板を備え、前記温度補償用ダイオードに印加す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光検出装置であり、
前記半導体基板を形成する工程は、
前記半導体ウエハにおける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不純物イオンを注入する第二のイオン注入工程と、を含む。
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不純物イオンを注入し、前記第一主面及び当該第一主面に対向する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ている半導体基板を形成する工程と、有し、
前記光検出装置は、前記半導体基板を備え、前記温度補償用ダイオードに印加す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光検出装置であり、
前記半導体基板を形成する工程は、
前記半導体ウエハにおける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不純物イオンを注入する第二のイオン注入工程と、を含む。
【請求項14】
請求項１３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。
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平０７－２７６０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
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。
【0005】
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の製造方法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】
【0006】
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、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、周辺キャリア吸収部を有する。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。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を最短距離で結ぶ線分上において、ＡＰＤと周辺キャリア吸収部との間の最短距離は、周辺キャリア吸収部の縁のうちＡＰＤに最も近い部分と、温度補償用ダイオードとの間の最短距離よりも小さい。
【0007】
上記一つの態様では、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。
【0008】
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。
【0009】
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。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を最短距離で結ぶ線分上において、ＡＰＤと周辺キャリア吸収部との間の最短距離は、周辺キャリア吸収部の縁のうちＡＰＤに最も近い部分と温度補償用ダイオードとの最短距離よりも小さい。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、検出精度の向上も図られる。
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
上記一つの態様では、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を最短距離で結ぶ線分上において、ＡＰＤの第一半導体層と周辺キャリア吸収部との間の最短距離は、周辺キャリア吸収部の部分と温度補償用ダイオードの第一半導体層との間の最短距離よりも小さくてもよい。
【0017】
上記一つの態様では、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を最短距離で結ぶ線分上において、ＡＰＤの第二半導体層と周辺キャリア吸収部との間の最短距離は、周辺キャリア吸収部の部分と温度補償用ダイオードの第二半導体層との間の最短距離よりも小さくてもよい。
【0018】
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。
【0019】
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低くてもよい。この場合、ガイガーモードで動作するＡＰＤの増倍率に対する温度補償が実現され得る。
【0020】
上記一つの態様では、半導体基板の第一主面側には、ＡＰＤを含むＡＰＤ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、ＡＰＤ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、複数のＡＰＤが半導体基板に形成される場合であっても、温度補償用ダイオードからのキャリアが複数のＡＰＤに到達することが抑制され、検出精度の向上が図られる。
【0021】
本発明の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、第一及び第二ＡＰＤの間に形成されている。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。第一主面に直交する方向から見て、第一ＡＰＤと第二ＡＰＤとの間を最短距離で結ぶ線分上において、第一ＡＰＤと周辺キャリア吸収部との間の最短距離は、周辺キャリア吸収部の縁のうち第一ＡＰＤに最も近い部分と、第二ＡＰＤとの間の最短距離よりも小さい。
【0022】
上記別の態様では、同一の半導体基板に２つのＡＰＤが形成されている。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。
【0023】
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。
【0024】
上記別の態様では、周辺キャリア吸収部が第一ＡＰＤと第二ＡＰＤとの間に位置している。第一主面に直交する方向から見て、第一ＡＰＤと第二ＡＰＤとの間を最短距離で結ぶ線分上において、第一ＡＰＤと周辺キャリア吸収部との間の最短距離は、周辺キャリア吸収部の縁のうち第一ＡＰＤに最も近い部分と、第二ＡＰＤとの間の最短距離よりも小さい。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。
【0025】
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。
【0026】
