JP2015041746A - シングルフォトンアバランシェダイオード - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本発明の第1の実施の形態に係るSPADの断面図を示す。本実施の形態におけるSPADは、エピタキシャル層202内に埋め込まれ、エピタキシャル層202と同じ導電型の第2半導体層203と、第2半導体層203上にインプラントされ、エピタキシャル層202と反対の導電型の第1半導体層204と、を含んで構成される。エピタキシャル層202は、エピタキシャル層202と同じ導電型のシリコン基板201の上方に成長させて形成された層である。好ましくは、第2半導体層203、エピタキシャル層202及びシリコン基板201はp型導電性であるのに対し、第1半導体層204はn型の導電性である。第1半導体層204及び第2半導体層203によって形成されたSPADは、p型の第2半導体層203と同じ導電型の第3半導体層205に囲まれ、隣接するSPADと分離される。第1半導体層204は、その周辺部又は任意の導電経路を介して、高濃度にドープされた拡散層である電極又はコンタクト207に直接接続されている。第2半導体層203は、導電性経路であるエピタキシャル層202を介して、第3半導体層205上のコンタクト206、及び/又は、一般的に低抵抗の基板201上にありチップ200の底部に位置するコンタクトに接続される。
図4は、本発明における第2の実施の形態を示す。このSPADでは、第2半導体層203、第3半導体層205、エピタキシャル層202、基板201がp型導電性であるのに対して、第1半導体層204はn型の導電型である。本実施の形態では、p型導電性の浅い第4半導体層212がSPADの第1半導体層204の内部に形成される。第4半導体層212は、第1半導体層204と第2半導体層203の間のアバランシェ増幅領域とできるだけオーバーラップするように形成される。第4半導体層212は、1つまたは複数の電極213によって接続されていてもよい。
図6は、本発明における第3の実施の形態を示す。図6のSPADは、前述の実施形態のSPADとほぼ同じ特性を示す。
図7は、エピタキシャル層202のようなドーピングプロファイルを活用した本発明における第4の実施の形態を示す。このSPADは、第3の実施形態と多くの構成要素が共通であり、それらの構成による利点は同様である。
Claims (14)
- シングルフォトンアバランシェフォトダイオード(SPAD)であって、
第1の導電型を有する第1半導体層と、
前記第1半導体層下に前記第1の導電型とは反対の第2の導電型を有する第2半導体層と、
前記第1半導体層を取り囲む前記第2の導電型の第3半導体層と、
基板上に形成された前記第2の導電型のエピタキシャル層と、
前記第1の導電型の導電層を介して、前記第1半導体層と接続された第1コンタクトと、
前記第2の導電型の導電層を介して、前記第2半導体層と接続された第2コンタクトと、
を備え、
前記第2半導体層は前記エピタキシャル層に埋め込まれており、
前記第1コンタクトと前記第2コンタクトとの間にバイアス電圧を印加することによって、前記第2半導体層が完全に空乏層化されることを特徴とするSPAD。 - 請求項1に記載のSPADであって、
前記第1半導体層は、n型の導電型であり、
前記基板、前記エピタキシャル層、前記第2半導体層及び前記第3半導体層は、p型の導電型であることを特徴とするSPAD。 - 請求項1又は2に記載のSPADであって、
前記第1半導体層内に形成され、前記第1の導電型の第4半導体層と、
前記第1の導電型の導電層を介して、前記第4半導体層に接続された第3コンタクトと、
を備えることを特徴とするSPAD。 - 請求項3に記載のSPADであって、
前記第1コンタクトと前記第3コンタクトは同電位とされることを特徴とするSPAD。 - 請求項3に記載のSPADであって、
前記第3コンタクトは浮遊電位とされることを特徴とするSPAD。 - 請求項3に記載のSPADであって、
前記第1コンタクトと前記第3コンタクトとの間にバイアス電圧が印加され、前記バイアス電圧は静的又は動的に変調されていることを特徴とするSPAD。 - 請求項1〜6のいずれか1項に記載のSPADであって、
前記第3半導体層と同導電型の埋込み分離層を備え、
前記第3半導体層と前記埋込み分離層とが深さ方向に積層されることを特徴とするSPAD。 - 請求項7に記載のSPADであって、
前記埋込み分離層と前記第2半導体層とは、少なくとも部分的に同じフォトマスクを用いて形成されることを特徴とするSPAD。 - 請求項1〜8のいずれか1項に記載のSPADであって、
前記エピタキシャル層は、表面から深さ方向に向かって濃度が高くなるようなドーピング勾配を有することを特徴とするSPAD。 - 請求項9に記載のSPADであって、
前記第1半導体層は、n型の導電型であり、
前記第2半導体層は、p型の導電型であり、
前記第3半導体層は、CMOSプロセスで利用可能なp−wellであり、
前記エピタキシャル層は、p型の導電型であり、
前記基板は、p型の導電型であることを特徴とするSPAD。 - 請求項3に記載のSPADであって、
前記第1半導体層は、CMOSプロセスで利用可能なn−wellであり、
前記第4半導体層は、CMOSプロセスで利用可能なp+層であることを特徴とするSPAD。 - 請求項1〜11のいずれか1項に記載のSPADであって、
前記第1半導体層の底部と前記第2半導体層との接合のブレークダウン電圧は、前記第1半導体層と前記第2半導体層以外の領域との接合のブレークダウン電圧よりも低いことを特徴とするSPAD。 - 請求項1〜12のいずれか1項に記載のSPADであって、
前記第1半導体層と前記第3半導体層との間の平面方向の空乏層の幅は、前記第1半導体層と前記エピタキシャル層との間の深さ方向の空乏層の厚さより小さいことを特徴とするSPAD。 - 請求項1〜13のいずれか1項に記載のSPADをアレイ状に配置した集積回路。
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