(57)【要約】  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を囲んでおり、かつ、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。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との間に位置する。
2020121857.tif 000002
【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を囲んでおり、かつ、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、
前記周辺キャリア吸収部の一部は、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と前記温度補償用ダイオードとの間に位置し、
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を囲んでおり、
前記周辺キャリア吸収部の一部は、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３】
請求項１又は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４】
請求項３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。
【請求項５】
請求項１〜４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配置され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６】
請求項５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。
【請求項７】
請求項５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。
【請求項８】
請求項６又は７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。
【請求項９】
請求項６〜８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。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の光検出装置の製造方法であって、
前記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おいて、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イオンを注入する第二のイオン注入工程と、を有する。
【請求項１１】
請求項１０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。
【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、前記第一アバランシェフォトダイオードを囲んでおり、かつ、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、
前記周辺キャリア吸収部の一部は、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に位置する。
【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】
光検出装置は、様々な用途に用いられている。このため、それぞれの用途に応じた環境下において光検出装置の検出精度を確保することが求められている。たとえば、車載用途で光検出装置が用いられる場合には、１００℃以上の高温環境下における検出精度の確保が求められる。しかしながら、このような高温環境下では、ＡＰＤを構成する半導体基板内で熱によるキャリアが発生する。発生したキャリアがＡＰＤに到達すれば、ＡＰＤの検出結果にフォトンショットノイズが生じる。【０００６】
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の製造方法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、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する。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ＡＰＤを囲んでいる。周辺キャリア吸収部の一部は、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位置する。【０００８】
上記一つの態様では、周辺キャリア吸収部が、第一主面に直交する方向から見てＡＰＤを囲んでいる。このため、高温環境下において半導体基板内で発生した熱によるキャリアが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。【０００９】
上記一つの態様では、ＡＰＤ及び温度補償用ダイオードは、同一の半導体基板に形成されている。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。【００１０】
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。【００１１】
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。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、さらなる検出精度の向上も図られる。【００１２】
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。【００１３】
上記一つの態様では、半導体基板の第一主面側には、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、アバランシェフォトダイオードアレイを囲んでいてもよい。周辺キャリア吸収部の一部は、第一主面に直交する方向から見て、アバランシェフォトダイオード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、高温環境下において熱によるキャリアが半導体基板内で発生しても、発生したキャリアのＡＰＤアレイへの到達が抑制される。温度補償用ダイオードからのキャリアがＡＰＤアレイに到達することも抑制される。【００１４】