本発明のさらに別の態様に係る光検出装置の製造方法は、半導体ウエハを準備する工程と、当該半導体ウエハに不純物イオンを注入して半導体基板を形成する工程とを有する。半導体ウエハは、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。半導体基板には、第一主面及び当該第一主面に対向する第二主面を有すると共に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ている。光検出装置は、半導体基板を備え、温度補償用ダイオードに印加するブレークダウン電圧に応じた電圧を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、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光検出装置である。半導体基板を形成する工程は、第一のイオン注入工程と、第二のイオン注入工程とを含む。第一のイオン注入工程では、上記半導体ウエハにおける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。第二のイオン注入工程では、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。
【0027】
上記さらに別の態様では、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。
【0028】
上記さらに別の態様では、第一のイオン注入工程及び第二のイオン注入工程を有する。第一のイオン注入工程では、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、第二のイオン注入工程において、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。
【0029】
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。
【0030】
上記さらに別の態様では、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。
【発明の効果】
【0031】
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の製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0032】
【発明を実施するための形態】
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
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。
【0055】
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。
【0056】
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。
【0057】
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。
【0058】
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。
【0059】
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。
【0060】
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。
【0061】
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。
【0062】
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。
【0063】
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。
【0064】
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。
【0065】
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。
【0066】
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。本変形例では、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。
【0067】
本変形例においても、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。
【0068】
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。
【0069】
次に、図７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は、本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。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。
【0070】
図７に示されている半導体基板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。
【0071】
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。
【0072】
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、複数のＡＰＤ８１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。
【0073】
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。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。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。本変形例において、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。
【0074】
主面１０ａに直交する方向から見て、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、ＡＰＤ８１ａと周辺キャリア吸収部８３との間の最短距離は、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との間の最短距離よりも小さい。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。換言すれば、部分８３ｃは、主面１０ａに直交する方向から見て、周辺キャリア吸収部８３の縁８３ｂのうち温度補償用ダイオード８２に最も近い部分である。
【0075】
より詳細には、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。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。
【0076】
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。
【0077】
次に、図８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８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１Ｃの半導体基板１０Ｃ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。