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。【００１５】
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。【００１６】
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。【００１７】
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。【００１８】
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。【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。【００２０】
本発明の別の態様に係る光検出装置の製造方法では、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ウエハが準備される。当該半導体ウエハにおいて、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。当該製造方法では、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。【００２１】
上記別の態様では、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。【００２２】
上記別の態様では、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、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。【００２３】
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。【００２４】
上記別の態様では、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。【００２５】
本発明のさらに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ＡＰＤを囲んでいる。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。周辺キャリア吸収部の一部は、第一主面に直交する方向から見て、第一ＡＰＤと第二ＡＰＤとの間に位置する。【００２６】
上記さらに別の態様では、周辺キャリア吸収部が、第一主面に直交する方向から見てＡＰＤを囲んでいる。このため、高温環境下において半導体基板内で発生した熱によるキャリアが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。【００２７】
上記さらに別の態様では、２つのＡＰＤは、同一の半導体基板に形成されている。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。【００２８】
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。【００２９】
上記一つの態様では、周辺キャリア吸収部の一部が第一ＡＰＤと第二ＡＰＤとの間に位置している。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。【００３０】
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。
【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の製造方法を提供できる。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を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、本実施形態に係る光検出装置の概略断面図である。
【図２】図２は、光検出装置の平面図である。
【図３】図３は、半導体基板の概略平面図である。
【図４】図４は、光検出装置の回路構成を説明するための図である。
【図５】図５は、本実施形態の変形例に係る光検出装置の概略断面図である。
【図６】図６は、本実施形態の変形例に係る半導体基板の概略平面図である。
【図７】図７は、本実施形態の変形例に係る半導体基板の概略平面図である。
【図８】図８は、本実施形態の変形例に係る半導体基板の概略平面図である。
【図９】図９は、本実施形態の変形例に係る半導体基板の概略平面図である。
【図１０】図１０は、本実施形態の変形例に係る半導体基板の概略平面図である。
【図１１】図１１は、本実施形態の変形例に係る半導体基板の概略平面図である。
【図１２】図１２は、本実施形態の変形例に係る光検出装置の回路構成を説明するための図である。
【図１３】図１３は、半導体基板の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【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。半導体基板１０Ａ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】
半導体基板１０Ａ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から図１０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から図１０は、それぞれ別の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。これらの変形例は、概ね、上述した実施形態と類似又は同じである。これらの変形例は、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】
まず、図７に示されている半導体基板１０Ｂについて説明する。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、ＡＰＤアレイ８０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。
【００７４】
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。半導体基板１０Ｂ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。
【００７５】
ＡＰＤ８１ａと温度補償用ダイオード８２と周辺キャリア吸収部８３とは、上述した実施形態におけるＡＰＤ１１と温度補償用ダイオード１２と周辺キャリア吸収部１３と同様の配置関係を有している。具体的には、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。
【００７６】
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。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。
【００７７】
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。
【００７８】
次に、図８に示されている半導体基板１０Ｃについて説明する。半導体基板１０Ｃは、主面１０ａ側に、複数のＡＰＤ８６を含むＡＰＤアレイ８５と、温度補償用ダイオード８７と、周辺キャリア吸収部８８，８９とを有する。ＡＰＤアレイ８５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８７及び周辺キャリア吸収部８８，８９から離間して半導体基板１０Ｃに形成されている。各ＡＰＤ８６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１０Ｃに形成されている。
【００７９】
半導体基板１０Ｃにおいて、複数のＡＰＤ８６及び温度補償用ダイオード８７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１０Ｃでは、複数のＡＰＤ８６は、２つグループに分かれて配列されている。温度補償用ダイオード８７は、主面１０ａに直交する方向から見て、上記２つのグループの間に配置されている。換言すれば、温度補償用ダイオード８７は、それぞれ複数のＡＰＤ８６が配列された２つのＡＰＤアレイ８５ａ，８５ｂに挟まれている。ＡＰＤアレイ８５ａ及びＡＰＤアレイ８５ｂのそれぞれにおいて、複数のＡＰＤ８６は等間隔で配列されている。ＡＰＤアレイ８５ａとＡＰＤアレイ８５ｂとは、主面１０ａに平行かつ複数のＡＰＤ８６の配列方向に直交する方向に温度補償用ダイオード８７を通る直線を軸として線対称に配置されている。
【００８０】
周辺キャリア吸収部８８，８９は、主面１０ａに直交する方向から見て、上述したグループごとに複数のＡＰＤ８６を囲んでいる。換言すれば、周辺キャリア吸収部８８は、ＡＰＤアレイ８５ａを囲んでいる。周辺キャリア吸収部８９は、ＡＰＤアレイ８５ｂを囲む。周辺キャリア吸収部８８と周辺キャリア吸収部８９とは、主面１０ａに平行かつ複数のＡＰＤ８６の配列方向に直交する方向に温度補償用ダイオード８７を通る直線を軸として線対称に配置されている。周辺キャリア吸収部８８，８９は、主面１０ａに直交する方向から見て、環状の半導体層３３を有する。
【００８１】
周辺キャリア吸収部８８の一部は、主面１０ａに直交する方向から見て、ＡＰＤアレイ８５ａと温度補償用ダイオード８７との間に位置している。具体的には、周辺キャリア吸収部８８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８７と、ＡＰＤアレイ８５ａに含まれている複数のＡＰＤ８６のうち温度補償用ダイオード８７に最も近いＡＰＤ８６ａとの間に位置している。周辺キャリア吸収部８９の一部は、主面１０ａに直交する方向から見て、ＡＰＤアレイ８５ｂと温度補償用ダイオード８７との間に位置している。具体的には、周辺キャリア吸収部８９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８７と、ＡＰＤアレイ８５ｂに含まれている複数のＡＰＤ８６のうち温度補償用ダイオード８７に最も近いＡＰＤ８６ｂとの間に位置している。
【００８２】
各ＡＰＤ８６及び温度補償用ダイオード８７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８８，８９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８８，８９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８８，８９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。
【００８３】
半導体基板１０Ｃにおいて、周辺キャリア吸収部８８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８８ａ，８８ｂに囲まれた部分を意味する。周辺キャリア吸収部８９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８９ａ，８９ｂに囲まれた部分を意味する。半導体基板１０Ｃにおいて、縁８８ａ，８８ｂ，８９ａ，８９ｂは、半導体層３３の縁である。縁８８ｂは、縁８８ａよりもＡＰＤ８６側に位置する。縁８９ｂは、縁８９ａよりもＡＰＤ８６側に位置する。
【００８４】
ＡＰＤ８６ａと温度補償用ダイオード８７と周辺キャリア吸収部８８とは、上述した実施形態におけるＡＰＤ１１と温度補償用ダイオード１２と周辺キャリア吸収部１３と同様の配置関係を有している。ＡＰＤ８６ｂと温度補償用ダイオード８７と周辺キャリア吸収部８９とは、ＡＰＤ１１と温度補償用ダイオード１２と周辺キャリア吸収部１３と同様の配置関係を有している。
【００８５】
たとえば、主面１０ａに直交する方向から見て、ＡＰＤ８６ａ，８６ｂの半導体層３１と温度補償用ダイオード８７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１０Ｃ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、ＡＰＤ８６ａの半導体層３１と周辺キャリア吸収部８８との間の最短距離であると共に、ＡＰＤ８６ｂの半導体層３１と周辺キャリア吸収部８９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８８の部分８８ｃと温度補償用ダイオード８７の半導体層３１との最短距離であると共に、周辺キャリア吸収部８９の部分８９ｃと温度補償用ダイオード８７の半導体層３１との最短距離である。