【0078】
半導体基板１０Ｃ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、ＡＰＤ９１、温度補償用ダイオード９２、及び周辺キャリア吸収部９３を有する。ＡＰＤ９１は、主面１０ａ側に、ＡＰＤ１１の光入射面１１ａに対応する光入射面９１ａを有する。半導体基板１０Ｃ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１０Ｃ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。ＡＰＤ９１及び温度補償用ダイオード９２は、それぞれ、半導体領域２１及び半導体層３１，３５，３６を含む。図８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。
【0079】
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９３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９３ａ，９３ｂに囲まれた部分である。本実施形態では、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。
【0080】
半導体基板１０Ｃ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９２の半導体層３６の不純物濃度は、ＡＰＤ９１の半導体層３６の不純物濃度よりも低い。
【0081】
半導体基板１０Ｃ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１０Ｃ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。
【0082】
半導体基板１０Ｃ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、ＡＰＤ９１及び温度補償用ダイオード９２のそれぞれにおいてアノードを構成する。
【0083】
半導体基板１０Ｃ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１Ｃのカソードを構成する。半導体層３４，３５は、たとえば、ＡＰＤ９１、温度補償用ダイオード９２、及び周辺キャリア吸収部９３のカソードを構成する。
【0084】
本変形例では、電極４２の一部にクエンチング抵抗９５が設けられている。クエンチング抵抗９５は、ＡＰＤ９１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９５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、ＡＰＤ９１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９２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９３のアノード用のパッド電極である。パッド電極５５は、ＡＰＤ９１、温度補償用ダイオード９２及び周辺キャリア吸収部９３のカソード用のパッド電極である。
【0085】
パッド電極５５には、ＡＰＤ９１、温度補償用ダイオード９２、及び周辺キャリア吸収部９３が互いに並列に接続されている。ＡＰＤ９１、温度補償用ダイオード９２、及び周辺キャリア吸収部９３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。
【0086】
主面１０ａに直交する方向から見て、ＡＰＤ９１と温度補償用ダイオード９２との間を最短距離で結ぶ線分上において、ＡＰＤ９１と周辺キャリア吸収部９３との間の最短距離は、周辺キャリア吸収部９３の部分９３ｃと温度補償用ダイオード９２との間の最短距離よりも小さい。部分９３ｃは、ＡＰＤ９１と温度補償用ダイオード９２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９３の縁９３ａ，９３ｂのうちＡＰＤ９１に最も近い部分である。換言すれば、部分９３ｃは、主面１０ａに直交する方向から見て、周辺キャリア吸収部９３の縁９３ｂのうち温度補償用ダイオード９２に最も近い部分である。
【0087】
より詳細には、主面１０ａに直交する方向から見て、ＡＰＤ９１の半導体層３１と温度補償用ダイオード９２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、ＡＰＤ９１の半導体層３１と周辺キャリア吸収部９３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９３の部分９３ｃ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。
【0088】
図８に示されているように、主面１０ａに直交する方向から見て、ＡＰＤ９１の半導体層３６と温度補償用ダイオード９２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、ＡＰＤ９１の半導体層３６と周辺キャリア吸収部９３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９３の部分９３ｃと温度補償用ダイオード９２の半導体層３６との間の最短距離である。
【0089】
次に、図９を参照して、半導体基板１０Ｃ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１Ｃ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１Ｃ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。
【0090】
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、ＡＰＤ９１、温度補償用ダイオード９２、及び周辺キャリア吸収部９３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、ＡＰＤ９１、温度補償用ダイオード９２、及び周辺キャリア吸収部９３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。
【0091】
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９２のブレークダウン電圧である。このため、ＡＰＤ９１のカソードには、温度補償用ダイオード９２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、ＡＰＤ９１には、温度補償用ダイオード９２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９３のカソードにも、温度補償用ダイオード９２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。
【0092】