【００８６】
部分８８ｃは、ＡＰＤ８６ａと温度補償用ダイオード８７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８８の縁８８ａ，８８ｂのうちＡＰＤ８６ａに最も近い部分である。部分８９ｃは、ＡＰＤ８６ｂと温度補償用ダイオード８７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８９の縁８９ａ，８９ｂのうちＡＰＤ８６ｂに最も近い部分である。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。
【００８７】
次に、図９に示されている半導体基板１０Ｄについて説明する。半導体基板１０Ｄは、主面１０ａ側に、複数のＡＰＤ９１を含むＡＰＤアレイ９０と、温度補償用ダイオード９２と、周辺キャリア吸収部９３とを有する。ＡＰＤアレイ９０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９２及び周辺キャリア吸収部９３から離間して半導体基板１０Ｄに形成されている。各ＡＰＤ９１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１０Ｄに形成されている。
【００８８】
半導体基板１０Ｄにおいて、複数のＡＰＤ９１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１０Ｄでは、複数のＡＰＤ９１は等間隔で配列されている。温度補償用ダイオード９２とＡＰＤアレイ９０とは、複数のＡＰＤ９１が配列されている方向に直交すると共に主面１０ａに平行な方向において並んでいる。
【００８９】
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、ＡＰＤアレイ９０を囲んでいる。周辺キャリア吸収部９３の一部は、主面１０ａに直交する方向から見て、ＡＰＤアレイ９０と温度補償用ダイオード９２との間に位置している。具体的には、周辺キャリア吸収部９３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９２と、複数のＡＰＤ９１のうち温度補償用ダイオード９２に最も近いＡＰＤ９１ａとの間に位置している。ＡＰＤ９１ａは、複数のＡＰＤ９１のうちＡＰＤアレイ９０の中央に位置するＡＰＤである。
【００９０】
各ＡＰＤ９１及び温度補償用ダイオード９２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。
【００９１】
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１０Ｄにおいて周辺キャリア吸収層の縁９３ａ，９３ｂに囲まれた部分を意味する。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。ＡＰＤ９１ａと温度補償用ダイオード９２と周辺キャリア吸収部９３とは、上述した実施形態におけるＡＰＤ１１と温度補償用ダイオード１２と周辺キャリア吸収部１３と同様の配置関係を有している。
【００９２】
次に、図１０に示されている半導体基板１０Ｅについて説明する。半導体基板１０Ｅは、主面１０ａ側に、複数のＡＰＤ９６を含むＡＰＤアレイ９５と、温度補償用ダイオード９７と、周辺キャリア吸収部９８とを有する。ＡＰＤアレイ９５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９７及び周辺キャリア吸収部９８から離間して半導体基板１０Ｅに形成されている。各ＡＰＤ９６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１０Ｅに形成されている。
【００９３】
半導体基板１０Ｅにおいて、複数のＡＰＤ９６は、同等の大きさの矩形状を呈しており、行列状に２次元配列されている。半導体基板１０Ｅでは、複数のＡＰＤ９６は等間隔で配列されている。温度補償用ダイオード９７とＡＰＤアレイ９５とは、複数のＡＰＤ９６の列方向において並んでいる。
【００９４】
周辺キャリア吸収部９８は、主面１０ａに直交する方向から見て、ＡＰＤアレイ９５を囲んでいる。周辺キャリア吸収部９８の一部は、主面１０ａに直交する方向から見て、ＡＰＤアレイ９５と温度補償用ダイオード９７との間に位置している。具体的には、周辺キャリア吸収部９８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９７と、複数のＡＰＤ９６のうち温度補償用ダイオード９７に最も近いＡＰＤ９６ａとの間に位置している。ＡＰＤ９６ａは、複数のＡＰＤ９６のうち、温度補償用ダイオード９７に最も近い行の中央に位置するＡＰＤである。
【００９５】
各ＡＰＤ９６及び温度補償用ダイオード９７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９８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９８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。
【００９６】
周辺キャリア吸収部９８は、主面１０ａに直交する方向から見て、半導体基板１０Ｅにおいて周辺キャリア吸収層の縁９８ａ，９８ｂに囲まれた部分を意味する。縁９８ａ，９８ｂは、半導体層３３の縁である。縁９８ｂは、縁９８ａよりもＡＰＤ９６側に位置する。ＡＰＤ９６ａと温度補償用ダイオード９７と周辺キャリア吸収部９８とは、上述した実施形態におけるＡＰＤ１１と温度補償用ダイオード１２と周辺キャリア吸収部１３と同様の配置関係を有している。
【００９７】
次に、図１１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１１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１Ｆの半導体基板１０Ｆ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。
【００９８】
半導体基板１０Ｆ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、ＡＰＤ１０１、温度補償用ダイオード１０２、及び周辺キャリア吸収部１０３を有する。ＡＰＤ１０１は、主面１０ａ側に、ＡＰＤ１１の光入射面１１ａに対応する光入射面１０１ａを有する。半導体基板１０Ｆ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１０Ｆ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。ＡＰＤ１０１及び温度補償用ダイオード１０２は、それぞれ、半導体領域２１及び半導体層３１，３５，３６を含む。図１１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。
【００９９】
周辺キャリア吸収部１０３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１０３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１０３は、主面１０ａに直交する方向から見て、半導体基板１０Ｆにおいて周辺キャリア吸収層の縁１０３ａ，１０３ｂに囲まれた部分である。本実施形態では、縁１０３ａ，１０３ｂは、半導体層３３の縁である。縁１０３ｂは、縁１０３ａよりもＡＰＤ１０１側に位置する。
【０１００】
半導体基板１０Ｆ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１０２の半導体層３６の不純物濃度は、ＡＰＤ１０１の半導体層３６の不純物濃度よりも低い。
【０１０１】
半導体基板１０Ｆ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１０Ｆ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。
【０１０２】
半導体基板１０Ｆ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、ＡＰＤ１０１及び温度補償用ダイオード１０２のそれぞれにおいてアノードを構成する。
【０１０３】
半導体基板１０Ｆ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１Ｆのカソードを構成する。半導体層３４，３５は、たとえば、ＡＰＤ１０１、温度補償用ダイオード１０２、及び周辺キャリア吸収部１０３のカソードを構成する。
【０１０４】
本変形例では、電極４２の一部にクエンチング抵抗１０５が設けられている。クエンチング抵抗１０５は、ＡＰＤ１０１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１０５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、ＡＰＤ１０１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１０２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１０３のアノード用のパッド電極である。パッド電極５５は、ＡＰＤ１０１、温度補償用ダイオード１０２及び周辺キャリア吸収部１０３のカソード用のパッド電極である。
【０１０５】
パッド電極５５には、ＡＰＤ１０１、温度補償用ダイオード１０２、及び周辺キャリア吸収部１０３が互いに並列に接続されている。ＡＰＤ１０１、温度補償用ダイオード１０２、及び周辺キャリア吸収部１０３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。
【０１０６】
主面１０ａに直交する方向から見て、ＡＰＤ１０１と温度補償用ダイオード１０２との間を最短距離で結ぶ線分上において、ＡＰＤ１０１と周辺キャリア吸収部１０３との間の最短距離は、周辺キャリア吸収部１０３の部分１０３ｃと温度補償用ダイオード１０２との間の最短距離よりも小さい。部分１０３ｃは、ＡＰＤ１０１と温度補償用ダイオード１０２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１０３の縁１０３ａ，１０３ｂのうちＡＰＤ１０１に最も近い部分である。換言すれば、部分１０３ｃは、主面１０ａに直交する方向から見て、周辺キャリア吸収部１０３の縁１０３ｂのうち温度補償用ダイオード１０２に最も近い部分である。
【０１０７】
より詳細には、主面１０ａに直交する方向から見て、ＡＰＤ１０１の半導体層３１と温度補償用ダイオード１０２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、ＡＰＤ１０１の半導体層３１と周辺キャリア吸収部１０３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１０３の部分１０３ｃ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。
【０１０８】
図１１に示されているように、主面１０ａに直交する方向から見て、ＡＰＤ１０１の半導体層３６と温度補償用ダイオード１０２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、ＡＰＤ１０１の半導体層３６と周辺キャリア吸収部１０３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１０３の部分１０３ｃと温度補償用ダイオード１０２の半導体層３６との間の最短距離である。
【０１０９】
次に、図１２を参照して、半導体基板１０Ｆ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１Ｆ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１Ｆ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。
【０１１０】
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、ＡＰＤ１０１、温度補償用ダイオード１０２、及び周辺キャリア吸収部１０３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、ＡＰＤ１０１、温度補償用ダイオード１０２、及び周辺キャリア吸収部１０３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。
【０１１１】