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９２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９２のブレークダウン電圧が、ＡＰＤ９１及び周辺キャリア吸収部９３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、ＡＰＤ９１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９２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９２とＡＰＤ９１とのブレークダウン電圧差に応じて、ＡＰＤ９１の増倍率が任意に設定され得る。ＡＰＤ９１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。
【0093】
本変形例では、ＡＰＤ９１、温度補償用ダイオード９２、及び周辺キャリア吸収部９３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、ＡＰＤ９１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。ＡＰＤ９１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、ＡＰＤ９１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。
【0094】
ＡＰＤ９１と温度補償用ダイオード９２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、ＡＰＤ９１は、温度補償用ダイオード９２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１Ｃでは、温度補償用ダイオード９２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９２に印加されることで、ＡＰＤ９１の増幅率について温度補償が実現される。
【0095】
本変形例では、いわゆるリバース型のＡＰＤ９１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１Ｃは、リバース型のＡＰＤ９１がリニアモードで動作する構成であってもよい。ＡＰＤ９１がリニアモードで動作する構成では、クエンチング抵抗９５は不要である。半導体基板１０Ｃは、温度補償用ダイオード９２の半導体層３６の不純物濃度がＡＰＤ９１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。
【0096】
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。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１，１Ｃでは、同一の半導体基板１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０ＣにＡＰＤ１１，８１，９１及び温度補償用ダイオード１２，８２，９２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１２，８２，９２とＡＰＤ１１，８１，９１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１２，８２，９２及びＡＰＤ１１，８１，９１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。
【0097】
温度補償用ダイオード１２，８２，９２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１２，８２，９２は発光するおそれがある。温度補償用ダイオード１２，８２，９２が発光すると、温度補償用ダイオード１２，８２，９２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１２，８２，９２とＡＰＤ１１，８１，９１とが形成された状態では、当該キャリアがＡＰＤ１１，８１，９１の検出結果に影響を及ぼすおそれがある。
【0098】
上記光検出装置１，１Ｃでは、周辺キャリア吸収部１３，８３，９３がＡＰＤ１１，８１，９１と温度補償用ダイオード１２，８２，９２との間に位置している。主面１０ａに直交する方向から見て、ＡＰＤ１１，８１，９１と温度補償用ダイオード１２，８２，９２との間を最短距離で結ぶ線分上において、ＡＰＤ１１，８１，９１と周辺キャリア吸収部１３，８３，９３との間の最短距離は、周辺キャリア吸収部１３，８３，９３の部分１３ｃ，８３ｃ，９３ｃと温度補償用ダイオード１２，８２，９２との最短距離よりも小さい。
【0099】
より具体的には、主面１０ａに直交する方向から見て、ＡＰＤ１１，８１，９１と温度補償用ダイオード１２，８２，９２との間を最短距離で結ぶ線分上において、ＡＰＤ１１，８１，９１の半導体層３１と周辺キャリア吸収部１３，８３，９３との間の距離Ｌ１は、周辺キャリア吸収部１３，８３，９３の部分１３ｃ，８３ｃ，９３ｃと温度補償用ダイオード１２，８２，９２の半導体層３１との間の距離Ｌ２よりも小さい。光検出装置１では、主面１０ａに直交する方向から見て、ＡＰＤ１１，８１と温度補償用ダイオード１２，８２との間を最短距離で結ぶ線分上において、ＡＰＤ１１，８１の半導体層３２と周辺キャリア吸収部１３，８３との間の距離Ｌ３は、周辺キャリア吸収部１３，８３の部分１３ｃ，８３ｃと温度補償用ダイオード１２，８２の半導体層３２との間の距離Ｌ４よりも小さい。光検出装置１Ｃでは、主面１０ａに直交する方向から見て、ＡＰＤ９１と温度補償用ダイオード９２との間を最短距離で結ぶ線分上において、ＡＰＤ９１の半導体層３６と周辺キャリア吸収部９３との間の距離Ｌ３は、周辺キャリア吸収部９３の部分９３ｃと温度補償用ダイオード９２の半導体層３６との間の距離Ｌ４よりも小さい。
【0100】
上記構成では、温度補償用ダイオード１２，８２，９２が発光することで生じたキャリアは、ＡＰＤ１１，８１，９１に到達する前に周辺キャリア吸収部１３，８３，９３で吸収される。この結果、温度補償用ダイオード１２，８２，９２に起因するキャリアがＡＰＤ１１，８１，９１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１，１Ｃ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、さらに温度補償用ダイオード１２，８２，９２に起因するキャリアがＡＰＤ１１，８１，９１に到達することが抑制される。
【0101】
光検出装置１，１Ｃは、電極４２，４３，４４，４５を備える。電極４２は、ＡＰＤ１１，８１，９１に接続され、かつ、当該ＡＰＤ１１，８１，９１からの信号を出力する。電極４３は、温度補償用ダイオード１２，８２，９２に接続されており、電極４４は、周辺キャリア吸収部１３，８３，９３に接続されている。このため、ＡＰＤ１１，８１，９１、温度補償用ダイオード１２，８２，９２、及び周辺キャリア吸収部１３，８３，９３の各々に所望の電位を印加できる。周辺キャリア吸収部１３，８３，９３に電圧が印加されれば、温度補償用ダイオード１２，８２，９２に起因して発生したキャリアが一層吸収され得る。
【0102】
電極４５には、ＡＰＤ１１，８１，９１、温度補償用ダイオード１２，８２，９２、及び周辺キャリア吸収部１３，８３，９３が互いに並列に接続されている。ＡＰＤ１１，８１，９１と温度補償用ダイオード１２，８２，９２とが並列に接続されているため、温度補償用ダイオード１２，８２，９２のブレークダウン電圧に応じた電位がＡＰＤ１１，８１，９１に印加され得る。周辺キャリア吸収部１３，８３，９３も、ＡＰＤ１１，８１，９１及び温度補償用ダイオード１２，８２，９２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１３，８３，９３に電位を印加できる。周辺キャリア吸収部１３，８３，９３に電圧が印加されれば、温度補償用ダイオード１２，８２，９２に起因して発生したキャリアが一層吸収され得る。