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１０２のブレークダウン電圧である。このため、ＡＰＤ１０１のカソードには、温度補償用ダイオード１０２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、ＡＰＤ１０１には、温度補償用ダイオード１０２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１０３のカソードにも、温度補償用ダイオード１０２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。
【０１１２】
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１０２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１０２のブレークダウン電圧が、ＡＰＤ１０１及び周辺キャリア吸収部１０３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、ＡＰＤ１０１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１０２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１０２とＡＰＤ１０１とのブレークダウン電圧差に応じて、ＡＰＤ１０１の増倍率が任意に設定され得る。ＡＰＤ１０１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。
【０１１３】
本変形例では、ＡＰＤ１０１、温度補償用ダイオード１０２、及び周辺キャリア吸収部１０３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、ＡＰＤ１０１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。ＡＰＤ１０１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、ＡＰＤ１０１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。
【０１１４】
ＡＰＤ１０１と温度補償用ダイオード１０２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、ＡＰＤ１０１は、温度補償用ダイオード１０２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１Ｆでは、温度補償用ダイオード１０２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１０２に印加されることで、ＡＰＤ１０１の増幅率について温度補償が実現される。
【０１１５】
本変形例では、いわゆるリバース型のＡＰＤ１０１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１Ｆは、リバース型のＡＰＤ１０１がリニアモードで動作する構成であってもよい。ＡＰＤ１０１がリニアモードで動作する構成では、クエンチング抵抗１０５は不要である。半導体基板１０Ｆは、温度補償用ダイオード１０２の半導体層３６の不純物濃度がＡＰＤ１０１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。
【０１１６】
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。光検出装置１は、様々な用途に用いられている。このため、それぞれの用途に応じた環境下において光検出装置１の検出精度を確保することが求められている。たとえば、車載用途で光検出装置１が用いられる場合には、１００℃以上の高温環境下における検出精度の確保が求められる。しかしながら、このような高温環境下では、ＡＰＤ１１を構成する半導体基板１０内で熱によるキャリアが発生する。このため、発生したキャリアがＡＰＤ１１に到達すれば、ＡＰＤ１１の検出結果にフォトンショットノイズが生じる。
【０１１７】
光検出装置１の半導体基板１０，１０Ａでは、周辺キャリア吸収部１３が、主面１０ａに直交する方向から見てＡＰＤ１１を囲んでいる。このため、高温環境下において半導体基板１０，１０Ａ内で発生したキャリアがＡＰＤ１１に到達することが抑制され、検出精度の向上も図られる。半導体基板１０Ｆでは、周辺キャリア吸収部１０３が、主面１０ａに直交する方向から見て、ＡＰＤ１０１を囲んでいる。このため、高温環境下において半導体基板１０Ｆ内で発生したキャリアがＡＰＤ１０１に到達することが抑制され、検出精度の向上も図られる。
【０１１８】
半導体基板１０Ｂでは、周辺キャリア吸収部８３が、主面１０ａに直交する方向から見て、ＡＰＤアレイ８０を囲んでいる。半導体基板１０Ｃでは、主面１０ａに直交する方向から見て、周辺キャリア吸収部８８がＡＰＤアレイ８５ａを囲んでおり、周辺キャリア吸収部８９がＡＰＤアレイ８５ｂを囲んでいる。半導体基板１０Ｄでは、周辺キャリア吸収部９３が、主面１０ａに直交する方向から見て、ＡＰＤアレイ９０を囲んでいる。半導体基板１０Ｅでは、周辺キャリア吸収部９８が、主面１０ａに直交する方向から見て、ＡＰＤアレイ９５を囲んでいる。このため、高温環境下において半導体基板１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ内で発生したキャリアがそれぞれＡＰＤアレイ８０，８５ａ，８５ｂ，９０，９５に到達することが抑制され、検出精度の向上も図られる。
【０１１９】
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１，１Ｆでは、同一の半導体基板１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０ＦにＡＰＤ１１，８１，８６，９１，９６，１０１及び温度補償用ダイオード１２，８２，８７，９２，９７，１０２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１２，８２，８７，９２，９７，１０２とＡＰＤ１１，８１，８６，９１，９６，１０１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１２，８２，８７，９２，９７，１０２及びＡＰＤ１１，８１，８６，９１，９６，１０１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。
【０１２０】
温度補償用ダイオード１２，８２，８７，９２，９７，１０２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１２，８２，８７，９２，９７，１０２は発光するおそれがある。温度補償用ダイオード１２，８２，８７，９２，９７，１０２が発光すると、温度補償用ダイオード１２，８２，８７，９２，９７，１０２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１２，８２，８７，９２，９７，１０２とＡＰＤ１１，８１，８６，９１，９６，１０１とが形成された状態では、当該キャリアがＡＰＤ１１，８１，８６，９１，９６，１０１の検出結果に影響を及ぼすおそれがある。
【０１２１】
上記光検出装置１の半導体基板１０，１０Ａでは、周辺キャリア吸収部１３がＡＰＤ１１と温度補償用ダイオード１２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との最短距離よりも小さい。
【０１２２】
同様に、半導体基板１０Ｂでは、周辺キャリア吸収部８３が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。半導体基板１０Ｃでは、周辺キャリア吸収部８８がＡＰＤアレイ８５ａと温度補償用ダイオード８７との間に位置しており、周辺キャリア吸収部８９がＡＰＤアレイ８５ｂと温度補償用ダイオード８７との間に位置している。半導体基板１０Ｄでは、周辺キャリア吸収部９３がＡＰＤアレイ９０と温度補償用ダイオード９２との間に位置している。半導体基板１０Ｅでは、周辺キャリア吸収部９８がＡＰＤアレイ９５と温度補償用ダイオード９７との間に位置している。半導体基板１０Ｆでは、周辺キャリア吸収部１０３がＡＰＤ１０１と温度補償用ダイオード１０２との間に位置している。
【０１２３】
たとえば、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で、ＡＰＤ１１の半導体層３１と周辺キャリア吸収部１３との間の距離Ｌ１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の半導体層３１との間の距離Ｌ２よりも小さい。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の半導体層３２と周辺キャリア吸収部１３との間の距離Ｌ３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の半導体層３２との間の距離Ｌ４よりも小さい。光検出装置１Ｆの半導体基板１０Ｆでは、主面１０ａに直交する方向から見て、ＡＰＤ１０１と温度補償用ダイオード１０２との間を最短距離で結ぶ線分上において、ＡＰＤ１０１の半導体層３６と周辺キャリア吸収部１０３との間の距離Ｌ３は、周辺キャリア吸収部１０３の部分１０３ｃと温度補償用ダイオード１０２の半導体層３６との間の距離Ｌ４よりも小さい。
【０１２４】
これらの構成では、温度補償用ダイオード１２，８２，８７，９２，９７，１０２が発光することで生じたキャリアは、ＡＰＤ１１，８１，８６，９１，９６，１０１に到達する前に周辺キャリア吸収部１３，８３，８８，８９，９３，９８，１０３で吸収される。この結果、温度補償用ダイオード１２，８２，８７，９２，９７，１０２に起因するキャリアがＡＰＤ１１，８１，８６，９１，９６，１０１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１，１Ｆ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、更に温度補償用ダイオード１２，８２，８７，９２，９７，１０２に起因するキャリアがＡＰＤ１１，８１，８６，９１，９６，１０１に到達することが抑制される。
【０１２５】
光検出装置１，１Ｆは、電極４２，４３，４４，４５を備える。図１及び図１１に示されているように、たとえば、電極４２は、ＡＰＤ１１，１０１に接続され、かつ、当該ＡＰＤ１１，１０１からの信号を出力する。電極４３は、温度補償用ダイオード１２，１０２に接続されており、電極４４は、周辺キャリア吸収部１３，１０３に接続されている。この場合、ＡＰＤ１１，１０１、温度補償用ダイオード１２，１０２、及び周辺キャリア吸収部１３，１０３の各々に所望の電位を印加できる。このように、周辺キャリア吸収部１３，８３，８８，８９，９３，９８，１０３に電圧が印加されれば、温度補償用ダイオード１２，８２，８７，９２，９７，１０２に起因して発生したキャリアが一層吸収され得る。
【０１２６】
半導体基板１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆのそれぞれにおいて、電極４５には、ＡＰＤ１１，８１，８６，９１，９６，１０１と、温度補償用ダイオード１２，８２，８７，９２，９７，１０２と、周辺キャリア吸収部１３，８３，８８，８９，９３，９８，１０３とが互いに並列に接続されている。たとえば、ＡＰＤ１１と温度補償用ダイオード１２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のブレークダウン電圧に応じた電位がＡＰＤ１１に印加され得る。周辺キャリア吸収部１３も、ＡＰＤ１１及び温度補償用ダイオード１２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に電位を印加できる。周辺キャリア吸収部１３，８３，８８，８９，９３，９８，１０３に電圧が印加されれば、温度補償用ダイオード１２，８２，８７，９２，９７，１０２に起因して発生したキャリアが一層吸収され得る。
【０１２７】
図１に示されているように、半導体基板１０は、第一導電型の半導体領域２１を含んでいる。ＡＰＤ１１及び温度補償用ダイオード１２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１２，８２，８７，９２，９７は、ＡＰＤ１１，８１，８６，９１，９６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ＡＰＤ１１，８１，８６，９１，９６に酷似した温度補償用ダイオード１２，８２，８７，９２，９７を容易に形成できる。
【０１２８】