【0103】
半導体基板１０，１０Ａ，１０Ｂは、第一導電型の半導体領域２１を含んでいる。ＡＰＤ１１，８１及び温度補償用ダイオード１２，８２は、それぞれ、半導体層３１と半導体層３２とを含んでいる。半導体基板１０，１０Ａ，１０Ｂでは、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は、ＡＰＤ１１，８１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に酷似した温度補償用ダイオード１２，８２を容易に形成できる。
【0104】
リーチスルー型のＡＰＤ１１，８１をそれぞれ有する半導体基板１０，１０Ａ，１０Ｂでは、周辺キャリア吸収部１３，８３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で温度補償用ダイオード１２，８２に起因して発生したキャリアが一層吸収され得る。
【0105】
半導体基板１０Ｃは、第一導電型の半導体領域２１を含んでいる。ＡＰＤ９１及び温度補償用ダイオード９２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１０Ｃ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９２は、ＡＰＤ９１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ＡＰＤ９１に酷似した温度補償用ダイオード９２を容易に形成できる。
【0106】
リバース型のＡＰＤ９１を有する半導体基板１０Ｃでは、周辺キャリア吸収部９３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９３で温度補償用ダイオード９２に起因して発生したキャリアが一層吸収され得る。
【0107】
半導体基板１０，１０Ａ，１０Ｂでは、温度補償用ダイオード１２，８２の半導体層３２における不純物濃度は、ＡＰＤ１１，８１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１０ＣのＡＰＤ９１をリニアモードで動作させる場合、半導体基板１０Ｃは、温度補償用ダイオード９２の半導体層３６における不純物濃度がＡＰＤ９１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１Ｃにおいて、たとえば、ＡＰＤ９１のブレークダウン電圧の方が温度補償用ダイオード９２のブレークダウン電圧よりも大きくなる。
【0108】
半導体基板１０Ｃでは、温度補償用ダイオード９２の半導体層３６における不純物濃度は、ＡＰＤ９１の半導体層３６における不純物濃度より低い。この場合、光検出装置１Ｃは、たとえば、ＡＰＤ９１のブレークダウン電圧の方が温度補償用ダイオード９２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ＡＰＤ９１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のＡＰＤ１１，８１をガイガーモードで動作させる場合、半導体基板１０，１０Ａ，１０Ｂは、温度補償用ダイオード１２，８２の半導体層３２における不純物濃度がＡＰＤ１１，８１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のブレークダウン電圧よりも小さくなる。
【0109】
【0110】
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。
【0111】
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。
【0112】
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。
【0113】
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。
【0114】
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。
【0115】
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。
【0116】
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。
【0117】
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。
【0118】
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。
【0119】
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１Ｃの製造にも適用できる。
【0120】
本実施系形態及び変形例では、周辺キャリア吸収部１３が環状に形成されている構成を説明したが、これに限定されない。周辺キャリア吸収部１３は、ＡＰＤ１１又はＡＰＤアレイ８０を完全に囲んでいなくてもよい。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又はＡＰＤアレイ８０の周囲を３６０°囲んでいなくてもよい。たとえば、周辺キャリア吸収部１３は、ＡＰＤ１１と温度補償用ダイオード１２との間に配置されていれば、Ｉ字形状又はＵ字形状などであってもよい。
【0121】
周辺キャリア吸収部８３は、ＡＰＤアレイ８０に含まれる複数のＡＰＤ８１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８３は、ＡＰＤアレイ８０に含まれる複数のＡＰＤ８１を、一つずつ囲んでいてもよい。複数のＡＰＤ８１のうち任意のＡＰＤ８１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ＡＰＤ８１から発生したキャリアの他のＡＰＤ８１への到達が抑制される。
【0122】
上述した変形例では、半導体基板１０Ｃ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１０ＣのＡＰＤ９１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１０Ｃ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。
【符号の説明】
【0123】
１，１Ｃ…光検出装置、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ…半導体基板、１０ａ，１０ｂ…主面、１１，８１，８１ａ，９１…ＡＰＤ、１１ａ，９１ａ…光入射面、１２，８２，９２…温度補償用ダイオード、１３，８３，９３…周辺キャリア吸収部、１３ａ，１３ｂ，８３ａ，８３ｂ，９３ａ，９３ｂ…縁、１３ｃ，８３ｃ，９３ｃ…部分、２１…半導体領域、３１，３２，３３，３６…半導体層、４２，４３，４４，４５…電極、８０…ＡＰＤアレイ、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４…距離。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】