リーチスルー型のＡＰＤ１１，８１，８６，９１，９６をそれぞれ有する半導体基板１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅでは、周辺キャリア吸収部１３，８３，８８，８９，９３，９８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１３，８３，８８，８９，９３，９８で温度補償用ダイオード１２，８２，８７，９２，９７に起因して発生したキャリアが一層吸収され得る。
【０１２９】
半導体基板１０Ｆは、第一導電型の半導体領域２１を含んでいる。ＡＰＤ１０１及び温度補償用ダイオード１０２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１０Ｆ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１０２は、ＡＰＤ１０１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ＡＰＤ１０１に酷似した温度補償用ダイオード１０２を容易に形成できる。
【０１３０】
リバース型のＡＰＤ１０１を有する半導体基板１０Ｆでは、周辺キャリア吸収部１０３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１０３で温度補償用ダイオード１０２に起因して発生したキャリアが一層吸収され得る。
【０１３１】
半導体基板１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅでは、温度補償用ダイオード１２，８２，８７，９２，９７の半導体層３２における不純物濃度は、ＡＰＤ１１，８１，８６，９１，９６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、ＡＰＤ１１，８１，８６，９１，９６のブレークダウン電圧の方が温度補償用ダイオード１２，８２，８７，９２，９７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ＡＰＤ１１，８１，８６，９１，９６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１０ＦのＡＰＤ１０１をリニアモードで動作させる場合、半導体基板１０Ｆは、温度補償用ダイオード１０２の半導体層３６における不純物濃度がＡＰＤ１０１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１Ｆにおいて、たとえば、ＡＰＤ１０１のブレークダウン電圧の方が温度補償用ダイオード１０２のブレークダウン電圧よりも大きくなる。
【０１３２】
半導体基板１０Ｆでは、温度補償用ダイオード１０２の半導体層３６における不純物濃度は、ＡＰＤ１０１の半導体層３６における不純物濃度より低くてもよい。この場合、光検出装置１Ｆは、たとえば、ＡＰＤ１０１のブレークダウン電圧の方が温度補償用ダイオード１０２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ＡＰＤ１０１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，１０Ｃ，１０Ｄ，１０ＥのＡＰＤ１１，８１，８６，９１，９６をガイガーモードで動作させる場合、半導体基板１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅは、温度補償用ダイオード１２，８２，８７，９２，９７の半導体層３２における不純物濃度がＡＰＤ１１，８１，８６，９１，９６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、ＡＰＤ１１，８１，８６，９１，９６のブレークダウン電圧の方が温度補償用ダイオード１２，８２，８７，９２，９７のブレークダウン電圧よりも小さくなる。
【０１３３】
次に、図１３を参照して、光検出装置の製造方法の一例について説明する。図１３は、光検出装置１のうち半導体基板１０の製造方法を示すフローチャートである。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ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１Ｆの製造にも適用できる。
【０１４４】
半導体基板１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅにおいて、周辺キャリア吸収部は、ＡＰＤアレイに含まれる複数のＡＰＤ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は、ＡＰＤアレイに含まれる複数のＡＰＤを、一つずつ囲んでいてもよい。ＡＰＤアレイに含まれる任意のＡＰＤ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ＡＰＤから発生したキャリアの他のＡＰＤへの到達が抑制される。
【０１４５】
上述した変形例では、半導体基板１０Ｆ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１０ＦのＡＰＤ１０１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１０Ｆ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】
【０１４６】
１，１Ｆ…光検出装置、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ…半導体基板、１０ａ，１０ｂ…主面、１１，８１，８１ａ，８６，８６ａ，９１，９１ａ，９６，９６ａ，１０１…ＡＰＤ、１１ａ，１０１ａ…光入射面、１２，８２，８７，９２，９７，１０２…温度補償用ダイオード、１３，８３，８８，８９，９３，９８，１０３…周辺キャリア吸収部、１３ａ，１３ｂ，８３ａ，８３ｂ，８８ａ，８８ｂ，８９ａ，８９ｂ，９３ａ，９３ｂ，９８ａ，９８ｂ，１０３ａ，１０３ｂ…縁、１３ｃ，８３ｃ，８８ｃ，８９ｃ，１０３ｃ…部分、２１…半導体領域、３１，３２，３３，３６…半導体層、４２，４３，４４，４５…電極、８０，８５ａ，８５ｂ，９０，９５…ＡＰＤアレイ、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４…距離。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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